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10KV環(huán)網(wǎng)供電技術研究及應用
10KV環(huán)網(wǎng)供電技術研究及應用
隨著城市建設的發(fā)展，用戶對供電可靠性的要求越來越高，這就給原有配電設備的質(zhì)量和配電網(wǎng)絡的可靠性提出了更高的要求，而我國原有10 kV配電網(wǎng)大部分采用放射形供電，這種供電方式弊病較多，一旦某處發(fā)生故障，就會造成整條線路的大面積停電，且停電時間較長，可靠性差，為改變這種狀況，辦法是近期采用環(huán)網(wǎng)接線，最終可采用網(wǎng)格式接線，正常時開環(huán)運行，這樣的接線方式有一個以上電源向用戶供電，從而大大提高了配網(wǎng)供電可靠性。
原能源電［1990］644號《關于加強城市中、低壓配網(wǎng)改造的若干意見》指出：“架空配電網(wǎng)采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開環(huán)運行，為縮小架空配電線路檢修和事故時的停電范圍，應裝設分斷開關，一般主干線分2～3段，裝分斷開關1～2臺，較大的支線也應裝斷路開關，架空配電線路之間裝設聯(lián)絡開關，以實現(xiàn)配電線路的互倒互帶，提高運行的靈活性”。原能源電［1993］228號《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設計導則》4.4.8：“高壓配電變電所之間的中壓電網(wǎng)應有足夠的聯(lián)絡容量，正常時開環(huán)運行，異常時能轉(zhuǎn)移負荷”。
幾年來，國內(nèi)在配網(wǎng)自動化方面做了大量的研究工作，例如在自動化設備方面，先后從日本、英、美引進了DM系列自動開關，ERS型電子控制重合器和KFE系列重合器等，以上引進的各種設備在我國配電網(wǎng)中應用，取得了不少運行經(jīng)驗，但國外自動化程度較高的產(chǎn)品，并不一定適應我國配電網(wǎng)特點，為此在制造部門和供電部門的共同努力下，陸續(xù)開發(fā)出國產(chǎn)自動重合器、分斷開關及環(huán)網(wǎng)負荷開關。目前由電力科學研究院引進英國ESR控制器研制的分布式自動重合器、FDKW型跌落式分斷器；鄭州凱特公司引進日本控制器研制的重合器、分斷器；平頂山開關廠引進研制的美國COOPER公司KFE型重合器。配電網(wǎng)自動化設備是機電一體化的高技術產(chǎn)品，這些設備具有高壓開關設備的基本性能，同時又滿足智能化要求，這些產(chǎn)品的研制，促進了國內(nèi)配電網(wǎng)自動化的發(fā)展，并通過不斷總結(jié)逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。
配電網(wǎng)自動化方案方面，還需要做大量的研究工作。近年來，單電源放射形配電線路使用重合器、分斷器配合的方案已較成熟；雙電源環(huán)網(wǎng)每條線路分2段和3段組重合器方案運行也還算可靠，保護配合也能滿足；如果雙電源環(huán)網(wǎng)每條線路分3段的5組重合器供電方案，供電可靠性會更高，應該是更好的配網(wǎng)分段結(jié)構(gòu)，但該方案設備間的保護整定十分困難，很難達到*效果。無論是每條線路分2段或3段，任一段發(fā)生故障后，開環(huán)運行的主供電源側(cè)和另一電源側(cè)向故障點多次短路沖擊問題，一直未能很好地解決。本文提出了解決這些問題的方法。
二、雙電源5重合器供電方案
該供電方案的線路分段及故障分析圖如圖1所示。它的C1～C5均為SF6重合器，符合SD317-89和JB7570-94標準；安裝地點為線路桿上臺架；額定電壓10 kV；額定電流630 A，短路開斷電流為12.51 A；TA變比為400/5；遙合、遙跳、遙測、遙信；故障自動閉鎖時間整定：(合閘成功檢測時間)Y≤20 s。動作特性和安秒曲線：(1)C1、C3重合器和變電站斷路器配合，重合器斷開時間要求比變電站斷路器無電流間隙時間0.25～0.8 s小，δ選0.2 s；(2)C2、C4、C5重合器符合要求。自動重合時間整定：(1)C1、C3重合器和變電站三相一次自動重合閘配合，重合器合閘時間要求比變電站三相一次自動重合閘準備好下一次動作的復歸時間15～25 s大，X=30 s(從系統(tǒng)有電且重合器在斷開位置開始計時)；(2)C2、C4重合器X=30 s(從系統(tǒng)有電且重合器在斷開位置開始計時)；(3)C5重合器X=120 s(從系統(tǒng)任一側(cè)失電且重合器在斷開位置開始計時)。瞬時故障自動復位時間整定：(1)C1、C3重合器和單相接地故障接線方式配合，依次斷開線路選線方式，Z=20 s；(2)C2、C4、C5重合器Z=20 s。動作行為：(1)C1、C3重合器單側(cè)電源，單側(cè)TV，正常運行在合閘狀態(tài)，過流快速跳閘，失壓自動快速跳閘，檢測TV有電后經(jīng)整定時間X判C5在斷開位置自動合閘，合閘成功檢測時間Y開始計時，在Y時限內(nèi)過流或失壓重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；(2)C2、C4重合器單側(cè)電源，雙側(cè)TV，正常運行在合閘狀態(tài)，過流快速跳閘，失壓自動快速跳閘，檢測兩側(cè)TV，任一側(cè)有電后經(jīng)整定時間X自動合閘(附加條件：C1在斷開位置且TV11有電，C2不能合閘；C3在斷開位置且TV31有電，C4不能合閘)，合閘成功檢測時間Y開始計時，在Y時限內(nèi)過流或失壓重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；(3)C5重合器雙側(cè)電源，雙側(cè)TV，正常運行在斷開狀態(tài)，檢測兩側(cè)TV，任一側(cè)失電后經(jīng)整定時間X自動合閘(附加條件：C1、C3同時在合閘位置時，C5不能合閘)，合閘成功檢測時間Y開始計時，在Y時限內(nèi)，過流或失壓，重合器快速跳閘并自動合閘閉鎖；在Y時限外，過流或失壓，重合器快速跳閘。
