陳國(guó)添
摘要:本文通過(guò)系統(tǒng)論、聯(lián)系論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、比對(duì)法等方法研討配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化方法方案,運(yùn)用配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化常規(guī)建設(shè)方案結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)施工英德市英城街道110kV富強(qiáng)站10kV富都線,該線路饋線開(kāi)關(guān)智能化采用就地控制型-級(jí)差保護(hù)方式,精準(zhǔn)選點(diǎn)安裝,正確計(jì)算開(kāi)關(guān)繼保定值解決線路越級(jí)跳閘擴(kuò)大故障的難題。
關(guān)鍵詞:配電網(wǎng);饋線開(kāi)關(guān);智能應(yīng)用
一、前言
依據(jù)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)設(shè)備部《廣東電網(wǎng)十三五配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)原則》指導(dǎo)意見(jiàn),結(jié)合國(guó)內(nèi)外建設(shè)經(jīng)驗(yàn),經(jīng)投資效益分析,配電網(wǎng)在線路上設(shè)置智能化饋線開(kāi)關(guān),監(jiān)測(cè)和控制配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),對(duì)提高供電可靠性效果最佳。
二、工作原理
智能饋線開(kāi)關(guān)配有電子設(shè)備、傳感器和執(zhí)行器就具有了監(jiān)測(cè)和診斷功能的開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備。線路故障時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)到的故障電流或故障電壓,判斷故障發(fā)生的區(qū)域,并控制智能化開(kāi)關(guān)(負(fù)荷開(kāi)關(guān)或斷路器)實(shí)現(xiàn)隔離故障和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。負(fù)荷開(kāi)關(guān)開(kāi)合正常的負(fù)荷電流、隔離故障和轉(zhuǎn)接負(fù)荷,具有簡(jiǎn)單滅弧裝置,能通斷一定的負(fù)荷電流和過(guò)負(fù)荷電流,但不能斷開(kāi)短路電流,需借助熔斷器短路保護(hù),線路故障時(shí)依靠前級(jí)斷路器跳閘。斷路器主要用于切斷故障電流,開(kāi)合可帶負(fù)荷。短路大電流(一般10-12倍)產(chǎn)生磁場(chǎng)克服反力彈簧,脫扣器拉動(dòng)操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作,開(kāi)關(guān)瞬時(shí)跳閘。過(guò)載時(shí)電流變大,發(fā)熱量加劇,雙金屬片變形到一定程度推動(dòng)機(jī)構(gòu)跳閘動(dòng)作。通過(guò)單片機(jī)的輸入端口,智能饋線開(kāi)關(guān)將電子式互感器的二次側(cè)信號(hào)載入通過(guò)濾波A/D轉(zhuǎn)換等處理后傳輸給控制中心進(jìn)行故障判斷。開(kāi)關(guān)的開(kāi)合狀態(tài)也可以通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入電路反饋給單片機(jī)再由單片機(jī)傳輸遠(yuǎn)控中心。遠(yuǎn)控中心也可以向智能開(kāi)關(guān)發(fā)出跳閘閉鎖等控制命令由開(kāi)關(guān)量輸入電路實(shí)現(xiàn)。配電網(wǎng)現(xiàn)在主要通過(guò)成套智能化終端(FTU或DTU)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。電壓型開(kāi)關(guān)控制邏輯:得電合閘,失電分閘。電流型開(kāi)關(guān)控制邏輯:故障電流遠(yuǎn)大于正常電流跳閘。
