淺談10kV自動化開關(guān)站的設(shè)計及應(yīng)用

劉永華

摘 要：10kV開關(guān)站進行自動化設(shè)計，能夠在供電線路出現(xiàn)電壓、電流過大等故障時，通過判斷遠(yuǎn)距離自動快速實現(xiàn)供電線路故障隔離、恢復(fù)供電以及相關(guān)通信，從而實現(xiàn)開關(guān)站的自動化、綜合化，改善城市配網(wǎng)結(jié)構(gòu)。本文分析了10kV自動化開關(guān)站的電氣設(shè)計以及實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：10kV自動化開關(guān)站；設(shè)計；應(yīng)用；自動化

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.035

當(dāng)前我國10kV開關(guān)站普遍采用常規(guī)的手動或者電動的真空負(fù)荷開關(guān)或者SF6開關(guān)，由于常規(guī)的開關(guān)無法實現(xiàn)線路的自動監(jiān)測和斷開故障以及自動合閘功能，一旦線路發(fā)生故障，必然導(dǎo)致整條供電線路停運，短時間無法準(zhǔn)確的判斷故障位置和原因，所有的停電、送電都需要運行維護人員在設(shè)備處進行現(xiàn)場操作，人員安全性低，線路運行維護困難，供電可靠性低，將嚴(yán)重影響居民的生活和工業(yè)生產(chǎn)。

由于自動化技術(shù)、通信技術(shù)的日益成熟，同時隨著城鎮(zhèn)化的加快，用電負(fù)荷也更加密集分布，這就需要一種自動化程度高、供電可靠性高、安全性高，運行維護方便的開關(guān)站，并實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和通信的功能。對此，就需要對10kV自動化開關(guān)站進行優(yōu)化設(shè)計。在滿足負(fù)荷需求的同時，也提高其供電能力。

1 10kV自動化開關(guān)站的電氣設(shè)計

1.1 主接線方式設(shè)計

按照占用城市土地面積較少的原則，一般建設(shè)中、小型開關(guān)站，電氣主接線方式按照負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷等級、用電容量、系統(tǒng)規(guī)模、接入電網(wǎng)方式、發(fā)展規(guī)劃以及當(dāng)?shù)氐墓╇姉l件等確定。開關(guān)站的主接線方式應(yīng)簡單明確，減少電能的損失，便于管理和維護。開關(guān)站宜采用單母線分段接線方式，兩回進線，8～10回出回出線。由于城區(qū)10kV配網(wǎng)系統(tǒng)的供電半徑有著特殊規(guī)定，通常要在1.5km以內(nèi)，城區(qū)供電可靠性要求高，因此，每個開關(guān)站采用2回路進線方式設(shè)計，形成 “2-1型”的典型主接線方式，實現(xiàn)多條供電線路的環(huán)網(wǎng)，增強線路之間的轉(zhuǎn)供能力。

開關(guān)站典型主接線圖主接線圖如下圖1所示：

1.2 主要一次設(shè)備的選擇

高壓開關(guān)柜宜選用真空、六氟化硫負(fù)荷開關(guān)柜或真空斷路器柜三種型式（需滿足五防要求）；開關(guān)站內(nèi)站用變應(yīng)選用SC11系列及以上節(jié)能環(huán)保型的干式變壓器；避雷器應(yīng)選擇密封結(jié)構(gòu)良好的無間隙金屬氧化鋅避雷器。

2 電氣二次部分

2.1 直流系統(tǒng)

選好電源類型，優(yōu)選蓄電池，其容量要達到兩小時故障放電時長，可以嘗試選擇采用單體長壽命免維護蓄電池，同時配上高頻開關(guān)充電設(shè)備，同時，安裝直流絕緣自動監(jiān)測設(shè)備，附加通訊接口。

2.2 保護回路部分

真空斷路器進、出線柜需裝設(shè)微機保護裝置，配置過流、速斷以及零序保護，并與變電站或者上一級電源出線回路保護配合。真空或六氟化硫負(fù)荷開關(guān)進出線柜均不裝設(shè)微機保護裝置。

高壓開關(guān)柜采用電動操作機構(gòu)，負(fù)荷開關(guān)柜（環(huán)網(wǎng)柜）操作電源采用直流48V或交流220V，采用交流220V時電源取自進線柜PT二次側(cè)；真空斷路器柜操作電源采用直流48V。同時，開關(guān)柜中的計算機設(shè)備也兼具測控功能。

2.3 配電自動化設(shè)備

將電源自動化投切設(shè)備安裝在母線分段開關(guān)位置，通常來說，兩路進線要各自、獨立工作，斷路器設(shè)置在斷開處，各路進線供應(yīng)一段母線，其中任何一路進線出現(xiàn)故障時，投切設(shè)備都能及時發(fā)出動作，首先切斷進線斷路器，然后閉合回路斷路器。這樣當(dāng)母線發(fā)生故障時，則可能造成分段回路斷路器發(fā)生誤閉合現(xiàn)象，此時則可以利用自切設(shè)備的短時加速保護來及時切斷斷路器，從而排除故障，同時，關(guān)閉自動投切設(shè)備，避免出現(xiàn)反復(fù)動作問題。

