一种新颖的电压电流时间型馈线自动化方案

2009年第19期中国高新技术企业NO.19.2009（总第130期）Chinese hi- tech enterprises（CumulativetyNO .130）一种新颖的电压-电流-时间型馈线自动化方案贾冬霞（泉州七星电气有限公司，福建 泉州 362000）摘要：文章针对城农网架空线路馈线自动化的实施，提出了一种实时馈线自动化的故障定位、隔离的具体处理方案，详 细阐述了该方案的实现过程，对城农网架空线路馈线自动化的实用化应用和推广有着积极的意义。 关键词：馈线自动化；VIT方案；FTU；故障中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）19-0043-03一、概述随着我国经济建设突飞猛进地发展和人民生活水平日新 月异地提高，人们对电力的需求日益增长，同时对供电可靠性 和质量提出了更高要求。如何预见城市配电系统常见的故障并 进行分析，减少用户的停电时间来提高可靠性，越来越受到关 注。随着电力市场及用电水平的提高，配电网面临着一场新的 改革和发展，配网自动化将进一步得到完善。但是配电网自动 化在中国仍然是一种因发展而新出的事物，必须采取科学的态 度，实事求是的原则，应根据电网、城市配网的规化进行，避免 盲目，配网自动化需要适合国情、地情、网情，应有计划地分期、 分批实施。宜先采用具有自动化功能的一次开关设备的二次保 护监控设备完成自动送电、故障自动分闸和隔离故障功能，能 做到在配电网发生故障时快速隔离和区分故障点。当配电网的 其他条件具备时，再投入通信和计算机网络。避免走弯路，这样 资金投入可以分批实施。电力市场的不断完善迫使电力企业以效益为目标，把工作 中心转移到效率管理、降低成本和为用户提供优质服务上。这 使得供电企业必须不断地分析电网的运行性能、制定电网优化 运行的方案。配电网的优化运行主要包括：无功补偿、提高供电 质量、降低线损、设备运行和维护，而供电质量包括安全性、供 电可靠性、电能合格率。目前首当其冲的任务是提高供电可靠 性，保证供电的安全。提高供电可靠性的主要技术措施有缩短故障停电时间、快 速故障定位、隔离故障区段、非故障区段恢复供电。本馈线自动 化方案的目的在于快速进行馈线的故障识别，自动隔离并恢复 供电。二、方案描述为满足不同配网馈线的各种需求，本方案把可靠性、安全 性放在首位，以将开关的动作次数降到最低为原则，并遵循国 内的配网状况，按照配网自动化分阶段实施的原则性要求，做 到无需更换设备即可满足配电网自动化系统的升级要求。目前使用较多的是基于日本东芝VSP5型负荷开关的电压- 时间型馈线自动化方案。但该方案在馈线上发生的是瞬时性 故障时也要按照永久性故障的时间顺序来处理，无法在短时间 内恢复供电；另外该方案需要利用联络开关的开断功能重新进 行二次故障定位，即使是瞬时性的馈线故障，故障恢复时间也 较长；且原方案对于分支线一律采用断路器或重合器作分叉处 的分支开关，从开关动作的分散性来看前各级断路器或重合器 装置的保护定值设定较难把握；另外原方案也未充分考虑主干 线及分支线发生单相接地故障时的处理。根据资料统计，架空线路的瞬时性故障占总线路故障比例 的70%左右，因此，常用的电压- 时间型馈线自动化方案在供电 的可靠性、故障处理的及时性上有所欠缺。1本馈线自动化（电压- 电流- 时间型也称VIT型）方案充 分考虑了瞬时性故障处理的迅速性要求，同时也充分利用开关00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000一次三蓝料方案，对比采取使用两蓝料，电炉连续加入生铁510吨左右的配料方案，回收率上升1%，吨钢配料成本低93.6元。