饋線自動(dòng)化仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

具 浩 賈宏偉 楊世民 黎建樂(lè)

（ 1、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司培訓(xùn)與評(píng)價(jià)中心，廣東 廣州510520 2、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

配電自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)供電安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等要求的關(guān)鍵。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是配電自動(dòng)化的重要組成部分, 主要用于饋線故障自動(dòng)定位、自動(dòng)隔離和非故障區(qū)自動(dòng)恢復(fù)供電。其中饋線是指任意配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)相連接的支路, 饋線故障是指饋線發(fā)生的相間故障或接地故障。電力行業(yè)的設(shè)備在投入運(yùn)行之前,需要通過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)。而一直以來(lái),對(duì)于饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的檢測(cè)、處理饋線故障功能的測(cè)試往往是通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中執(zhí)行。這樣既不符合電力設(shè)備投運(yùn)檢測(cè)要求, 也不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理系統(tǒng)缺陷。實(shí)際上,因?yàn)闇y(cè)試手段的缺乏,在目前已經(jīng)投運(yùn)的配電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)中,大部分的饋線自動(dòng)化功能并沒(méi)有投入運(yùn)行,只是使用其簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集以及故障檢測(cè)等基礎(chǔ)功能。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文參考饋線自動(dòng)化的原理，搭建了一套饋線自動(dòng)化的仿真系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)有壓定值采集動(dòng)作、無(wú)壓定值采集動(dòng)作、得電壓延時(shí)合閘動(dòng)作、失電壓延時(shí)分閘動(dòng)作。其意義在于模擬單電源供電、多電源供電且各電源中性點(diǎn)保護(hù)接地方式不同的復(fù)雜配電網(wǎng)架?；跀嗫诶^電器研發(fā)了一種銀合金材質(zhì)的模擬斷路器，提供兩組觸點(diǎn)并適用于AC220V 電壓，可拉斷電流1A。其意義在于有效模擬了配網(wǎng)線路中的斷路器開關(guān)動(dòng)作分合后，線路的實(shí)際運(yùn)行方式。在每組終端測(cè)控單元后設(shè)置故障量輸入口，在測(cè)控單元上方設(shè)置故障分合指示燈。其意義在于直觀全面了解故障動(dòng)作效果，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)在線路首、末、主干、分支等位置時(shí)定值配置方案有效性。在結(jié)構(gòu)上，以DAL203 控制終端為核心建立饋線自動(dòng)化系統(tǒng)；以軟件控制模擬斷路器為核心建立故障仿真系統(tǒng)。

將饋線故障類型進(jìn)行分類，根據(jù)故障類型進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì)。以不同的負(fù)荷切入和切出系統(tǒng)、設(shè)備可靠性的模擬以仿真各種故障類型。軟件控制繼電器以實(shí)現(xiàn)各種故障點(diǎn)和故障策略。常見的饋線故障類型主要包括瞬時(shí)故障、永久故障，其又可細(xì)分為相間短路故障、單點(diǎn)接地故障、多點(diǎn)接地故障等。從設(shè)備可靠性的角度出發(fā)也可以引出一系列的故障類型，如開關(guān)本體拒動(dòng)導(dǎo)致的故障越級(jí)、定值整定差錯(cuò)引起的拒動(dòng)等，以上的常見故障都要求饋線自動(dòng)化系統(tǒng)能夠正確判斷且無(wú)誤動(dòng)。

圖1 饋線自動(dòng)化仿真平臺(tái)柜體圖

2 饋線自動(dòng)化仿真模塊

本文設(shè)計(jì)整個(gè)饋線自動(dòng)化仿真系統(tǒng)仿真雙電源饋線自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，所有設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)需要增加或減少線段，也可調(diào)整結(jié)構(gòu)。整個(gè)電路將運(yùn)行方式進(jìn)行分類，每種運(yùn)行方式對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的電壓和電流閥值。在DAL203 控制終端里根據(jù)饋線自動(dòng)化類型和負(fù)荷電路的各種電壓電流閥值進(jìn)行設(shè)置。在相應(yīng)的母線段接上相應(yīng)的負(fù)荷電路就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓電流值，進(jìn)而觸發(fā)DAL203 控制終端產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。

