淺談10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王宇夫

【摘要】：10kV開(kāi)關(guān)站進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)，能夠在供電線路出現(xiàn)電壓、電流過(guò)大等故障時(shí)，通過(guò)判斷遠(yuǎn)距離自動(dòng)快速實(shí)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(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)站的自動(dòng)化、綜合化，改善城市配網(wǎng)結(jié)構(gòu)。本文分析了10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站的電氣設(shè)計(jì)以及實(shí)際應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站；設(shè)計(jì)；應(yīng)用；自動(dòng)化

引言

當(dāng)前我國(guó)10kV開(kāi)關(guān)站普遍采用常規(guī)的手動(dòng)或者電動(dòng)的真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)或者SF6開(kāi)關(guān)，由于常規(guī)的開(kāi)關(guān)無(wú)法實(shí)現(xiàn)線路的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和斷開(kāi)故障以及自動(dòng)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(yùn)，短時(shí)間無(wú)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(yùn)行維護(hù)人員在設(shè)備處進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，人員安全性低，線路運(yùn)行維護(hù)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)。

1、10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站的電氣設(shè)計(jì)

1.1主接線方式設(shè)計(jì)

按照占用城市土地面積較少的原則，一般建設(shè)中、小型開(kāi)關(guān)站，電氣主接線方式按照負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷等級(jí)、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(kāi)關(guān)站的主接線方式應(yīng)簡(jiǎn)單明確，減少電能的損失，便于管理和維護(hù)。開(kāi)關(guān)站宜采用單母線分段接線方式，兩回進(jìn)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，每個(gè)開(kāi)關(guān)站采用2回路進(jìn)線方式設(shè)計(jì)，形成“2-1型”的典型主接線方式，實(shí)現(xiàn)多條供電線路的環(huán)網(wǎng)，增強(qiáng)線路之間的轉(zhuǎn)供能力。

1.2主要一次設(shè)備的選擇

高壓開(kāi)關(guān)柜宜選用真空、六氟化硫負(fù)荷開(kāi)關(guān)柜或真空斷路器柜三種型式（需滿足五防要求）；開(kāi)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(wú)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(dá)到兩小時(shí)故障放電時(shí)長(zhǎng)，可以嘗試選擇采用單體長(zhǎng)壽命免維護(hù)蓄電池，同時(shí)配上高頻開(kāi)關(guān)充電設(shè)備，安裝直流絕緣自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，附加通訊接口。

2.2保護(hù)回路部分

真空斷路器進(jìn)、出線柜需裝設(shè)微機(jī)保護(hù)裝置，配置過(guò)流、速斷以及零序保護(hù)，并與變電站或者上一級(jí)電源出線回路保護(hù)配合。真空或六氟化硫負(fù)荷開(kāi)關(guān)進(jìn)出線柜均不裝設(shè)微機(jī)保護(hù)裝置。高壓開(kāi)關(guān)柜采用電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，負(fù)荷開(kāi)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(shí)電源取自進(jìn)線柜PT二次側(cè)；真空斷路器柜操作電源采用直流48V。同時(shí)，開(kāi)關(guān)柜中的計(jì)算機(jī)設(shè)備也兼具測(cè)控功能。

2.3配電自動(dòng)化設(shè)備

將電源自動(dòng)化投切設(shè)備安裝在母線分段開(kāi)關(guān)位置，通常來(lái)說(shuō)，兩路進(jìn)線要各自、獨(dú)立工作，斷路器設(shè)置在斷開(kāi)處，各路進(jìn)線供應(yīng)一段母線，其中任何一路進(jìn)線出現(xiàn)故障時(shí)，投切設(shè)備都能及時(shí)發(fā)出動(dòng)作，首先切斷進(jìn)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(shí)，則可能造成分段回路斷路器發(fā)生誤閉合現(xiàn)象，此時(shí)則可以利用自切設(shè)備的短時(shí)加速保護(hù)來(lái)及時(shí)切斷斷路器，從而排除故障，同時(shí)，關(guān)閉自動(dòng)投切設(shè)備，避免出現(xiàn)反復(fù)動(dòng)作問(wèn)題。

2.4計(jì)量回路

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

3、自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1設(shè)計(jì)原則

根據(jù)開(kāi)關(guān)站的功能、特征以及配網(wǎng)自動(dòng)化的需求等來(lái)設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，其設(shè)計(jì)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(jìn)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(kāi)關(guān)狀態(tài)等的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)各種故障信號(hào)、動(dòng)作信號(hào)等的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)。

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(dòng)化調(diào)度中心、站控層、間隔層等，實(shí)際的操作權(quán)限也依照這幾個(gè)層次來(lái)逐步下放。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)工作、安全運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，無(wú)論哪一個(gè)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(kāi)關(guān)的部位等都得到自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)與監(jiān)督，而且當(dāng)操作某層時(shí)，要確保其他層都閉鎖。一旦發(fā)生故障問(wèn)題，系統(tǒng)能夠及時(shí)傳出信息抵達(dá)自動(dòng)化調(diào)度中心。

3.3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

自動(dòng)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(dá)到資源信息分享、功能分散應(yīng)用以及無(wú)人化值班等的規(guī)定，應(yīng)該盡量讓各項(xiàng)設(shè)備、功能等簡(jiǎn)單化、便捷化。站控層可以安裝一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，間隔層的測(cè)控則通過(guò)綜合保護(hù)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)設(shè)備的運(yùn)行來(lái)完成。測(cè)控設(shè)備負(fù)責(zé)采集相關(guān)信息，經(jīng)通訊口來(lái)傳輸?shù)秸究貙幼詣?dòng)化設(shè)備，再逐漸傳輸?shù)揭患?jí)主站以及調(diào)度中。

3.4自動(dòng)化通訊

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

4、10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站的應(yīng)用

10kV自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站在實(shí)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(jìn)，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(dòng)化開(kāi)關(guān)站可以完全滿足要求，從而實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的自動(dòng)切斷，迅速恢復(fù)供電、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行維護(hù)、電力調(diào)度等功能?？梢詫⒆詣?dòng)化開(kāi)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(kāi)關(guān)站可單獨(dú)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(jì)規(guī)范要求。

總結(jié)

自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特點(diǎn)，可以快速的實(shí)現(xiàn)故障隔離、恢復(fù)供電等配網(wǎng)自動(dòng)化功能，準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)故障位置和故障原因，實(shí)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(dòng)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(kāi)關(guān)站運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，所以自動(dòng)化開(kāi)關(guān)站值得深入推廣與運(yùn)用。

【參考文獻(xiàn)】：

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