2冶炼普板：冶炼普板在不使用HBI，采取连续加入生铁 的配料方案，在加入量相当的情况下，回收率上升6个百分点， 配料成本低260.2元。（二）使用前后冶炼指标情况对比1冶炼SPA- H指标对比。冶炼SPA- H在不使用连续加入 生铁的配料方案，必须每隔冶炼23炉配一次三蓝料方案，对 比采取使用两蓝料，电炉连续加入生铁510吨左右的主要冶 炼指标吨钢成本下降8.3元，冶炼周期缩短6分钟。2冶炼普板指标对比。冶炼普板在不使用HBI，采取连续 加入生铁的配料方案，在加入量相当的情况下，电炉冶炼成本对比降低4.6元。九、结语在新的生铁系统投入使用后，我们摆脱了必须加海棉铁以 增加钢水量的束缚，我们成功用生铁代替了海面铁的使用，这 对降低产品的成本起到了至关重要的作用。我们在原有系统的 基础上，用了极小的费用，完成了系统的电气改造，小的投入换 来大的收获，新增生铁连续加料系统为珠钢实现减本增效奠定 了坚实的设备基础。作者简介：陈少杰，男，广东广州人，广州珠江钢铁责任有 限公司助理工程师，研究方向：冶金自动化。- 43 -控制装置中的FTU捕捉主网上分段开关两侧的电压变化情况， 使故障处理简便可靠，可最大限度地在短时间内恢复瞬时性故 障全部线路或永久性故障时非故障线路的正常供电，并减少开 关动作次数；对于分支线路不长、结构较为健康的分支线，分叉 处开关可以选用具有分段功能且带看门狗功能的分界开关，当 支线发生故障（含单相接地故障）时进行有效隔离；本方案同时 充分考虑了单相接地故障时的处理。2本方案仅通过合理选择、使用智能开关，不依赖主站、 子站，实现配电网系统馈线故障点的确定、隔离故障区段、恢复 非故障区段的供电，提高10kV馈线的供电可靠性和运行的经济 性。3本馈线自动化方案，首先，充分考虑了瞬时性故障处理 的迅速性要求，同时也充分利用开关控制装置中的FTU捕捉主 网上分段开关两侧的电压变化情况，使故障处理简便可靠，可 最大限度地在短时间内恢复瞬时性故障全部线路或永久性故 障时非故障线路的正常供电。其次，VIT型馈线自动化方案中所 用的开关控制装置要既能检测开关两侧的电压及其变化情况， 也要能检测流经开关的电流及其变化情况。具体如下：对于分 支线路不长、结构较为健康的分支线，分叉处开关可以选用具 有分段功能且带看门狗功能的开关，分叉处分段开关过流脉冲 次数设置为2次，主网上的分段开关失电后的分闸设定为延时T 时间执行（T时间用于躲过重合器第一次重合延时如0.3秒）。以 上两方面可以保证不论是分支线上还是主网上出现故障，变电 站出口重合器的第一次重合闸均用于排除瞬时性的线路故障， 如果第一次重合闸成功，说明故障即为瞬时性故障，仅需零点 几秒故障就可排除完毕；若第一次重合闸失败（一次重合不成 功分闸） 即确认该次线路故障为非瞬时性故障而是永久性故 障，该线路上的所有主网上的分段开关分闸，然后按照电压及 其变化情况与时间配合隔离故障区段，恢复非故障区段的正常 供电。若是短分支线上的永久性故障，该分支线分叉处分段开 关在两次过流脉冲计数到且开关两侧失电后分闸并闭锁，实现 故障区段的自动隔离。再次，本方案也充分考虑了单相接地故 障时的处理，当分支线出现接地故障时，仅分支线分叉处开关 按设定的允许单相接地后运行的时间分闸动作，既不影响主干 线，又可以使故障线路得以有效隔离；当主干线上发生单相接 地故障时，接地故障点两侧的开关也按按设定的允许单相接地 后运行的时间分闸动作，将故障线路段有效隔离开来。三、方案中馈线上一次设备的选择要求（一）开关类型选择根据架空线路的不同，VIT型馈线自动化方案利用了新型 的保护配合方法，一般在进行馈线网络设计选择一次设备（即 开关设备）时，可遵循以下原则：1环网（手拉手结构）线路或放射线路中，变电站出口处 安装重合器（当站外馈故障时不会影响站内的设备运行状况）， 在该线路的分段处安装VIT型自动分段开关 （控制器内装设有 按本方案设计的馈线自动化预置方案）。