饋線自動(dòng)化技術(shù)在配電主站中的應(yīng)用研究

引言

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)建設(shè)的不斷加速,配網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化,配電設(shè)備也越來(lái)越多樣化,且配電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境較為惡劣,存在大量的諧波源、三相不平衡、電壓閃變污染等問(wèn)題,配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)與維護(hù)面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)?；诖?配網(wǎng)自動(dòng)化引起了廣泛關(guān)注,電力系統(tǒng)已開始試點(diǎn)使用配電自動(dòng)化技術(shù)。

饋線是連接各配電網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要線路,是配網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。通過(guò)饋線自動(dòng)化建設(shè),能實(shí)時(shí)監(jiān)控配電線路運(yùn)行情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)饋線故障并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化隔離、診斷與恢復(fù)供電,實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控的自動(dòng)化控制,從而達(dá)到提高供電可靠性和電能質(zhì)量的目的,實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的高質(zhì)量、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1饋線自動(dòng)化原理及方案概述

饋線自動(dòng)化是基于電網(wǎng)分段處理的一種自動(dòng)化控制技術(shù),利用分段開關(guān)將供電線路分為各個(gè)供電區(qū)域,當(dāng)某區(qū)域發(fā)生故障時(shí),由控制系統(tǒng)發(fā)出跳開動(dòng)作指令,從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域隔離,并重構(gòu)配網(wǎng)結(jié)構(gòu),恢復(fù)非故障區(qū)域供電,從而避免了因故障而導(dǎo)致的持續(xù)失電問(wèn)題。

根據(jù)配網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)和通信條件,可將饋線自動(dòng)化分為就地控制和遠(yuǎn)方控制兩種方案。就地控制是通過(guò)分段開關(guān)器對(duì)分段開關(guān)進(jìn)行動(dòng)作控制,并與出站斷路器或重合器上的分段開關(guān)配合使用,以此實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離。就地控制方案對(duì)通信條件要求不高,投資成本較低,但該方案存在開關(guān)動(dòng)作次數(shù)過(guò)多、恢復(fù)供電間隔長(zhǎng)、故障定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題。遠(yuǎn)方控制方案對(duì)通信條件要求較高,建設(shè)投資投入較大,但具有適應(yīng)范圍廣、故障定位精確、恢復(fù)供電及時(shí)等特點(diǎn),在故障隔離與恢復(fù)時(shí),相應(yīng)的分段開關(guān)僅需動(dòng)作一次,有利于延長(zhǎng)分段開關(guān)使用壽命。遠(yuǎn)方控制方案適用于復(fù)雜、多電源的配網(wǎng)結(jié)構(gòu),不限于架空線或電纜供電,因此,遠(yuǎn)方控制饋線自動(dòng)化方案具有較高的應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。

2基于饋線自動(dòng)化的配電主站系統(tǒng)構(gòu)成

基于遠(yuǎn)方控制饋線自動(dòng)化的配電主站自動(dòng)化系統(tǒng),由配電主站、配電終端、通信通道組成。其中,配電主站主要用于信息處理與人機(jī)交互,配電終端用于饋線狀態(tài)信息收集、動(dòng)作執(zhí)行:通信通道是配電主站與配電終端之間的通信鏈路。

2.1配電主站

配電主站是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的核心,承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)與控制等任務(wù),是配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。為提高配網(wǎng)控制的可靠性、實(shí)時(shí)性,服務(wù)器應(yīng)雙機(jī)熱備,當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障時(shí),備用服務(wù)器自動(dòng)接管服務(wù)。同時(shí),配電主站還應(yīng)配置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、web服務(wù)器等,分別用于數(shù)據(jù)接口配置、信息存儲(chǔ)和信息發(fā)布等。

2.2配電終端

配電終端是安裝在配網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)、控制單元,監(jiān)測(cè)對(duì)象包括開關(guān)站、配電室、變壓器、箱式變電站和饋線等。根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同,可將配電終端分為開關(guān)監(jiān)控終端(FTU,饋線終端)、變壓器監(jiān)控終端(TTU,配電終端)、遠(yuǎn)動(dòng)裝置(RTU,自動(dòng)化控制器)和現(xiàn)場(chǎng)故障指示燈等。