三、饋線開(kāi)關(guān)智能化建設(shè)模式
建設(shè)配電網(wǎng)智能化饋線開(kāi)關(guān),要注重成本和實(shí)用性,根據(jù)供電可靠性的需求異同,采用差異化的智能化建設(shè)模式:
高端建設(shè)模式綜合運(yùn)用光纖縱差、云系統(tǒng)等先進(jìn)保護(hù)技術(shù),通信主要采用光纖通信方式。
簡(jiǎn)易建設(shè)模式綜合運(yùn)用遠(yuǎn)傳型故障指示器、配電線路故障定位裝置等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)配電線路故障區(qū)間的簡(jiǎn)單判斷定位。
常規(guī)建設(shè)模式則對(duì)配電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行智能化改造,完成故障區(qū)間就地定位隔離,實(shí)現(xiàn)遙控或現(xiàn)場(chǎng)操作快速?gòu)?fù)電非故障區(qū)域。
根據(jù)線路開(kāi)關(guān)設(shè)備的裝設(shè)位置,智能化開(kāi)關(guān)設(shè)置原則如下:
(一)主干線:線路長(zhǎng)度<15公里,分段開(kāi)關(guān)設(shè)置2臺(tái)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)。長(zhǎng)度>15公里,智能化分段開(kāi)關(guān)數(shù)量可加1臺(tái)。分段開(kāi)關(guān)采用具備饋線自動(dòng)化和三遙功能的負(fù)荷開(kāi)關(guān),聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)采用具備三遙功能的負(fù)荷開(kāi)關(guān)。
(二)分支線:開(kāi)關(guān)采用具備保護(hù)和三遙功能的斷路器。
(三)專變用戶分界的公用開(kāi)關(guān)以負(fù)荷開(kāi)關(guān)為主,故障出門較多可將該開(kāi)關(guān)改造為斷路器。容量315kVA及以上的用戶分界開(kāi)關(guān)安裝斷路器宜選用普通柱上斷路器。小水電分界開(kāi)關(guān)應(yīng)選用柱上斷路器自動(dòng)化成套設(shè)備,且配置過(guò)流保護(hù)不重合,實(shí)現(xiàn)“三遙”。
四、110kV富強(qiáng)站10kV富都線饋線開(kāi)關(guān)智能化建設(shè)
為發(fā)揮英德市配電網(wǎng)設(shè)備的能力,最大限度滿足英德市經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活用電的需求,保證英德市配電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2016年12月,廣東電網(wǎng)清遠(yuǎn)英德供電局結(jié)合年度配網(wǎng)規(guī)劃以及片區(qū)網(wǎng)架優(yōu)化規(guī)劃,以110kV富強(qiáng)站10kV富都線(位于英德市英城鎮(zhèn))為試點(diǎn),開(kāi)展配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化建設(shè)。
(一)2016年線路情況
1、線路基本數(shù)據(jù)
10kV富都線接入110kV富強(qiáng)站,投運(yùn)2014年,全長(zhǎng)25.25km(架空線路24.9Km),主干線#1-#198全長(zhǎng)14.6km,分支線14條,主線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-120,3km以上分支線1條為南舜礦業(yè)支。配變74臺(tái)(公變19臺(tái),專變55臺(tái)),線路總?cè)萘?2675kVA(負(fù)荷性質(zhì)工業(yè)0kVA,非工業(yè)3675kVA,商業(yè)11855kVA,農(nóng)業(yè)0kVA,小水電0kVA)。2016年線路最大電流為278A,最大負(fù)載率為83.23%,用戶1442戶。線路運(yùn)行方式主要接線方式2-1單環(huán)網(wǎng),中性點(diǎn)接地方式不接地。整改前饋線開(kāi)關(guān)共8臺(tái)(局屬開(kāi)關(guān)6臺(tái),用戶分界開(kāi)關(guān)2臺(tái)),其中智能化開(kāi)關(guān)0個(gè),普通開(kāi)關(guān)8個(gè),架空線路型故障指示器0只(含通訊終端)。
