淺談10kV線路自動(dòng)化開關(guān)站電氣設(shè)計(jì)

梁健發(fā)

摘? 要：擇優(yōu)配置自動(dòng)化開關(guān)能夠在供電線路出現(xiàn)短時(shí)過電壓、過電流、瞬時(shí)接地等故障時(shí)，通過自動(dòng)化開關(guān)控制箱的微電腦對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并作出判斷，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)快速切斷故障段線路、恢復(fù)供電以及相關(guān)通信，實(shí)現(xiàn)開關(guān)站的自動(dòng)化、綜合化，改善城市配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并最終提高供電可靠性。隨著電力改革的深入，電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行、智能化運(yùn)行初見成效，在確保供電穩(wěn)定與可靠方面發(fā)揮了重要作用。該文結(jié)合廣東省10 kV電力線路的典型接線情況，探討智能化建設(shè)的一大重點(diǎn)——自動(dòng)化開關(guān)的擇優(yōu)配置問題，探討其在10 kV線路供電中的性能優(yōu)勢，以期提升供電的可靠性與穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化開關(guān);智能化;10 kV線路;穩(wěn)定性;供電可靠性

中圖分類號(hào)：TM726? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 10 kV線路自動(dòng)化開關(guān)站電氣設(shè)計(jì)分析

1.1 主接線方式

主接線方式設(shè)計(jì)要綜合考慮多種因素。常見的有負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷等級(jí)、用電容量、電網(wǎng)接入方式、城市電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、供電系統(tǒng)性能與規(guī)模等。秉承的原則是簡單明了，最大限度地減少電能損耗，也方便后期的維護(hù)與設(shè)備檢修。當(dāng)前，城市10 kV配電網(wǎng)系統(tǒng)供電半徑不宜大于3 km，因此開關(guān)站主接線建議單母線分段接線，2回進(jìn)線優(yōu)選。每個(gè)開關(guān)站建議采用2回路進(jìn)線方式設(shè)計(jì)，以2-1型主接線方式接線，構(gòu)建多條供電線路的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，確保線路之間的轉(zhuǎn)供穩(wěn)定[1]。

1.2 回路保護(hù)

真空斷路器進(jìn)出線柜都需要有微機(jī)保護(hù)裝置，進(jìn)行過流保護(hù)、速斷保護(hù)及零序保護(hù)，與變電站或者上一級(jí)的電源出現(xiàn)回路協(xié)作保護(hù)。而對于真空負(fù)荷開關(guān)進(jìn)出線柜不需要單獨(dú)設(shè)置微機(jī)保護(hù)裝置。高壓開關(guān)柜對應(yīng)電動(dòng)操作結(jié)構(gòu)，負(fù)荷開關(guān)柜對應(yīng)48 V的直流電源或者220 V的操作電源，后者采用需要取自進(jìn)線柜PT二次側(cè)。而不需要安裝微機(jī)保護(hù)裝置的真空斷路器柜需采用48 V的直流電。通過這樣的設(shè)置達(dá)到回路保護(hù)的目的。

1.3 配電自動(dòng)化

在正常情況下，兩路進(jìn)線需要獨(dú)立作業(yè)，因此斷路器設(shè)置于斷開處，兩路進(jìn)線各自供應(yīng)一段母線，電源自動(dòng)化投切設(shè)備安裝在母線分段開關(guān)的位置，起到單獨(dú)控制的目的。當(dāng)其中一路進(jìn)線出現(xiàn)故障，投切設(shè)備可以及時(shí)發(fā)出警示動(dòng)作，從而快速地切斷進(jìn)線斷路器，回路斷路器快速閉合。如果是母線發(fā)生緊急故障，最直接的后果是分段回路斷路器出現(xiàn)錯(cuò)誤閉合的情況，通過自動(dòng)化設(shè)備的自切設(shè)備短時(shí)加速保護(hù)功能及時(shí)對斷路器進(jìn)行切斷處理。關(guān)閉自動(dòng)投切設(shè)備后也避免了動(dòng)作的反復(fù)出現(xiàn)。

2 自動(dòng)化開關(guān)站的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 自動(dòng)化開關(guān)站具備控制作用

整體采用分層操控，從自動(dòng)化調(diào)度中心到站控層到間隔層有明確的層次劃分，實(shí)際的操作權(quán)限也體現(xiàn)層次下放的特點(diǎn)。

2.2 自動(dòng)化開關(guān)監(jiān)測功效的發(fā)揮主要通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)屬于分層分布的特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要是由站控層和間隔層構(gòu)成的。站控層集中在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，間隔層測控則通過計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行牽動(dòng)完成。不同設(shè)備分工明確，其中測控設(shè)備負(fù)責(zé)信息的采集，通信口負(fù)責(zé)信息的傳輸，站控層自動(dòng)化設(shè)備則完成信息接收工作，并將其傳輸?shù)揭患?jí)調(diào)度中心。

