配電自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)設(shè)計(jì)初探

趙國(guó)仁

摘要:隨著我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)(改造)工程的不斷深入實(shí)施,城鎮(zhèn)配電網(wǎng)的管理工作的重要性已日趨突出,在電力網(wǎng)領(lǐng)域中配電自動(dòng)化(DA)這一新興技術(shù)的發(fā)展方興未艾。文章介紹了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)涵及其保護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀,旨在提高配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的快速性和可靠性,解決其動(dòng)作不準(zhǔn)確、時(shí)間長(zhǎng)和傳輸不可靠的一些問題,提出新穎的保護(hù)方式。

關(guān)鍵詞:配電自動(dòng)化系統(tǒng);饋線自動(dòng)化;保護(hù)設(shè)計(jì);城鎮(zhèn)配電網(wǎng)

中圖分類號(hào):TM76文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)10-0047-02

一、配電自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)涵

配電自動(dòng)化系統(tǒng)(DAS)是一種可以使配電企業(yè)在遠(yuǎn)方以實(shí)時(shí)方式進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)配和配電設(shè)備的操作自動(dòng)化系統(tǒng)。

二、配電自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

配電網(wǎng)的饋線自動(dòng)化是配電自動(dòng)化的核心,沒有饋線自動(dòng)化的保護(hù)功能,配電自動(dòng)化只能稱為配電數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng),目前,電力系統(tǒng)中配電自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)類型,主要有三類方式:

(一)重合器型

此方式設(shè)計(jì)建設(shè)簡(jiǎn)單,但不具備通訊和管理功能,而且需要斷路器反復(fù)多次重合閘,導(dǎo)致不必要的多次停電。不能解決好配電自動(dòng)化問題。

(二)遠(yuǎn)動(dòng)型

此方案由監(jiān)控型FTU組成,需要主站與子站之間的通訊才能解決饋線自動(dòng)化問題,由于其依賴于主站通訊,故確定故障和隔離故障的時(shí)間很長(zhǎng),增加了更多不可靠因素。

(三)保護(hù)型

此方案由保護(hù)型PTU組成,通過FTU之間的閉鎖信號(hào)配合,能就地實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)隔離和恢復(fù)供電,不需要和主站進(jìn)行通訊,不需要多次重合閘,故可靠性和整體性能非常高。

在保護(hù)實(shí)現(xiàn)的原理模式上主要有三種,即電流型、電壓型、遠(yuǎn)動(dòng)型。而常用的有兩種方式,即電流型和電壓型,它們?cè)诓煌姆矫娲嬖诟鞣N問題,沒有完全解決保護(hù)的“四性”和故障恢復(fù)的安全性、可靠性。

三、配電自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)實(shí)現(xiàn)原理

(一)快速保護(hù)的構(gòu)成

饋線自動(dòng)化中采用的快速保護(hù)利用光纖通道,分為兩種:一種是雙方向閉鎖式方向過電流保護(hù);另一種為雙方向允許式過電流保護(hù)。它們的共同特點(diǎn)是采用了獨(dú)立通訊通道完成保護(hù)的信號(hào)交換。除了原理上的區(qū)別外,在使用范圍上也有區(qū)別,雙方向閉鎖式方向過電流保護(hù)可以用于雙電源環(huán)網(wǎng)閉環(huán)運(yùn)行和開環(huán)運(yùn)行方式,以及單電源輻射運(yùn)行方式。雙向允許式過電流保護(hù)用于雙電源環(huán)網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行方式以及單電源輻射運(yùn)行方式。

1.雙向閉鎖式方向過流保護(hù)工作原理。系統(tǒng)保護(hù)利用故障電流方向判別與故障電流幅值大小原理構(gòu)成的雙向閉鎖式快速方向過電流保護(hù)。該系統(tǒng)保護(hù)利用主——備保護(hù)原理構(gòu)成完整的饋線保護(hù)。

在配電網(wǎng)絡(luò)上,各電氣相鄰的FTU保護(hù)之間采用光纖構(gòu)成信號(hào)交換回路,每套保護(hù)只與相鄰的保護(hù)聯(lián)系,采用正方向信號(hào)默認(rèn)不發(fā)送、反方向信號(hào)發(fā)送禁止動(dòng)作信號(hào)原理構(gòu)成。保護(hù)配置瞬時(shí)速斷、過電流和重合閘。