整個(gè)電路主要包括，兩組電源模塊（三相），多段分段母線，多組DAL203 控制終端，模擬斷路器，負(fù)荷模擬電路和負(fù)荷控制電路。兩組三相電源用來(lái)仿真雙電源的情況。每個(gè)DAL203 控制一組模擬斷路器，用于斷開和連接多段母線。每段母線上設(shè)有負(fù)荷模擬電路，用于仿真正常負(fù)荷和多種故障情況。負(fù)荷控制電路用于將不同的負(fù)荷連接到相應(yīng)的仿真母線，或從相應(yīng)的仿真母線上斷開。其中DAL203 測(cè)控單元適用于10kV 及以下電壓等級(jí)環(huán)網(wǎng)柜間隔單元的保護(hù)測(cè)控，具備完善、量制通信監(jiān)視等功能，與斷路器、負(fù)荷開關(guān)配合為10kV 及以下等級(jí)的線路饋出提供保護(hù)。

兩組三相電源用于仿真雙電源的情況。DAL203 是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采集，因此終端本身的功耗非常小。所以整個(gè)電路的主要功耗取決于負(fù)荷電路和故障點(diǎn)的數(shù)量。本文的電源電路設(shè)計(jì)如圖。三相信號(hào)可由SA4828 或AD9834 等芯片電路產(chǎn)生。信號(hào)調(diào)節(jié)電路主要是控制功率放大電路的輸入信號(hào)大小及濾波作用。功率放大電路可采用LM3886 等低成本的功率放大芯片。直流電源需要包括正負(fù)24V 及正12V 兩組。為了控制整個(gè)電源模塊的體積和考慮到功率放大模塊的輸出，升壓變壓器采用15V/220V 的升壓變壓器。由此，為了得到相電壓57.7V，功率放大電路的輸出電壓約為有效值4V。

圖2 電源模塊設(shè)計(jì)示意圖

3 故障仿真模塊

正常情況下電壓（電流）信號(hào)的采集通過(guò)電壓（電流）互感器，本文采用一次運(yùn)行母線模擬方法。通過(guò)直連或較低變壓比例的變壓器代替電壓互感器以采集電壓信號(hào)，電壓母線直接做成電壓互感器的二次輸出值，即相電壓57.7V（線電壓100V）。母線上的電流信號(hào)的大小取決于負(fù)荷電路，同時(shí)母線上的各種運(yùn)行狀態(tài)也都要在電流上有所體現(xiàn)。正常情況下電流的檢測(cè)通過(guò)電流互感器，將大電流變成小電流。本文中采用降壓變壓器連接仿真母線和負(fù)荷，這樣做的好處在于仿真母線功耗不大的情況下可以得到明顯的電流信號(hào)響應(yīng)。負(fù)荷根據(jù)仿真的母線的運(yùn)行情況分類進(jìn)行連接。例如正常運(yùn)行狀態(tài)，相間短路，相對(duì)地短接等。所有的負(fù)荷和仿真母線之間采用繼電器連接，由繼電器的通斷來(lái)控制負(fù)荷類型的連接，即故障模式的設(shè)定。所有的繼電器由軟件或負(fù)荷控制電路統(tǒng)一控制。每個(gè)DAL203 的信號(hào)檢測(cè)都包括電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)，電壓電流信號(hào)和DAL203 的連接方式如圖所示。負(fù)荷電路中的小電阻，對(duì)應(yīng)的是故障電流，故障是否發(fā)生由此電阻連接的繼電器開關(guān)控制。每組都設(shè)有三個(gè)是負(fù)荷電阻，對(duì)應(yīng)的是正常電流。

圖3 配網(wǎng)故障仿真模塊硬件設(shè)計(jì)示意圖

4 總結(jié)和展望

傳統(tǒng)的測(cè)試方法主要采用繼電保護(hù)儀與若干配電終端配合成饋線網(wǎng)絡(luò),使用繼電保護(hù)儀注入故障電流生成饋線故障,由測(cè)試人員人工觀察以檢查饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)情況。此種測(cè)試方法成本較高,并且效率比較低,只能進(jìn)行有限的故障測(cè)試。且在電氣連接的邏輯上與真實(shí)的配電網(wǎng)差別太大。本文設(shè)計(jì)的仿真系統(tǒng)是模擬了真實(shí)配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，前后電氣節(jié)點(diǎn)在邏輯上與真實(shí)的電網(wǎng)基本是相同的。如果只是驗(yàn)證饋線自動(dòng)化的方案策略或用于培訓(xùn)，可將信號(hào)電路中的電壓電流值按等比例縮小使用，以此來(lái)提高安全性。如果要驗(yàn)證檢測(cè)終端的功能則可以采用接近真實(shí)的電壓電流及功率信號(hào)。