配電自動(dòng)化工程終端設(shè)備改造技術(shù)研究

俞琪

（蘇州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215011）

1 配電自動(dòng)化的應(yīng)用功能

主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）實(shí)現(xiàn)故障快速處理。（2）實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行。（3）遵循IEC61968 推薦的企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)（ESB），實(shí)現(xiàn)相關(guān)系統(tǒng)集成。線(xiàn)路故障快速處理功能如下：主站、子站通過(guò)DTU 采集到線(xiàn)路的故障電流信息，首先，根據(jù)事先定義的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r確定最小故障區(qū)域；其次，根據(jù)程序設(shè)定的優(yōu)先級(jí)別執(zhí)行切除故障區(qū)域、恢復(fù)變電站電源供電、恢復(fù)重要客戶(hù)供電、恢復(fù)其他客戶(hù)供電等操作，整個(gè)恢復(fù)過(guò)程在數(shù)分鐘之內(nèi)完成。例如：如圖1 所示，一條配網(wǎng)線(xiàn)路從變電站A 至變電站B 組成手拉手供電環(huán)，中間有6 個(gè)分段開(kāi)關(guān)，正常供電時(shí)一般按負(fù)荷分布選擇開(kāi)環(huán)點(diǎn)為開(kāi)關(guān)4，假設(shè)開(kāi)關(guān)2～3 間電纜故障，變電站A 側(cè)線(xiàn)路出線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳閘，配電自動(dòng)化系統(tǒng)控制故障范圍兩側(cè)的開(kāi)關(guān)2 和開(kāi)關(guān)3 分閘，再控制變電站A 側(cè)線(xiàn)路出線(xiàn)開(kāi)關(guān)和開(kāi)環(huán)點(diǎn)開(kāi)關(guān)4合閘，實(shí)現(xiàn)切除故障點(diǎn)，恢復(fù)非故障線(xiàn)路段供電。對(duì)于一個(gè)配電環(huán)路聯(lián)接多個(gè)電源點(diǎn)（變電站）的情況，以此類(lèi)推，控制原則相似，只是步驟復(fù)雜而已。

圖1 配網(wǎng)線(xiàn)路故障例圖A

又例如，圖2：開(kāi)閉所A 中母線(xiàn)處發(fā)生短路故障，則變電站1 側(cè)開(kāi)關(guān)1 跳閘，配電自動(dòng)化系統(tǒng)自控制開(kāi)閉所1 開(kāi)關(guān)3 和開(kāi)關(guān)2 分閘，切除故障線(xiàn)段，然后控制原開(kāi)環(huán)點(diǎn)開(kāi)關(guān)4合閘，快速恢復(fù)正常區(qū)段供電。

圖2 配網(wǎng)線(xiàn)路故障例圖B

又例如，圖3：中開(kāi)閉所A 中開(kāi)關(guān)5 出線(xiàn)部分發(fā)生短路故障，則變電站1 側(cè)開(kāi)關(guān)1 首先跳閘，然后配電自動(dòng)化系統(tǒng)控制開(kāi)閉所A 開(kāi)關(guān)5 分閘，切除故障線(xiàn)路，然后自動(dòng)控制變電站1 側(cè)開(kāi)關(guān)1 合閘，恢復(fù)其余正常線(xiàn)段的供電。

圖3 配網(wǎng)線(xiàn)路故障例圖C

2 配電自動(dòng)化的改造技術(shù)

2.1 監(jiān)控終端DTU

主要功能：狀態(tài)量、模擬量采集和處理、數(shù)字量采集和處理、檢測(cè)線(xiàn)路相間及單相故障、遠(yuǎn)方控制功能、通信功能、運(yùn)行參數(shù)及定值整定功能、自檢和自恢復(fù)功能。