配電自動化二次的DTU和通信設(shè)備安裝于配電自動化屏中，配電自動化二次的DTU和通信設(shè)備安裝于配電自動化屏中；開關(guān)站二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖如下圖2所示：自動化通訊柜通訊、遙測信號網(wǎng)絡(luò)圖如下圖3所示。

2.4 計量回路

測量用電壓互感器采用0.5級，測量用電流互感器采用0.5級，計量用電流互感器采用0.2S級。通常電子式電能表為優(yōu)選，同時，要設(shè)置通訊接口，這樣才能為自動化系統(tǒng)內(nèi)外各類信息的傳輸創(chuàng)造條件。

3 自動化開關(guān)站的設(shè)計要點

3.1 設(shè)計原則

根據(jù)開關(guān)站的功能、特征以及配網(wǎng)自動化的需求等來設(shè)計自動化系統(tǒng)的功能，其設(shè)計要具備最基礎(chǔ)的若干功能，例如：遙控、遙信等，其中遙控側(cè)重指進出線斷路器的分閘與合閘操作。遙信則負(fù)責(zé)斷路器狀態(tài)、接地開關(guān)狀態(tài)等的監(jiān)測，以及對各種故障信號、動作信號等的遠(yuǎn)距離監(jiān)測。

3.2 控制模式

采用分層操控方式，具體的層次劃分包括：自動化調(diào)度中心、站控層、間隔層等，實際的操作權(quán)限也依照這幾個層次來逐步下放。同時，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)工作、安全運轉(zhuǎn)時，無論哪一個層次的操作，要確保從線路到設(shè)備等的工作狀態(tài)以及切換開關(guān)的部位等都得到自動化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測與監(jiān)督，而且當(dāng)操作某層時，要確保其他層都閉鎖。一旦發(fā)生故障問題，系統(tǒng)能夠及時傳出信息抵達自動化調(diào)度中心。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自動化監(jiān)控系統(tǒng)選擇了特殊的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，那就是分層分布式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常涵蓋兩大層次，分別為站控層、間隔層，而且要達到資源信息分享、功能分散應(yīng)用以及無人化值班等的規(guī)定，應(yīng)該盡量讓各項設(shè)備、功能等簡單化、便捷化。站控層可以安裝一個計算機系統(tǒng)，間隔層的測控則通過綜合保護設(shè)備以及計算機設(shè)備的運行來完成。測控設(shè)備負(fù)責(zé)采集相關(guān)信息，經(jīng)通訊口來傳輸?shù)秸究貙幼詣踊O(shè)備，再逐漸傳輸?shù)揭患壷髡疽约罢{(diào)度中。

3.4 自動化通訊

對于規(guī)模較小的開關(guān)站，其內(nèi)部通訊適合選擇屏蔽雙絞線，同時選擇10kV電纜屏蔽層載波來將通訊信號等傳輸至上層主站、調(diào)度中心等。此種通訊方式同光纖對比起來，能夠更大程度地節(jié)省通訊空間，控制成本。

4 10kV自動化開關(guān)站的應(yīng)用

10kV自動化開關(guān)站在實際的配網(wǎng)系統(tǒng)中得到了發(fā)展和應(yīng)用，隨著城鎮(zhèn)化的推進，大型的商住小區(qū)和大型的工業(yè)園不斷增加，區(qū)域用電負(fù)荷不斷增大，按照供配電原則，商住小區(qū)需配置環(huán)網(wǎng)型接線方式，大型的商住小區(qū)和工業(yè)園負(fù)荷較大，需要將電能重新分配和控制，新建10kV自動化開關(guān)站可以完全滿足要求，從而實現(xiàn)故障區(qū)域的自動切斷，迅速恢復(fù)供電、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集、運行維護、電力調(diào)度等功能。對此，可以將自動化開關(guān)站設(shè)置于大型的商住小區(qū)和大型的工業(yè)園內(nèi)等負(fù)荷密集的區(qū)域，主要適用于城市中心區(qū)域和新建城區(qū)等，開關(guān)站可單獨建設(shè)也可以和其它建筑一起配套建設(shè)，但需滿足建筑電氣設(shè)計規(guī)范要求。自動化開關(guān)站體形較小、無需占用過多的空間，同時操作方便，電能分配集中，運行維護方便，減少停電帶來的不利影響，安全可靠性高，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離自動化控制。因此在配電網(wǎng)建設(shè)中適合建設(shè)開關(guān)站。

5 總結(jié)

自動化開關(guān)站具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特點，可以快速的實現(xiàn)故障隔離、恢復(fù)供電等配網(wǎng)自動化功能，準(zhǔn)確的監(jiān)測故障位置和故障原因，實現(xiàn)與電網(wǎng)的通信功能，減少人為的操作，提高效率。 且其二次系統(tǒng)也相當(dāng)?shù)耐晟啤⒎€(wěn)定，自動化設(shè)備性能較好，整體上完全能夠滿足配網(wǎng)系統(tǒng)的安全和可靠性，且該開關(guān)站運行維護簡單，所以自動化開關(guān)站值得深入推廣與運用。

參考文獻：

[1]芮靜康.現(xiàn)代工業(yè)與民用供配電設(shè)計手冊[S].北京：中國水利水電出版社，2004.

[2]劉滌塵，崔巍，劉開培等.配電網(wǎng)自動化及其發(fā)展[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報，1998，31（04）：74-78.