2.雙向允許式方向過流保護(hù)工作原理。系統(tǒng)保護(hù)利用故障電流幅值大小原理構(gòu)成的雙向允許式快速過電流保護(hù)。低定值的過電流啟動(dòng)發(fā)信號(hào),高值過電流啟動(dòng)跳閘裝置。該系統(tǒng)保護(hù)利用主——備保護(hù)原理構(gòu)成完整的饋線保護(hù)。

在配電網(wǎng)絡(luò)上,各電氣相鄰的FTU保護(hù)之間采用光纖構(gòu)成信號(hào)交換回路,每套保護(hù)只與相鄰的保護(hù)聯(lián)系,采用無故障電流信號(hào)默認(rèn)不發(fā)送、有故障電流信號(hào)發(fā)送允許動(dòng)作信號(hào)原理構(gòu)成。保護(hù)配置瞬時(shí)速斷、過電流和重合閘。

在變電站側(cè),將配電饋線主保護(hù)延時(shí)△t(0.35或0.55)以配合配電自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù)的動(dòng)作,作為饋線保護(hù)的后備。以在饋線自動(dòng)化保護(hù)動(dòng)作失敗的情況下,作為饋線保護(hù)失敗的補(bǔ)救措施。

(二)保護(hù)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)

雙向通訊保護(hù)方案的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的“四性”,即快速性、靈敏性、選擇性、可靠性。電路簡(jiǎn)單,無須進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)通訊,僅用有光電平的檢測(cè)方式。

1.快速性。在故障發(fā)生的10～20毫秒時(shí)間內(nèi),己完成了故障功率的方向的信息交換。各FTU獨(dú)立工作,故障分析及時(shí),切除故障動(dòng)作迅速,動(dòng)作時(shí)間≤25ms。

2.靈敏性。由于采用了閉鎖原理,可以降低保護(hù)定值,不必按階梯保護(hù)原理整定,提高靈敏度。

3.選擇性。經(jīng)過信號(hào)的交換,完成了故障范圍的判斷,只切除故障段的兩側(cè)斷路器,實(shí)現(xiàn)有選擇地切除故障。

4.可靠性?？煽啃苑譃?(1)閉鎖式保護(hù);(2)允許式保護(hù)。閉鎖式比允許式優(yōu)越,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜;允許式有死區(qū)和誤動(dòng)的可能。

四、配電自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)重構(gòu)設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)重構(gòu)配置原則

當(dāng)系統(tǒng)故障切除后,恢復(fù)饋電線路的送電工作,就是系統(tǒng)重構(gòu)。為了提高系統(tǒng)的可靠性和安全性,避免過分依賴通訊系統(tǒng)的可靠性,提出了二級(jí)系統(tǒng)重構(gòu)原理。

該快速饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的重構(gòu)有兩道防線:

1.由DTU組成的遠(yuǎn)方自動(dòng)分析系統(tǒng),該DTU重構(gòu)系統(tǒng)作為主重構(gòu),其作用是:(1)快速地進(jìn)行線路和變電站的負(fù)荷分析;(2)較快地自動(dòng)下達(dá)系統(tǒng)恢復(fù)的遙控命令送入重構(gòu)器執(zhí)行。彌補(bǔ)FTU自動(dòng)重構(gòu)的速度問題。

2.由FTU內(nèi)的重構(gòu)器本身完成的慢速恢復(fù)系統(tǒng),作為系統(tǒng)后備重構(gòu),當(dāng)系統(tǒng)通信失去時(shí),由FTU的重構(gòu)器完成系統(tǒng)的重構(gòu)工作,恢復(fù)系統(tǒng)的送電。

在重構(gòu)時(shí),電源來電并且斷路器儲(chǔ)能完成后,每個(gè)FTU再延時(shí)TCG秒時(shí)間,避免重構(gòu)器與線路故障段FTU設(shè)備重合閘搶動(dòng),計(jì)算如下(可固定為3～7秒):

TCG=TCH+TSY+△t

其中:TCG為重構(gòu)時(shí)間,TCH為系統(tǒng)重合閘時(shí)間,TSY為系統(tǒng)的失壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