2、運(yùn)行情況
2016年10kV富都線合計(jì)跳閘15次。線路故障時(shí),柱上開(kāi)關(guān)由于配置和保護(hù)定值設(shè)置不合理而且智能化功能欠缺而拒動(dòng),無(wú)法滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性要求,最終導(dǎo)致15次線路故障均越級(jí)跳閘,無(wú)論事故原因、事故大小變電站開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘全線停電(影響客戶1442戶)。這樣既擴(kuò)大停電范圍,又增加搶修復(fù)電難度。
3、線損方面
2016年線損完成情況如表4.1所示。
配電網(wǎng)建設(shè)滯后整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展,放射狀輻射,多條分支線和多臺(tái)變壓器T接,饋線開(kāi)關(guān)智能化程度低造成故障范圍擴(kuò)大,復(fù)電緩慢,供電能力降低,線路損耗大,配電網(wǎng)故障診斷及故障隔離技術(shù)手段不足,處理客戶抱怨訴求效率低下或無(wú)法及時(shí)響應(yīng)。由此可見(jiàn),10kV富都線迫切需要提高配網(wǎng)裝備技術(shù)水平和智能化水平,提高供電可靠性和供電服務(wù)水平,最終提升客服滿意度。
(二)10kV富都線饋線開(kāi)關(guān)升級(jí)改造工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容:
1、更換10kV富都線磷肥廠支#9桿9T1開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)1臺(tái)。
2、更換10kV富都線南郊支#70桿70T1開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)1臺(tái)。
3、更換10kV富都線南郊支#136桿136T1開(kāi)關(guān)為負(fù)荷開(kāi)關(guān)1臺(tái)。
4、新建10kV富都線#168桿168T1負(fù)荷開(kāi)關(guān)1臺(tái)。
5、新建10kV富都線南郊支#197桿197T1斷路器1臺(tái),控制石英砂場(chǎng)支線。
6、更換10kV富都線污水處理廠支#1桿1T1斷路器1臺(tái)。
7、更換10kV富都線南舜礦業(yè)支#1桿1T1斷路器1臺(tái)。
8、更換10kV富都線山湖居支#46+3桿46+3T1斷路器1臺(tái)。
9、更換10kV富都線寶利塑料支#1桿1T1為斷路器1臺(tái)。
10、新建10kV富都線南郊支線#159桿與長(zhǎng)嶺線#172桿聯(lián)絡(luò),安裝負(fù)荷開(kāi)關(guān)1臺(tái)。
11、#4塔4T1開(kāi)關(guān)短接只作停送電操作。
(三)項(xiàng)目實(shí)施后開(kāi)關(guān)設(shè)置明細(xì)如表4.2所示。
4.2 項(xiàng)目實(shí)施后開(kāi)關(guān)設(shè)置明細(xì)表
五、實(shí)用化驗(yàn)收與應(yīng)用測(cè)試
2016年12月開(kāi)始試點(diǎn)建設(shè)10kV富都線配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化,歷時(shí)一個(gè)月,2017年1月正式投產(chǎn)運(yùn)行。
(一)運(yùn)行分析
2017年全年共發(fā)生10次故障,其中4次造成10kV變電站開(kāi)關(guān)跳閘,重合閘動(dòng)作4次(其中0次重合成功),重合閘成功率為0。另外6起線路故障為分支線路相間短路故障引起,分支線斷路器開(kāi)關(guān)動(dòng)作6次,準(zhǔn)確率100%,越級(jí)跳閘率為0,由于已對(duì)各柱上開(kāi)關(guān)保護(hù)定值進(jìn)行了合理的設(shè)置,發(fā)生時(shí)該區(qū)域的柱上斷路器都能夠準(zhǔn)確的隔離故障電流,達(dá)到了縮小停電范圍的目的,也更便利運(yùn)維人員快速搶修復(fù)。
(二)總體效益對(duì)比
1、經(jīng)濟(jì)效益
本文所提出智能化饋線開(kāi)關(guān)方案的投資成本主要從以下幾方面進(jìn)行估算(本工程資本金為靜態(tài)投資的10%):