2.2 中壓開(kāi)關(guān)站/配電室自動(dòng)化的改造

（1）環(huán)網(wǎng)柜加裝三相CT 及零序CT，5P20 級(jí)別并且滿(mǎn)度值滿(mǎn)足3 倍以上額定值。（2）環(huán)網(wǎng)柜操作電源采用DC48V，后備電源選用一組免維護(hù)鉛酸蓄電池（容量20AH）。綜控屏內(nèi)設(shè)備供電及環(huán)網(wǎng)柜操作電源分別從48V 母線(xiàn)引出。（3）環(huán)網(wǎng)柜具備當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方操作功能，配有當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方選擇開(kāi)關(guān)及控制出口壓板。遙信中開(kāi)關(guān)位置采用雙位置，接地刀閘位置、遠(yuǎn)近控均采用單位置。其中接地刀閘位置采用合位輔助接點(diǎn)，遠(yuǎn)近控均采用遠(yuǎn)控位置輔助接點(diǎn)。（4）綜控屏采用電源設(shè)備、DTU 終端和通信設(shè)備混合組屏模式。輸入的交流電源應(yīng)采用站變柜提供的電源，另一路采用不同交流電源。兩路交流電源輸入應(yīng)具備自動(dòng)投切功能。(5)站變柜二次側(cè)輸出電壓為AC220/100V，容量3000/30VA，其中0.22kV 繞組容量為3KVA 及以上，0.1kV 抽頭級(jí)別不低于0.5 級(jí)，提供母線(xiàn)電壓線(xiàn)損數(shù)據(jù)。配電自動(dòng)化終端計(jì)量模塊要求：開(kāi)關(guān)電流互感器精度不低于0.5S，電壓互感器精度不低于0.5，計(jì)量精度不低于0.5S，自動(dòng)化裝置需滿(mǎn)足線(xiàn)損統(tǒng)計(jì)需求，實(shí)現(xiàn)雙向有功、無(wú)功計(jì)算功能。

2.3 電流互感器變比選用

圖4

為規(guī)范配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障定位判據(jù)的設(shè)定，在線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)利用電流變化及時(shí)判斷出故障區(qū)間，設(shè)定原則和設(shè)定值如下：(1)反應(yīng)相間故障的相過(guò)流保護(hù)，其設(shè)置原則按照躲過(guò)配電線(xiàn)路正常運(yùn)行時(shí)的最大負(fù)荷電流原則設(shè)定?？紤]到配網(wǎng)線(xiàn)路供電半徑小、短路電流大、單線(xiàn)負(fù)荷電流小于600A 的特點(diǎn)，設(shè)定值定為600A（一次值）/0s，用于發(fā)信號(hào)、定位故障支路。(2) 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)（10kV 接地電阻為10Ω，20kV 接地電阻為20Ω）中的配網(wǎng)線(xiàn)路，用反應(yīng)單相接地故障的零序電流保護(hù)，其電流互感器應(yīng)采用獨(dú)立的零序電流互感器，其設(shè)置原則按躲過(guò)零序回路正常不平衡電流原則設(shè)定，設(shè)定值定為80A（一次值）/0.1s，用于發(fā)信號(hào)、定位故障支路。目前站端每回出線(xiàn)：電流互感器變比設(shè)置為600/1A；零序電流互感器變比設(shè)置為100/1A。

2.4 鉛酸蓄電池待機(jī)時(shí)間計(jì)算和驗(yàn)證

專(zhuān)用技術(shù)規(guī)范中對(duì)免維護(hù)閥控鉛酸蓄電池的要求如下：額定電壓DC48V，單節(jié)電池≥7Ah，使用壽命≥3 年，保證完成“分—合—分”操作并維持配電終端及通信模塊至少運(yùn)行4h。

（1）功耗分析。①每個(gè)主控單元裝置功耗：10W（工作電源DC48V）16 路裝置主控單元功耗：按10×2=20W 計(jì)算；②光通訊設(shè)備：按8W 計(jì)算；③遙信回路功耗：每個(gè)遙信功耗：0.036W 每個(gè)開(kāi)關(guān)按5 個(gè)遙信計(jì)算：0.036×5=0.18W16路裝置所有遙信全“合”狀態(tài)的功耗：0.18×16=2.88W；實(shí)際上，每個(gè)開(kāi)關(guān)最多有3 個(gè)遙信為“合”，所以實(shí)際遙信功耗：2.88×3/5=1.728W。④操作開(kāi)關(guān)：每操作一次開(kāi)關(guān)，電壓大概下降0.1V。實(shí)際測(cè)試表明，連續(xù)性的負(fù)載對(duì)蓄電池待機(jī)時(shí)間有較大影響，短時(shí)分合閘開(kāi)關(guān)對(duì)蓄電池的待機(jī)時(shí)間影響較小。因此，裝置總功耗按30W 計(jì)算。