2.3 不同規(guī)模的開關(guān)站其自動(dòng)化通訊程度不同

這也要求其內(nèi)部通信必須適當(dāng)選擇屏蔽雙絞線。選擇10 kV的電纜屏蔽層載波實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)的上層傳輸，使得主站和調(diào)度中心及時(shí)接收到信息，有效地控制了通信成本[2]。

3 自動(dòng)化開關(guān)在10 kV線路供電中的應(yīng)用——饋線自動(dòng)化

傳統(tǒng)10 kV線路隔離隱蔽性故障時(shí)（巡視不容易直觀發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)時(shí)）往往要通過開關(guān)的多次分合閘才能鎖定故障線路段。對應(yīng)的不良連鎖效應(yīng)是非故障區(qū)的牽連性停電、反復(fù)停電，并影響到系統(tǒng)的性能發(fā)揮，反復(fù)的沖擊也會(huì)影響設(shè)備壽命。在發(fā)生故障后要想檢修，必須先進(jìn)行全線排查，通過分段試供電操作確定故障點(diǎn)。因此，自動(dòng)化開關(guān)的引入與應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)必要性，根據(jù)實(shí)際情況合理選擇重合器類型，如自適應(yīng)綜合型、“電壓-時(shí)間”型、“電壓-電流-時(shí)間”型、鏈?zhǔn)娇v聯(lián)型等，達(dá)到不同控制效果。與此同時(shí)，還可以根據(jù)故障多發(fā)類型、控制效果等選擇對應(yīng)控制器，如下所述。

3.1 智能柱上的斷路器

基于饋線實(shí)際效果配置自動(dòng)化控制單元及自動(dòng)化保護(hù)單元，進(jìn)行有效的電流控制和電路保護(hù)。切斷短路電流，負(fù)荷電流，與過流保護(hù)器配合作業(yè)起到重合閘保護(hù)的目的。一般情況下，智能柱上斷路器安裝在饋線干線與重要支線上。

3.2 智能柱上負(fù)荷開關(guān)

智能柱上的負(fù)荷開關(guān)具有有壓延時(shí)合閘、無壓延時(shí)分閘的功能，對應(yīng)的應(yīng)用效果是故障區(qū)域的自動(dòng)隔離。主要是在傳統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)配備自動(dòng)化控制單元，有效地控制負(fù)荷電流、零序電流。其也經(jīng)常安裝在饋線的干線或者支線上。

3.3 分支用戶分界斷路器

分支用戶分界線斷路器根據(jù)實(shí)際需求，整定保護(hù)定值，實(shí)現(xiàn)饋線出路斷路器與干線自動(dòng)化斷路器的作業(yè)配合，在應(yīng)對用戶側(cè)相間短路和單相接地故障方面優(yōu)勢明顯。自動(dòng)切除故障避免上一級(jí)設(shè)備與線路的牽連跳閘，能有效減少停電區(qū)域。

3.4 智能控制器

智能控制器主要是由鏈接斷路器、負(fù)荷開關(guān)、重合閘等主體構(gòu)成的，能起到參數(shù)控制，通信傳輸?shù)淖饔?。智能控制器?shí)現(xiàn)了多種保護(hù)功能的配置，最主要的是配置帶時(shí)限的過電流和速斷保護(hù)，配置零序保護(hù)。因此，基于實(shí)際線路的功能訴求，選擇最合適的自動(dòng)化開關(guān)能進(jìn)行10 kV饋線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，有效控制。輔助以故障分離技術(shù)，降低變電站開關(guān)跳閘的頻率，減少事故損失，減少負(fù)荷開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)，更快地確定故障點(diǎn)。

目前，我國10 kV配網(wǎng)主要采用綜合型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，包括集中型、就地型和故障定位型3種形式。其中，集中型饋線系統(tǒng)主要通過配電主站與自動(dòng)化終端配合，對10 kV配網(wǎng)中的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定故障區(qū)間并進(jìn)行隔離。該過程中一旦線路裝置故障，兩端保護(hù)開關(guān)跳閘并發(fā)出故障告警信息，其他開關(guān)運(yùn)行正常。根據(jù)信息源，饋線自動(dòng)化終端可以直接確定故障區(qū)域，并配合自動(dòng)化開關(guān)進(jìn)行故障區(qū)隔離與非故障區(qū)重新上電。而就地型饋線自動(dòng)化和故障定位型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)成本投入低、檢測效益好，能夠根據(jù)10 kV配網(wǎng)開關(guān)邏輯、故障指示器等直接定位故障點(diǎn)，快速地識(shí)別和隔離故障區(qū)間，為檢修維護(hù)提供了更多的便利。