新建(更換)饋線開(kāi)關(guān)10套×50000=500000元。
建設(shè)安裝費(fèi)按20%計(jì)算。
通信方式利用原有的集成型配電自動(dòng)化主站,軟件平臺(tái)費(fèi)用不分?jǐn)偂?/p>
本項(xiàng)目靜態(tài)總投資600000元,動(dòng)態(tài)總投資650000元。
對(duì)比表4.2與表5.1計(jì)算可得:
年節(jié)電量(2017年比2016年)
2017年供電量14052000×(2017年線損率11.22%-2016年線損率6.67%)=639366千瓦時(shí)
年節(jié)省電費(fèi)(每千瓦時(shí)0.68元測(cè)算)
639366×0.68=434768元
靜態(tài)投資回收期1.38年,動(dòng)態(tài)投資回收期1.50年。
電網(wǎng)投入產(chǎn)出比(該指標(biāo)用來(lái)反映智能配電網(wǎng)建設(shè)所投入資金的回報(bào)程度)計(jì)算公式如下:
投入產(chǎn)出比(%)=運(yùn)行收益/初始投資=434768/600000=72%
2、社會(huì)效益
2016年和2017年用戶停電時(shí)間統(tǒng)計(jì)詳見(jiàn)表5.1。
我國(guó)采用配電系統(tǒng)用戶供電可靠性標(biāo)準(zhǔn)為《供電系統(tǒng)用戶供電可靠性評(píng)價(jià)規(guī)程》(DL/T836-2003)。其中最常用和最重要的指標(biāo)為供電可靠率、用戶平均停電時(shí)間及用戶平均停電次數(shù)等[4]指標(biāo)考核,按規(guī)程計(jì)算:
2016年用戶平均停電時(shí)間=(每次停電持續(xù)時(shí)間×每次停電用戶/總用戶數(shù))= 10250/1442=7.1
2016年用戶平均停電次數(shù)= (每次停電用戶數(shù)/總用戶數(shù))=680/1442=0.47
2016年供電可靠率=(1-用戶平均停電時(shí)間)/總用戶數(shù))×100%
=(1-7.1/1442)×100%=99.51%
2017年用戶平均停電時(shí)間=(每次停電持續(xù)時(shí)間×每次停電用戶/總用戶數(shù))=300/1442=0.2080
2017年用戶平均停電次數(shù)= (每次停電用戶數(shù)/總用戶數(shù))
=150/1442=0.1040
2017年供電可靠率=(1-用戶平均停電時(shí)間)/總用戶數(shù))×100%
=(1-0.2080/1442)×100%=99.99%
由此得出10KV富都線供電可靠性數(shù)據(jù)如表5.2所示。
配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化后,供電可靠性得到有效提高,停電次數(shù)減少,停電時(shí)間縮短,供電質(zhì)量提高,有效增加當(dāng)?shù)卣陀脩魧?duì)供電部門的滿意度,從而改善電力部門的社會(huì)形象,也有利于今后招商引資發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。
六、結(jié)束語(yǔ)
縣級(jí)區(qū)域采用就地式智能化饋線開(kāi)關(guān),故障定位功能作用明顯,饋線開(kāi)關(guān)的作用不局限于作為分配電能,更是優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、靈活調(diào)度系統(tǒng)資源的有效手段。在沒(méi)有進(jìn)行配電網(wǎng)大規(guī)模改造前提下,10kV富都線只新建(更換)10套智能化饋線開(kāi)關(guān),快速監(jiān)測(cè)隔離故障,就實(shí)現(xiàn)最大供電量減少損耗,提升了開(kāi)關(guān)智能管控能力,提升了運(yùn)檢管理分析能力,另外更推遲了新配電網(wǎng)建設(shè)的需求。從應(yīng)用效果來(lái)看,其功能簡(jiǎn)潔、實(shí)用,證明本文提出的縣級(jí)配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)智能化方案可行。
參考文獻(xiàn)
[1]趙璟.智能配電網(wǎng)在電網(wǎng)中的發(fā)展[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2012(3):292-294.