四回10kV線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的供電方式分析

彭鎮(zhèn)華

（南方電網(wǎng)廣東中山供電局，廣東 中山 528400）

0 引言

近年來(lái)，配電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)組廣泛應(yīng)用了電壓時(shí)間型或智能分布式等饋線自動(dòng)化，這些饋線自動(dòng)化環(huán)網(wǎng)組通過(guò)“拉手”開(kāi)關(guān)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，無(wú)論是否需要站內(nèi)二次重合閘來(lái)判斷故障范圍，對(duì)非故障段線路來(lái)說(shuō)，從故障發(fā)生到故障定位隔離均需要經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間失壓。為此，對(duì)電壓波動(dòng)率及電能質(zhì)量要求較高的高新科技企業(yè)來(lái)說(shuō)，這些饋線自動(dòng)化供電方式并不適用。該文提出一種四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的供電運(yùn)行方式，通過(guò)速動(dòng)型智能分布式饋線自動(dòng)化雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生單一故障時(shí)，非故障段線路可以不失壓，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生多點(diǎn)故障時(shí)，非故障段線路可以秒級(jí)快速?gòu)?fù)電。

1 四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的方案設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)

該方案主要針對(duì)對(duì)供電可靠性要求高的A 類(lèi)地區(qū)，該地區(qū)為以電纜為主的小電阻接地系統(tǒng)，采用合環(huán)模式下速動(dòng)型智能分布式饋線自動(dòng)化建設(shè)，速斷型智能分布式應(yīng)用于配電線路分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為斷路器的線路上，配電終端通過(guò)高速通信網(wǎng)絡(luò)，與同一供電環(huán)路內(nèi)相鄰分布式配電終端實(shí)現(xiàn)信息交互，當(dāng)配電線路發(fā)生故障時(shí)，在變電站出口斷路器保護(hù)動(dòng)作前可以恢復(fù)快速故障定位、故障隔離和非故障區(qū)域的供電。

如圖1 所示，合環(huán)運(yùn)行下的供電網(wǎng)絡(luò)以一個(gè)開(kāi)關(guān)及其相鄰開(kāi)關(guān)為研究對(duì)象，根據(jù)與基爾霍夫電流定律類(lèi)似的原理，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)（或區(qū)域）流入和流出的電流相等。在某一開(kāi)關(guān)和與其相鄰的開(kāi)關(guān)所組成的區(qū)域中，當(dāng)有一個(gè)大電流從某一個(gè)開(kāi)關(guān)流入該區(qū)域時(shí)，必有一個(gè)大電流流出該區(qū)域，如果未有大電流從另一個(gè)開(kāi)關(guān)流出，則該區(qū)域內(nèi)必定有故障點(diǎn)。

圖1 合環(huán)運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)電流示意圖

對(duì)保護(hù)區(qū)域內(nèi)的每個(gè)處于閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，設(shè)動(dòng)作相量：=（，，）。

普通開(kāi)關(guān)：1）自身感受到故障電流；2）有故障電流流入本區(qū)域，而沒(méi)有故障電流流出本區(qū)域；J=（1，1，0）。邊界電源開(kāi)關(guān)：1）自身感受到故障電流；2）沒(méi)有故障電流流出本區(qū)域；=（1，，0）。末梢開(kāi)關(guān)：自身感受到故障電流（無(wú)須相鄰過(guò)流信息）；=（1，，）。

滿足以上條件，判定為故障末端，應(yīng)跳閘隔離故障。

供電方式如圖2 所示，來(lái)自同一供電區(qū)域的兩個(gè)110kV變電站通過(guò)不同10kV 母線引出兩對(duì)線路（共4 回），兩個(gè)變電站引出來(lái)的一對(duì)10kV 線路分別以速斷型智能分布式合環(huán)運(yùn)行，并且與另一側(cè)變電站引出來(lái)的一對(duì)10kV 合環(huán)線路分別開(kāi)環(huán)運(yùn)行。

圖2 四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行供電方式

1.2 配電自動(dòng)化建設(shè)原則

四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行供電具有秒級(jí)轉(zhuǎn)供電、自愈重構(gòu)網(wǎng)架、終端就地控制、光纖通信等優(yōu)勢(shì)，采用的自動(dòng)化配置原則如下：1）主干配開(kāi)關(guān)站、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)站以及重要用戶配電站均按照“三遙”功能饋線自動(dòng)化規(guī)劃建設(shè)，均采用全絕緣斷路器，實(shí)現(xiàn)速斷型智能分布式饋線自動(dòng)化功能。2）電纜網(wǎng)主干配上配備具有“三遙”功能的開(kāi)關(guān)設(shè)備、饋線自動(dòng)化終端及兼容光纖和無(wú)線的通信模塊。3）采用雙策略配置，同時(shí)具備智能分布式和就地饋線自動(dòng)化功能，可自動(dòng)切換，具有較高的可靠性和靈活性。4）采用光纖通信方式為主，無(wú)線通信方式為輔。