在上述綜合型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中，10 kV線路柱上自動(dòng)化開關(guān)配置時(shí)應(yīng)按照主干線和分支線具體情況分別設(shè)置，前者一般選用柱上負(fù)荷開關(guān)，后者可按裝置特性選擇智能柱上斷路器。配置時(shí)主干線5 km以內(nèi)可以使用1臺(tái)自動(dòng)化開關(guān)分兩段，保證兩側(cè)配變均在5臺(tái)以上。超過5 km后按照每5 km增加1段的原則增設(shè)1臺(tái)自動(dòng)化開關(guān)。而分支線配置時(shí)應(yīng)保證支線與主干線T接處安裝1臺(tái)自動(dòng)化開關(guān)。分支線過長、配變數(shù)超過10臺(tái)等，可以酌情增設(shè)自動(dòng)化開關(guān)，保證區(qū)間控制滿足綜合型饋線自動(dòng)化中的各項(xiàng)要求。

基礎(chǔ)的自動(dòng)化開關(guān)控制系統(tǒng)構(gòu)建完成后，應(yīng)在分段環(huán)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置配電自動(dòng)化終端，由該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)區(qū)域自動(dòng)化開關(guān)數(shù)據(jù)的全面采集和監(jiān)控，形成綜合型饋線自動(dòng)化模式。與此同時(shí)，還需要對自動(dòng)化開關(guān)的重合時(shí)間進(jìn)行設(shè)定。一般來說，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中往往選用具有2次重合功能的重合器。其中，第一次重合時(shí)間一般較短，大約為10 s左右;第二次重合時(shí)間較長，大約為60 s左右。前者主要是在故障后通過配電終端失壓分閘、有壓延時(shí)合閘邏輯等來判定故障點(diǎn)的位置，后者主要是跳過故障點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全區(qū)段重新供電。這樣才能夠從根本上縮短區(qū)域故障引起的故障停電時(shí)間，有效地進(jìn)行故障點(diǎn)的定位和事故搶修，最大限度地提升10 kV配網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

4 一組數(shù)據(jù)的效果說明及自動(dòng)化開關(guān)的應(yīng)用分析

自動(dòng)化開關(guān)配置在提升10 kV線路供電可靠性方面優(yōu)勢明顯，能夠快速隔離故障段線路并縮小停電區(qū)域。自動(dòng)化通信能幫助維修人員快速確定故障點(diǎn)，大大提高了故障處理的效率。因此擇優(yōu)配置自動(dòng)化開關(guān)，可以大大提升10 kV線路供電可靠性，提升電力運(yùn)作的穩(wěn)定性。

以某供電局為例，2017年該供電局客戶年故障停電時(shí)間達(dá)到2.3 h/戶，而采用饋線自動(dòng)化技術(shù)后，2018年客戶年故障停電時(shí)間縮短至0.4 h/戶。這主要是由于在故障發(fā)生后，自動(dòng)化開關(guān)能夠瞬時(shí)重合，做到瞬時(shí)故障不停電，永久故障時(shí)將停電范圍縮小。與此同時(shí)，還能夠通過系統(tǒng)中的各項(xiàng)信息快速判斷故障點(diǎn)，第一時(shí)間開展對應(yīng)處理，提升了輸配電的可靠性和穩(wěn)定性。

從某供電局2018年全年饋線自動(dòng)化技術(shù)中自動(dòng)化開關(guān)動(dòng)作的統(tǒng)計(jì)表，不難看出，在使用自動(dòng)化開關(guān)，監(jiān)測控制效果明顯。饋線自動(dòng)化開關(guān)累計(jì)動(dòng)作756次，隔離永久故障126例，共計(jì)減少了425次出現(xiàn)跳閘率，見表1。

因此，在10 kV配電網(wǎng)建設(shè)過程中可以采用全自動(dòng)型饋線自動(dòng)化策略，因地制宜，合理設(shè)置集中型、就地型、故障型饋線自動(dòng)化裝置;運(yùn)用“二遙”動(dòng)作型配電終端結(jié)合無線通信方式，開展對應(yīng)自動(dòng)化管理，從根本上改善10 kV配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性[3-4]。

5 結(jié)語

自動(dòng)化開關(guān)站優(yōu)勢顯而易見，功能的綜合到結(jié)構(gòu)的微機(jī)化到操作屏幕的可視化到運(yùn)用管理的智慧化，其在故障快速隔離，停電區(qū)域控制，故障位置監(jiān)測，故障原因排查等方面發(fā)揮了重要的作用。在今后的電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，必須重視自動(dòng)化開關(guān)的擇優(yōu)配置，以自動(dòng)化開關(guān)站建設(shè)奠定10 kV線路用電的可靠性與穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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