（2）12Ah 鉛酸蓄電池放電數(shù)據(jù)分析。電源模塊給蓄電池充滿(mǎn)電時(shí)，電池組電壓為55V,當(dāng)監(jiān)測(cè)到蓄電池電壓低于42V 時(shí)關(guān)斷蓄電池。下表是單節(jié)12AH 蓄電池放電時(shí)間表。

①按恒電流計(jì)算：起始放電電壓55V，開(kāi)始放電電流：30W/55V=0.55A 電池關(guān)斷前電壓42V，關(guān)斷前放電電流：30W/42=0.71A 由于負(fù)載功率恒定，放電過(guò)程電壓會(huì)逐漸降低，因此放電電流逐步增加，在0.55～0.71A，介于表上0.64A附件，因此，對(duì)應(yīng)查得待機(jī)時(shí)間是20h。

②按恒功率計(jì)算：恒定30W 負(fù)載，平均分配到4 節(jié)蓄電池，每節(jié)蓄電池帶負(fù)載：30/4=7.5W。對(duì)照上面恒功率放電表可知，接近表上7.77W，因此查表可以看出待機(jī)時(shí)間也是20h。4 節(jié)蓄電池給30W 負(fù)載供電，放電電流在0.55～0.71A，因此在0.6A 附近（0.05C=0.05X12A=0.6A），通過(guò)曲線(xiàn)也可以看出12Ah 蓄電池組給30W 負(fù)載供電的待機(jī)時(shí)間是20h 左右。

（3）7Ah 鉛酸蓄電池放電數(shù)據(jù)分析負(fù)載性質(zhì)與大小不變，只是將蓄電池容量改為4 節(jié)7Ah。由于負(fù)載大小不變，因此放電電流也是在0.55～0.71A，每節(jié)蓄電池分配的負(fù)載也是7.5W 左右，查表可知待機(jī)時(shí)間大約在10h。由于放電電流在0.7A 左右，因此放電曲線(xiàn)參考0.1C，理論待機(jī)時(shí)間也是10h左右。

（4）實(shí)際測(cè)試。

為了驗(yàn)證蓄電池理論待機(jī)時(shí)間是否正確，再次按照實(shí)際帶載測(cè)試：

①測(cè)試環(huán)境：溫度28℃；16 路DTU 配置完全相同的主控單元2 臺(tái)；用另外一臺(tái)主控單元代替光通訊設(shè)備（實(shí)際光通訊設(shè)備功耗小于10W）。58 個(gè)為合狀態(tài)(現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行時(shí)不會(huì)有這么多遙信為合)。12Ah 蓄電池，4 節(jié)。

②測(cè)試數(shù)據(jù)：

起始放電時(shí)間：第一天19 時(shí)24 分放電電壓51.3V,放電電流0.577A,實(shí)測(cè)功耗29.6W；

欠壓關(guān)斷時(shí)間：第二天15 時(shí)21 分關(guān)斷前電壓43.5V,放電電流0.71A，實(shí)測(cè)功耗30.89W 中間其它數(shù)據(jù)略；

實(shí)測(cè)待機(jī)時(shí)間：大約20h。

（5）結(jié)論。1.7Ah 蓄電池組理論待機(jī)時(shí)間待機(jī)4h 的規(guī)定。2.16 路組屏式DTU 配置4 節(jié)12Ah 蓄電池組待機(jī)時(shí)間在20小時(shí)左右，3.32 路組屏式DTU 配置6 節(jié)12Ah 蓄電池總體待機(jī)時(shí)間也是20h 左右。目前選用閥控密封蓄電池組DC12V，20AH。

3 結(jié)語(yǔ)

配電自動(dòng)化改造采用一體化施工方式，一次開(kāi)關(guān)設(shè)備以及二次小室等和二次終端設(shè)備、通信設(shè)備、二次電纜等均安裝在同一個(gè)箱體會(huì)內(nèi)。對(duì)三遙信號(hào)進(jìn)行了規(guī)范化，同時(shí)后備電源采用蓄電池儲(chǔ)能方式。并且選用了高可靠性、高實(shí)時(shí)性并完全符合技術(shù)規(guī)范的智能配電終端設(shè)備。