2.3通信系統(tǒng)

根據(jù)通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,可用于配電系統(tǒng)通信的技術(shù)主要包括光纖通信和配電載波通信兩種。光纖通信技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟,廣泛應(yīng)用于各類網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有傳輸容量大、衰減小、傳輸距離遠(yuǎn)、受電磁干擾小等特點(diǎn),但同時(shí)存在線路敷設(shè)成本高、施工周期長(zhǎng)、運(yùn)維費(fèi)用高等缺點(diǎn):配電載波通信技術(shù)是以現(xiàn)有配電網(wǎng)作為通信通道,不需要對(duì)現(xiàn)有配網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造升級(jí),也不需要敷設(shè)通信線路,因此,配電載波具有成本小、施工周期短、易于管理維護(hù)等特點(diǎn),但由于配電載波受電磁干擾影響顯著,通信信號(hào)衰減較大,當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化時(shí),其通信可能受到影響。結(jié)合光纖通信和配電載波通信技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn),可在長(zhǎng)距離、復(fù)雜結(jié)構(gòu)配電系統(tǒng)使用光纖通信,短距離、單一結(jié)構(gòu)中采用配電載波通信。

3饋線自動(dòng)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1饋線自動(dòng)化控制流程

基于上述架構(gòu),配電終端FTU和TTU實(shí)時(shí)向配電主站發(fā)送狀態(tài)信息,配電主站收集、處理、存儲(chǔ)整個(gè)饋線環(huán)的故障信號(hào),依據(jù)故障發(fā)生時(shí)間,判斷該故障為瞬時(shí)故障或永久故障。當(dāng)配電故障為瞬時(shí)故障時(shí),不觸發(fā)饋線自動(dòng)化處理流程。而當(dāng)故障為永久性故障時(shí),則由饋線處理系統(tǒng)依據(jù)預(yù)設(shè)條件發(fā)出動(dòng)作指令,從而實(shí)現(xiàn)饋線故障的自動(dòng)化控制。

根據(jù)饋線瞬時(shí)故障和永久故障類型,為避免饋線自動(dòng)化控制頻繁動(dòng)作,影響配電網(wǎng)控制穩(wěn)定性,饋電自動(dòng)化控制觸發(fā)條件應(yīng)滿足:

(1)開關(guān)事故分閘。當(dāng)開關(guān)分閘由事故原因引起時(shí),其判斷條件以分閘動(dòng)作信號(hào)和開關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)為依據(jù),考慮到信號(hào)傳輸和事故維持時(shí)間,可將分閘故障時(shí)間間隔設(shè)置為5s,連續(xù)收到兩次及以上故障信號(hào),即可判定為開關(guān)分閘故障。

(2)開關(guān)故障跳閘。當(dāng)開關(guān)事故分閘發(fā)生后,如重合閘動(dòng)作完成,即為瞬時(shí)故障。如跳閘開關(guān)分閘維持一段時(shí)間后仍保持分位狀態(tài),則可判定為永久性故障,判斷時(shí)間可根據(jù)重合閘整定動(dòng)作時(shí)間最大值確定,可在開關(guān)事故分閘后延遲5~10s。

3.2故障定位

當(dāng)配電主站判定饋線故障為永久性故障后,結(jié)合各配電終端信號(hào),對(duì)饋線故障進(jìn)行定位。結(jié)合饋線故障發(fā)生特點(diǎn),當(dāng)故障發(fā)生時(shí),該節(jié)點(diǎn)上游配電終端會(huì)持續(xù)發(fā)送狀態(tài)信息,而下游配電終端則不會(huì)上報(bào)故障信號(hào),因此,在相應(yīng)的故障節(jié)點(diǎn)中,應(yīng)只有一個(gè)開關(guān)發(fā)出故障信號(hào)。根據(jù)該特性,當(dāng)饋線故障發(fā)生時(shí),可由配電主站遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中故障信息,以此作為故障定位的依據(jù)。