按照此原理,在通訊正常的情況下,快速地重構(gòu)工作由DTU來完成,FTU內(nèi)部的重構(gòu)器自動(dòng)放棄執(zhí)行返回。在通訊失去的情況下,由FTU內(nèi)的重構(gòu)器完成系統(tǒng)的重構(gòu)工作,可保證系統(tǒng)在通訊系統(tǒng)完全失去作用的情況下,仍然能夠按順序恢復(fù)系統(tǒng)的供電。

(二)系統(tǒng)重構(gòu)器原理

系統(tǒng)重構(gòu)器設(shè)計(jì)原理:

故障隔離原則:故障發(fā)生后且出現(xiàn)兩側(cè)失電時(shí),延時(shí)失壓脫扣跳閘;

系統(tǒng)恢復(fù)原則:單側(cè)電源來電延時(shí)進(jìn)行合閘,兩側(cè)電源來電禁止合閘。

系統(tǒng)配置的重構(gòu)器電路分為兩部分,一部分為隔離跳閘電路,另一部分為恢復(fù)合閘電路。分別完成重構(gòu)工作的相應(yīng)任務(wù)。

系統(tǒng)在通訊正常時(shí)的重構(gòu),由DTU的主重構(gòu)來完成分析判斷并執(zhí)行,在通訊失敗時(shí)由系統(tǒng)的備用重構(gòu)器完成重構(gòu)。備用的自動(dòng)重構(gòu)器的動(dòng)作分析如下:對(duì)于系統(tǒng)的瞬時(shí)故障,保護(hù)完成跳閘后,由跳閘的FTU重合閘裝置延時(shí)TCH秒進(jìn)行重合。重合完成后,相鄰重構(gòu)器中的時(shí)間繼電器迅速返回。對(duì)于系統(tǒng)的永久故障,重合失敗,閉鎖本FTU的重構(gòu)器,由人工遠(yuǎn)方或就地恢復(fù)。另一側(cè)電源的配電斷路器,失去雙電源并且檢測(cè)到相鄰斷路器故障跳閘的方向信號(hào),FTU延時(shí)TSY秒脫扣跳閘。有單電源的FTU延時(shí)TCG秒后,開始重構(gòu),按順序一直延伸到故障跳閘的斷路器,由于保護(hù)動(dòng)作閉鎖,保護(hù)跳閘的斷路器經(jīng)檢修后,由人工遠(yuǎn)方或就地恢復(fù)。

對(duì)于饋線保護(hù)失靈越級(jí)跳閘的情況,變電站保護(hù)完成跳閘和重合工作,由于保護(hù)的越級(jí)動(dòng)作原因可能是故障點(diǎn)的FTU斷路器拒絕動(dòng)作,重構(gòu)時(shí)原理與永久故障相同。

利用來電電源進(jìn)行操作,減小FTU的電池容量,又可以鑒別系統(tǒng)電源以防止系統(tǒng)的電源并列。這樣的合閘順序,給需合閘的斷路器總是有交流電源作為合閘電源。

(三)保護(hù)通道設(shè)計(jì)

目前最好的通訊手段是光纖,它有耐腐蝕、抗干擾和可靠性高的特點(diǎn),對(duì)于自動(dòng)化系統(tǒng)最為適合,又可以進(jìn)行通道分開。在系統(tǒng)中可以通過光纖自愈環(huán)方式,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的相互備用。由于光纖比其他的通訊手段有無法比擬的優(yōu)越性,因此保護(hù)通道采用光纖通訊方式。保護(hù)對(duì)通訊的要求在1毫秒內(nèi)響應(yīng),控制系統(tǒng)要求在0.5秒內(nèi)工作就可以了。保護(hù)通訊與控制系統(tǒng)通訊相對(duì)獨(dú)立,采用兩個(gè)獨(dú)立的通訊通道,避免出現(xiàn)通道的干擾和爭(zhēng)用,產(chǎn)生延時(shí),確保保護(hù)信號(hào)的交換。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇冬和.配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)及繼電保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)分析[J].廣東科技,2008,(16).

[2]王艷麗.DX5000系列微機(jī)自動(dòng)化保護(hù)裝置在高壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息,2007,(4).

[3]張超.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)及自動(dòng)化的影響[J].華東電力,2006,(9).