1.3 開(kāi)關(guān)設(shè)備配置及自動(dòng)化功能

所有開(kāi)關(guān)均配置斷路器，主干線的進(jìn)、出線柜和母線分段柜保護(hù)配置采用主保護(hù)為速斷型的智能分布式，后備保護(hù)配置電壓電流型的邏輯保護(hù)。支線饋出柜保護(hù)采用三段式過(guò)流保護(hù)配置，開(kāi)關(guān)設(shè)備具備以下自動(dòng)化功能：1）“聯(lián)鎖失電延時(shí)分閘閉鎖”功能，當(dāng)普通開(kāi)關(guān)失電、同時(shí)收到相鄰開(kāi)關(guān)故障跳閘信息時(shí)，該開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖分閘并閉鎖，自動(dòng)隔離故障區(qū)段；2）邊界電源開(kāi)關(guān)“失電延時(shí)分閘”功能 ，對(duì)邊界電源開(kāi)關(guān)而言，電源側(cè)失壓后自動(dòng)延時(shí)分閘，這樣可以保證當(dāng)故障發(fā)生在變電站出口時(shí)，故障區(qū)段能夠被自動(dòng)隔離。3）“檢閉鎖單側(cè)失壓延時(shí)合閘”功能，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到任何一側(cè)失壓后，與相鄰開(kāi)關(guān)通信，若相鄰開(kāi)關(guān)因故障而跳閘，說(shuō)明故障區(qū)段緊鄰聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，則聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)維持分閘狀態(tài)并閉鎖；若相鄰開(kāi)關(guān)沒(méi)有故障跳閘信息，則說(shuō)明故障不在緊鄰聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的區(qū)段，連絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)延時(shí)合閘，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)移供電。

1.4 通信組網(wǎng)方式

環(huán)網(wǎng)組在終端開(kāi)關(guān)站分別配置ODF 箱、GOOSE 交換機(jī)，開(kāi)關(guān)站內(nèi)每個(gè)終端通過(guò)網(wǎng)線與GOOSE 交換機(jī)相連，開(kāi)關(guān)站間再通過(guò)光纖成環(huán)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)開(kāi)關(guān)站內(nèi)所有終端的信息交互功能。遠(yuǎn)動(dòng)通道則通過(guò)單獨(dú)二層工業(yè)以太網(wǎng)光纖交互機(jī)獨(dú)立上送主站。兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)間為物理隔離，確保了數(shù)據(jù)的加密與安全性。

1.5 環(huán)網(wǎng)組故障隔離判據(jù)

對(duì)四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)組，速動(dòng)型智能分布式保護(hù)故障識(shí)別的處理過(guò)程如下。1）當(dāng)饋線發(fā)生短路故障時(shí)，線路上所有檢測(cè)到的故障電流大于縱聯(lián)啟動(dòng)電流，大于縱聯(lián)啟動(dòng)電流定值的FTU 終端模塊置啟動(dòng)縱聯(lián)標(biāo)示小于縱聯(lián)啟動(dòng)電流定值的FTU 終端模塊不啟動(dòng)縱聯(lián)標(biāo)志，它們都將其標(biāo)志信息通過(guò)光纖通信在 2ms～3ms 發(fā)給開(kāi)關(guān)兩側(cè)的智能分布式保護(hù)終端模塊；2）各個(gè)智能分布式保護(hù)根據(jù)自己檢測(cè)到的保護(hù)電流判斷自身的狀態(tài)，如果故障電流大于縱聯(lián)啟動(dòng)電流定值，且兩側(cè)智能分布式保護(hù)終端模塊傳送過(guò)來(lái)的縱聯(lián)啟動(dòng)標(biāo)志中有一側(cè)有效、一側(cè)無(wú)效，那么裝置在設(shè)定延時(shí)時(shí)間到達(dá)后發(fā)出自己跳閘的命令；3）智能分布式保護(hù)終端模塊在第一次跳閘后會(huì)重合，對(duì)瞬時(shí)性故障恢復(fù)供電；對(duì)永久性故障，終端模塊會(huì)加速再次跳閘，而且該FTU 終端模塊會(huì)向相鄰的縱聯(lián)保護(hù)未啟動(dòng)側(cè)發(fā)布分閘命令來(lái)隔離故障。