2环网线路或放射线路中的分支线设计：长放射状线路（故障机率高）的分支线分叉处 安装重合器或断路器，以防故障 机率高发支线上的线路故障频繁影响到主干线（据统计，分支 线的线路故障占总线路故障的70%左右）；而较短分支线或故 障率低的分支线分叉处可以安装VIT型自动分段开关 （智能型 的负荷开关，带有看门狗功能以实现单相接地故障的判断及处理）。3分段开关选用VIT型自动分段开关（智能型的负荷开关， 要带有看门狗功能以实现单相接地故障的判断及处理），不宜 使用智能型断路器或智能型重合器，以避免各级断路器或重合 器装置的保护定值配合上的困难。（二）馈线上各种开关的基本功能要求1变电站出口重合器或断路器。具有三次重合闸功能（符 合额定操作顺序O- 0.3S- CO- 3S- CO- 3S- CO要求），按其内置的 电流时间曲线或用户的定时限设定进行配合保护。内置3只满足5P20精度要求的电流互感器，内置一只高精 度零序电流互感器，与开关控制箱中的FTU配合可实现电源 侧、负荷侧单相接地故障的准确判断及分闸动作。2VIT型自动分段开关。内置有6只（开关的电源侧、负荷 侧各安装1只）高精度电压传感器（CVT或RCVT），用于测量开 关两侧各相电压及其瞬间变化情况。内置3只满足0.5级精度要求的电流互感器。 内置一只高精度零序电流互感器，与开关控制箱中的FTU配合可实现电源侧、负荷侧单相接地故障的准确判断及分闸动 作。四、开关控制箱的要求控制箱中必须有备用蓄电池，当给控制箱供电的外部电源 停电时向控制箱内的FTU提供工作电源；箱体内可实现远 方当地选择、电动闭锁解锁选择、合分闸按扭电动控 制，以实现人工修复故障区段完毕后的对开关进行电动试验以 及修复过程中实现安全闭锁，最大限度地保证检修人员的人身 安全。控制箱宜采用不锈钢材料制成，以适应长期户外的各种恶 劣运行条件；箱体应密封，有效避免小动物及杂物进入。在高寒地区使用时，控制箱内应设有保温设施，以保证温 度在零下时智能终端仍能正常工作。五、内置于智能终端中的VIT方案智能终端应以微型处理器为基础的智能化终端，易升级、 易操作、易维修。集网络控制、数据测量、事件记录、远方通信、 四遥等功能于一体。（一）故障后自动网络重构功能智能终端必须与分段开关配套，具备以下10种网络重构控 制功能。既可作为电压检测型控制器，实现失压延时分闸，得电 延时合闸等功能（延时期间为检故障时间），并在延时过程中可 以迅速捕捉分段开关两侧电压的变化情况；又要可以检测分段 开关的过电流失压脉冲并计数，计满M次分闸闭锁。所发出的 合闸或分闸、闭锁或解锁信号脉冲宽度要大于500ms，具体如 下：以下10种控制功能都应可通过人机界面上所设置的软压 板进行投入或退出。1过流脉冲计数M次分闸闭锁（分支线分界处开关）。（1） 智能终端通过CT监测流过开关的电流，若任一相电流Ix超过过 流门槛的整定值I（s Is 由用户整定），随后电流又下降为零，且电 压也降为零，则过流脉冲计数器OC计数一次；（2）此后，若开关 得电后短时内又检测到过流脉冲（且过流后，电压和电流都降 为0），则计数器OC又累加一次；（3）若得电后2秒内双侧电压均 保持正常，则计数器OC清零；（4）当计数器连续计数到设定的M- 44 -次且开关两侧无压时，智能终端发出分闸、闭锁命令，M可以由 用户整定，通常与前级开关的重合次数相同（M=03）；（5）进 入闭锁状态后，只有手动或遥控发出合闸命令，才能解除闭锁， 将开关合闸。2 失电延时T 秒后分闸 （分段开关）。