三、故障分析及運行
1、正常運行
見圖1，變電站開關龐67、鄭58在合閘狀態(tài)，線路分段重合器C1、C2、C3、C4在合閘狀態(tài)，線路聯(lián)絡重合器C5在斷開狀態(tài)，2條線路組成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運行，跳合閘可就地操作和遠方控制。
圖1 線路分段及故障分析
2、瞬時故障
當D1(D2、D3)點發(fā)生瞬時短路故障時，變電站開關龐67跳閘，瞬時故障消失，失電后C1、C2自動跳閘，經(jīng)過0.8 s，龐67重合成功，第30 s時，C1重合成功，第60 s時，C2重合成功，線路恢復原方式運行。
3、性故障
當D1點發(fā)生短路故障時，變電站開關龐67跳閘，失電后C1、C2自動跳閘，經(jīng)過0.8 s，龐67重合不成功跳閘，第120 s時，C5重合成功，第150 s時，C2重合成功。線路故障段D1被隔離。
同理，當其它點發(fā)生短路故障時，線路故障段相應被隔離。
4、運行操作
（1）單相接地故障操作
當單相接地故障信號在變電站發(fā)生后，變電站值班人員可采用短時斷開該線路的方法選線及選段，如有必要也可以隔離故障段；其操作如下：(1)斷開變電站開關龐67(鄭58)，若單相接地故障未消失，判斷為不是該線路單相接地，應在30 s內(nèi)合上龐67(鄭58)，該系統(tǒng)將在60 s內(nèi)自動完成原運行方式的恢復；(2)斷開變電站開關龐67(鄭58)，若單相接地故障消失，判斷為該線路單相接地，應在30 s內(nèi)合上龐67(鄭58)，并對單相接地故障信號進行觀察，如合閘后立即有單相接地故障信號，為D1段單相接地，如合閘后30 s有單相接地故障信號，為D2段單相接地，如合閘后60 s有單相接地故障信號，為D3段單相接地。該操作完成后原運行方式已恢復，線路帶單相接地故障運行。
也可按要求將單相接地故障段隔離，其它線路段繼續(xù)運行，操作略。
（2）檢修操作
檢修線路故障或重合器時，必須把重合器選擇開關置手動位置，斷開重合器，然后斷開操作電源及線路刀閘，并按安規(guī)要求做好安全措施，方可工作。
當重合器需要手動分、合閘操作時，必須把重合器選擇開關置手動位置，方可分、合閘。
當線路檢修完工時，應將C5重合器手動分閘，待其它重合器合閘后，才能將C5重合器選擇開關置自動位置，以恢復其正常運行方式。
四、運行效果分析
該系統(tǒng)于1998年第2期25日安裝于龐鄭聯(lián)線上運行至今，系統(tǒng)曾發(fā)生3次故障和1次預試操作，重合器均正確動作。情況如下：
1、3月22日，龐67發(fā)生單相接地，經(jīng)過單相接地選段，為龐鄭聯(lián)線D2段，即C1和C2重合器之間。經(jīng)帶電巡線，10 min內(nèi)就發(fā)現(xiàn)并處理完接地點，避免了原傳統(tǒng)作法全線巡線。
2、4月20日，鄭家山變電站故障，鄭58跳閘，重合器動作正確，鄭58線路負荷自動倒由龐67供電。
3、5月22日，龐公變電站預防性試驗，龐67開關停電8 h，預試前操作將龐67負荷倒鄭58供電，故未對線路進行停電。
4、6月7日，龐鄭聯(lián)線D1段用戶故障，龐67速斷跳閘，重合器動作正確，故障隔離在D1段，D2、D3段自動從鄭58送電。
通過以上分析，由于故障自動隔離在故障段，5臺重合器和開關狀態(tài)已遠傳至調(diào)度室，其故障發(fā)現(xiàn)速度和處理比原來提高3倍以上，故障停電用戶范圍也縮小了3倍，用戶供電可靠性得到較大的提高，經(jīng)過3個月的考核，供電可靠率達到99.98%以上。如果不是環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分段運行，上述系統(tǒng)的3次故障和1次變電站預防性試驗，其同期的供電可靠率將低于99.50%。
五、結(jié)束語
該方案經(jīng)過1a試運行后，計劃在襄樊市城網(wǎng)大面積推廣，市區(qū)內(nèi)10kV配電線路117條，500多km，每條線路組成雙環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)間組成網(wǎng)絡式供電結(jié)構(gòu)，安裝環(huán)網(wǎng)重合器300臺，分支線路安裝分斷器100臺，每臺重合器的RTU通過無線電臺和主站基地臺聯(lián)系，基地臺和現(xiàn)場終端電臺之間通信采用異頻雙工，一點對多點的Polling方式通信，基地電臺和SCADA/DMS系統(tǒng)接口，SCADA/DMS通過下行通道向各RTU發(fā)送合閘附加條件，各重合器根據(jù)系統(tǒng)重合器動作情況，即SCADA/DMS發(fā)來的附加條件自動運行，單相接地可通過SCADA/DMS選擇判斷。