從以上智能分布式保護(hù)終端模塊故障隔離的過(guò)程可知，饋線上的每個(gè)智能分布式保護(hù)終端模塊都可以作為故障隔離的主機(jī)，這取決于故障的位置，一般為離故障最近的智能分布式保護(hù)終端模塊。

2 不同故障類(lèi)型故障動(dòng)作過(guò)程分析

2.1 單一故障不影響非故障段用戶正常供電

當(dāng)故障發(fā)生在圖3 的K1 點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能正常啟用時(shí)。M 變電站#1 公用開(kāi)關(guān)站A 線601 開(kāi)關(guān)設(shè)置反向過(guò)流保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間與變電站開(kāi)關(guān)設(shè)置級(jí)差，先動(dòng)作于M 變電站A 線702 開(kāi)關(guān)，M 變電站A 線702 開(kāi)關(guān)與#1 公用開(kāi)關(guān)站A 線601 開(kāi)關(guān)分閘隔離故障，非故障段負(fù)荷不失壓保持由M變電站B 線703 開(kāi)關(guān)供電。當(dāng)故障發(fā)生在圖3 的K2 點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能正常啟用時(shí)。M 變電站A 線#1 公用開(kāi)關(guān)站601、602、605 開(kāi)關(guān)配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，通過(guò)GOOSE 交互信息，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)判斷相鄰開(kāi)關(guān)的電流方向，M 變電站A 線#1 公用開(kāi)關(guān)站601、602、605 開(kāi)關(guān)分閘隔離故障，非故障段負(fù)荷不失壓保持由M 變電站B 線703 開(kāi)關(guān)供電。當(dāng)故障發(fā)生在圖3的K3點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能正常啟用時(shí)。N 變電站#3 公用開(kāi)關(guān)站C 線602 開(kāi)關(guān)檢測(cè)到故障分閘隔離故障，開(kāi)環(huán)點(diǎn)M 變電站#2 公用開(kāi)關(guān)站A 線602 開(kāi)關(guān)檢測(cè)到自身無(wú)壓無(wú)流，且收到相鄰開(kāi)關(guān)“故障跳閘”信號(hào)，閉鎖合閘。當(dāng)故障發(fā)生在圖3 的K4 點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能正常啟用時(shí)。#1 公用開(kāi)關(guān)站B 線603 開(kāi)關(guān)配置三段式過(guò)流保護(hù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)電流超過(guò)設(shè)置的定值時(shí)，#1 公用開(kāi)關(guān)站B 線603 開(kāi)關(guān)分閘立刻切除故障。

2.2 多點(diǎn)故障非故障段用戶秒級(jí)復(fù)電

當(dāng)故障同時(shí)發(fā)生在圖3的K5點(diǎn)與K6點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能正常啟用時(shí)。#1 公用開(kāi)關(guān)站A 線602 開(kāi)關(guān)、B 線602開(kāi)關(guān)及#2 公用開(kāi)關(guān)站A 線601 開(kāi)關(guān)、B 線601 開(kāi)關(guān)配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，通過(guò)GOOSE 交互信息，判斷相鄰開(kāi)關(guān)的故障電流方向，#1 公用開(kāi)關(guān)站A 線602 開(kāi)關(guān)、B 線602 開(kāi)關(guān)及#2 公用開(kāi)關(guān)站A 線601 開(kāi)關(guān)、B 線601 開(kāi)關(guān)分閘隔離故障，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)#2 公用開(kāi)關(guān)站A 線602 開(kāi)關(guān)、B 線602 開(kāi)關(guān)單側(cè)失壓且收到相鄰開(kāi)關(guān)的“故障跳閘”信息，經(jīng)過(guò)2s 后同時(shí)合上開(kāi)環(huán)點(diǎn)，恢復(fù)非故障段線路供電。

圖3 四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行故障動(dòng)作分析

2.3 當(dāng)主環(huán)任一開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或通信故障時(shí)，環(huán)網(wǎng)組轉(zhuǎn)就地饋線自動(dòng)化功能