智能终端通过 RCVT、CT检测开关双侧（六相）电压和三相电流，当电压UX下 降至失压阈值US以下时（Us一般是1/3的额定电压，可由用户设 定），且当线路的三相电流值为零、而且“短时失压分闸闭锁功 能见1.6”功能未启动时，则自动触发失电延时定时器T启 动计时，当延时T期满后、开关两侧的电压仍未恢复正常，智能 终端发出命令控制开关执行分闸操作；设定值T可以由用户整定（0秒7秒，要与后备保护设定参数 相配合）。3一侧有电延时X 秒后合（分段开关）。当前级开关（后备 保护开关或上一级智能分段开关）合闸送电，则本级开关的智 能终端检测到本分段开关单侧电压恢复（UXUS），此时启动X 延时定时器，当计时大于整定值X秒后，智能终端发出合闸命 令，开关合闸（X时间可由用户设定，一般为230秒），4合闸Y 时间内若检测到故障则分闸闭锁（分段开关）。 分段开关在执行了一个合闸操作且开关双侧电压正常后，若智 能终端在Y时间（可由用户设定，一般在210秒）内又检测到一 个失压脉冲（或过流脉冲），则智能终端发出分闸、闭锁命令，分 段开关分闸并进入闭锁状态，仅当手动或遥控发合闸命令才能 解除闭锁。5残压脉冲分闸、闭锁功能（分段开关、联络开关）。当分 段开关处于分闸位置，且在X或XL时间内（指X或XL时间已经 开始计时但计时未到），智能终端检测到残压脉冲 （一般在 5002000V，可由用户设定）后，发出闭锁命令，使开关在分闸 位置闭锁，仅当手动或遥控发合闸命令才能解除闭锁。6 短时闭锁失压分闸功能（分段开关）。当开关执行了一 个合闸操作且在Y时间内开关双侧电压均正常，则自动启动短 时闭锁失压分闸功能，闭锁时间Z可由用户设定，一般在2650 秒之间。7 双侧均有正常电源电压时，禁止联络开关合闸（联络 开关）。这项功能主要用在环网线路的联络开关上，防止联络开 关误合，导致环网线路未检同期时合环运行。启动这项功能后， 如果开关两侧都有电压，无论遥控或从控制器前面板的手动按 扭操作均不能合闸。8一侧失压延时S 时间启动XL 延时（联络开关）。联络开 关在一侧无压后延时S时间启动XL延时，在XL延时已经启动但 延时未到的时间内，若开关失压的一侧有残压脉冲出现（一般 在5002000V），则智能终端发出命令使开关在分闸状态下闭 锁。S范围是010s，可设定（与环网馈线的变电站出口保护装 置及重合器设置参数有关），XL时间范围2300s可设定。9单相接地故障上传功能（重合器、分段开关、分叉处分 界开关）。智能终端必须利用开关的零序电流信号及开关两侧 的各相电压信号计算得出I0和U0及其夹角，同时根据开关两侧 六相电压的变化暂态分量准确判断接地故障的方向判定，如果接地故障发生在界内（主网分段开关的界内定义为：接地故障 发生在本开关的上一级开关本开关的下一级开关之间；分界 开关的界内定义为：接地故障发生在本分界开关的负荷侧）,通 过GPRS通讯管理机接收各开关发出的单相接地故障信息判断 接地故障的具体位置，并通过短信形式告知馈线管理人员具体 位置；也可通过GPRS通讯管理机设置延时开关的动作时间向 开关发布动作命令，使界内发生单相接地故障的开关经设定延 时后分闸并闭锁。根据国家电网的相关规定，当10kV电网为不 接地电网时，允许在单相接地时带故障运行时间不超过2小时， 用户可根据当地10kV配电网络的实际情况酌情设置。10环网闭锁复归（分段开关、分叉处开关、联络开关）。环 网闭锁后，开关不可自动合闸，待线路故障排除后，应把环网复 归，使方案重新恢复到初始状态。环网复归有如下方法：按手 动合闸按钮合闸；按遥控器的某键；通过通讯进行遥控复归 ；通 过开关控制器的开门、关门信号复归。（二）测量功能智能终端与负荷开关一起在现场运行时，需测量各种电 量。可以测量及显示的量包括：三相电流；相、线电压；有功功 率；无功功率；功率因数；电流的三次谐波。以上测量值应可以 通过通讯