3.3故障隔離

當(dāng)故障節(jié)點(diǎn)確定后,配電主站自動(dòng)化系統(tǒng)即進(jìn)入故障隔離流程。通過(guò)預(yù)設(shè)條件,將故障節(jié)點(diǎn)周圍的所有開關(guān)斷開,實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的有效識(shí)別和隔離。在此過(guò)程中,應(yīng)考慮兩個(gè)因素:過(guò)濾已分閘的開關(guān):如果該饋線連接末端供電,則開關(guān)不需要分閘。

3.4非故障區(qū)域恢復(fù)供電

配網(wǎng)饋線故障發(fā)生后,可將故障區(qū)域分為故障區(qū)域和失電區(qū)域,根據(jù)失電區(qū)域相對(duì)于故障區(qū)域的位置,可將失電區(qū)域劃分為電源直連電氣區(qū)域和孤立失電區(qū)域,即故障區(qū)域上游為直連電氣區(qū)域,下游為孤立失電區(qū)域。針對(duì)由單個(gè)開關(guān)分閘引起的饋線故障,通過(guò)故障節(jié)點(diǎn)開關(guān)合閘操作即可恢復(fù),且電源直連區(qū)域?qū)儆谡９╇姷囊徊糠?不存在負(fù)荷不足的問(wèn)題。而針對(duì)由多級(jí)開關(guān)分閘引起的饋線故障,在電源直連區(qū)域恢復(fù)供電時(shí),僅對(duì)單個(gè)開關(guān)進(jìn)行合閘處理無(wú)法實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù),可依據(jù)就近原則,先對(duì)每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)故障節(jié)點(diǎn)分閘位置,依次對(duì)分閘開關(guān)進(jìn)行合閘操作,從而確?；謴?fù)供電的可靠性和穩(wěn)定性。

針對(duì)失電區(qū)域的供電恢復(fù),需要明確其聯(lián)絡(luò)開關(guān)的數(shù)量和線路。例如,在一進(jìn)二出環(huán)網(wǎng)柜母線柜發(fā)生故障時(shí),如兩個(gè)出線分別出現(xiàn)孤立失電區(qū)域,則可通過(guò)配電終端獲取該節(jié)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)線和失電區(qū)域內(nèi)聯(lián)絡(luò)開關(guān)數(shù)量,并根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)預(yù)設(shè)條件,重構(gòu)配電結(jié)構(gòu),對(duì)聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行合閘操作,從而實(shí)現(xiàn)失電區(qū)域的恢復(fù)供電。此外,為確保失電區(qū)域電源能夠滿足失電區(qū)域供電需求,在配網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)結(jié)合配網(wǎng)區(qū)域用電需求計(jì)算其容量,確定饋線最小負(fù)荷和最大負(fù)荷。在多電源供電的情況下,應(yīng)根據(jù)失電區(qū)域用電負(fù)荷,優(yōu)先選擇負(fù)荷均衡度高的作為電源,降低失電區(qū)域接入對(duì)配網(wǎng)的影響。

3.5供電控制結(jié)果判定

在失電區(qū)域恢復(fù)供電后,系統(tǒng)可根據(jù)是直連電氣區(qū)域還是孤立失電區(qū)域,配電終端和狀態(tài)信息及合閘動(dòng)作返回結(jié)果進(jìn)行綜合性分析,如兩者結(jié)果一致,則饋線自動(dòng)化控制動(dòng)作完成,如未成功,則可判定為自動(dòng)化控制失敗,應(yīng)及時(shí)聯(lián)系電力維修人員現(xiàn)場(chǎng)查明原因。

4結(jié)語(yǔ)

在新時(shí)期背景下,配網(wǎng)供電可靠性直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展,因此對(duì)故障監(jiān)測(cè)、定位、維修的時(shí)效性要求不斷提高。結(jié)合配網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文提出了饋線故障自動(dòng)化控制流程,以期提高配網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性。