當(dāng)故障發(fā)生在圖3 的K7 點(diǎn)且智能分布式保護(hù)功能異常停用時(shí)。N 變電站#3 公用開(kāi)關(guān)站C 線601 開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，環(huán)網(wǎng)組智能分布式保護(hù)功能自動(dòng)轉(zhuǎn)為就地饋線自動(dòng)化保護(hù)功能，N 變電站C 線719 開(kāi)關(guān)與D 線720 開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘，N 變電站C 線719 開(kāi)關(guān)跳閘重合不成功，D 線720 開(kāi)關(guān)跳閘重合成功，通過(guò)逐級(jí)重合隔離故障，N 變電站#3 公用開(kāi)關(guān)站C 線602 開(kāi)關(guān)、C 線606 開(kāi)關(guān)失電分閘后站內(nèi)重合失敗，開(kāi)關(guān)單側(cè)得電后立即失電，閉鎖開(kāi)關(guān)得電合閘功能，經(jīng)過(guò)120s 后合上開(kāi)環(huán)點(diǎn)M 變電站#2 公用開(kāi)關(guān)站A 線602 開(kāi)關(guān)恢復(fù)非故障段線路供電，開(kāi)環(huán)點(diǎn)M 變電站#2 公用開(kāi)關(guān)站B 線602 開(kāi)關(guān)站內(nèi)重合，成功保持分閘。

當(dāng)主干線上斷路器各終端間的通信（GOOSE 網(wǎng)絡(luò)）故障時(shí)，智能分布式保護(hù)功能退出，轉(zhuǎn)為電壓時(shí)間型就地饋線自動(dòng)化功能，其線路的開(kāi)環(huán)點(diǎn)兩側(cè)有電壓閉鎖得電合閘功能，在開(kāi)環(huán)點(diǎn)單側(cè)失壓經(jīng)歷120s 后，開(kāi)環(huán)點(diǎn)會(huì)自動(dòng)合閘恢復(fù)線路供電。

3 該供電方式優(yōu)點(diǎn)

相較于目前較為常規(guī)的 10kV 環(huán)網(wǎng)供電方式，在自動(dòng)化開(kāi)關(guān)邏輯上：常規(guī)10kV 環(huán)網(wǎng)供電一般采用電壓時(shí)間型就地饋線自動(dòng)化功能，也有配置智能分布式或主站集中型的自愈功能，但是常規(guī)的10kV 環(huán)網(wǎng)供電有開(kāi)環(huán)點(diǎn)，以就地型饋線自動(dòng)化與主站集中型自愈為例，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)變電站開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘，線路上的自動(dòng)化開(kāi)關(guān)會(huì)因失電而分閘，同時(shí)故障點(diǎn)上的終端檢測(cè)到過(guò)電流閉鎖故障點(diǎn)開(kāi)關(guān)的得電合閘功能，變電站開(kāi)關(guān)經(jīng)重合后，主干線非故障段開(kāi)關(guān)逐級(jí)得電合閘，對(duì)側(cè)可通過(guò)自轉(zhuǎn)電恢復(fù)非故障段供電，從而完成故障隔離與恢復(fù)。在四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行供電中，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，速動(dòng)性智能分布式保護(hù)通過(guò)終端間信息交互與邏輯計(jì)算，直接切除故障，無(wú)須變電站重合即可完成故障隔離，雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行使得非故障段不存在失壓等任何影響。

在供電可靠性對(duì)比上：當(dāng)其他供電方式線路在單回10kV 出線發(fā)生故障時(shí)，非故障段線路須待故障隔離后才能逐級(jí)恢復(fù)供電；如果兩回10kV 出線同時(shí)發(fā)生故障會(huì)出現(xiàn)無(wú)法轉(zhuǎn)供電的情況。當(dāng)四回10kV 線路雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行供電在單回10kV 出線發(fā)生故障時(shí)，故障段瞬間隔離，非故障段線路則不受任何影響；當(dāng)同一變電站兩路10kV 出線同時(shí)故障時(shí)，通過(guò)智能分布式隔離與轉(zhuǎn)供，秒級(jí)恢復(fù)非故障段線路供電，從而大大提高了用戶的供電可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

該供電方式已經(jīng)在中山翠亨新區(qū)供電系統(tǒng)得以實(shí)際應(yīng)用，翠亨新區(qū)起步區(qū)為中山市政府重點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)的高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展區(qū)域，新區(qū)有技術(shù)科研基地、精密設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)、高新材料生產(chǎn)園區(qū)等重要用戶，對(duì)供電可靠性及電能質(zhì)量都有較高要求。翠亨新區(qū)起步區(qū)雙環(huán)網(wǎng)合環(huán)智能供電項(xiàng)目投產(chǎn)后，期間發(fā)生過(guò)多次單一故障，在故障隔離定位中均未對(duì)非故障段用戶造成失壓影響。