配电自动化方案探讨

1、配电自动化方案探讨冯建兴 厦门兴厦控电气有限公司摘要 ：介绍了配网自动化的方案；并分析各种方案实现自动配电、故障定位、测量、消除暂时性故障和隔离永久性故障、恢复非故障区段供电的过程。0 前言随着电力系统的逐步改造，我国电网供电可靠率不断提高，从1998年至今，城乡电网供电可靠率由原来的99.81%提高到99.897%。而同时，经济的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对供电的可靠性的要求亦越来越高。现如今，配电网设备市场的发展趋势是：量大，智能化、数字化程度高，据报道我国“十五”计划中，将提高电网装备水平、改善电网运行维护管理列为五大战略重点之一。 “十五” 计划中城网建设改造也提出了提高中

2、压配电网监控自动化、信息和用电管理水平，提高运营管理效率的目标。农村电网由于处于电网的末端，对配网自动化的要求也逐渐引起大家的重视。本文以ABB公司产品为基础就环网供电模式介绍了目前一些不带远程配电管理系统的配网自动化方案及其功能特点，并推荐介绍了带简单通信的高效率方案供参考。1 配网自动化的概述经过几年的电网改造，国内大部分配电网络系统已从辐射型供电模式改进为双电源的手拉手或多电源的网格型环网供电模式。于是环网供电模式的配网自动化方案的应用就显得更为广泛。配网自动化方案具有自动配电、故障定位、测量、消除暂时性故障和隔离永久性故障、恢复非故障区段供电的功能，并应具有逐步升级功能，最终可达到整个

3、系统完全自动化及远控。配电自动化设备主要有重合器、断路器或分段开关及配套的控制器，考虑到经济方面的因素，更多的采用重合器配分段开关。各开关均应能直接从电网中通过PT获取工作电源，为保证在失电情况下的操作不受电网影响，各控制器还应配有充电器和蓄电池。本文中采用的重合器、分段开关及其配套控制器均以ABB公司产品为例，重合器配置相应的控制器为PCD2000，分段开关配置相应的控制器为REC523，简单介绍了单机模式（不上后台）的配网自动化方案。2 配网自动化的方案21 电压-时间型方案 该电网的结构假定为如图所示开环环网供电模式：R1、R2、R3为自动重合器，S1、S2为自动分段开关。正常供电情况下

4、R3处于分闸状态， R1、R2和S1、S2处于合闸位置。一、各自动化设备的整定参数如下：开关整定：1）重合器R1、R2、R3整定值设定为：重合闸次数设定为2次，动作顺序为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁；R1、R2整定值设定为：电源侧失电则经T1时间后分闸闭锁；NOP开关R3整定值设定为：两侧失电则经T4时间后，重合器将进行合闸。2）分段开关S1、S2设定为：设定其感测到一侧有电时延时合闸；开关感测到电源电压至合闸时间为T1；两侧失去电压时分闸，感测到失压到分闸的时间T3；开关合闸后经时间T2内检测到失压，则在失压时分闸闭锁。实际上，T1、T2、T3、T4等时间长短均可按需要设定，须注意各

5、时间之间的配合关系（T3< t1<t2，T2<T1，t1+t2+t3<T4）。二、各段故障时各开关的动作顺序l 正常供电状态R1、R2、S1、S2处于合闸位置，R3处于分闸位置。图一l 段故障瞬时性故障由变电站断路器的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，变电站断路器经重合不成功后跳闸。R1感知失电后，经延时T3分闸并闭锁，从而故障被隔离。S1开关则因失电而跳开，R3感测一侧失电经T4时间后合闸，之后S1感知一侧带电，经过T1后合闸，于是段恢复供电。l 段故障发生故障时，重合器由于故障电流通过分闸，开关S1感测到失压经T3后自动跳开。瞬时性故障则在R1的一次重合闸成功后

6、，开关S1得电合闸而恢复。永久性故障时R1重合闸一次不成功后跳闸。经过t2后，R1第二次重合闸不成功，重合器R1分闸闭锁。而重合器R3感测到一侧失电T4后合闸。然后，S1开关感侧到得电经T1后合闸。此时，由于故障仍然存在，重合器R2分闸，并重合闸一次。S1开关在T2时间内感测到故障，同时重合器因故障而跳闸，该段再次失电，S1开关分闸闭锁，隔离故障区。 t2后，重合器R3第二次重合闸成功，恢复段供电。l 段故障发生故障时，重合器由于故障电流通过分闸，开关S1感测到失压经T3后自动跳开。瞬时性故障则在R1的一次重合闸成功后，开关S1得电合闸而恢复。永久性故障时在R1的一次重合闸成功后，开关S1得电

7、合闸，又因故障仍然存在，重合器再次分闸，S1在感知故障后T3内分闸闭锁，故障被隔离。之后重合器R1在第二次重合闸时合闸成功。于是恢复段供电。开关R3在感知一侧失电T4后，自动合闸，并因故障的存在，重合闸不成功闭锁，故障被定位。l 其它各段方案与段类似。该方案采用自动重合器、分段开关及其配套控制器和电压互感器等设备即可实现，投资成本相对较低；方案可根据实际网络增加分段点，只需对相应开关的整定值适当调整。22 电流-计数型方案该电网的结构假定为如图所示开环环网供电模式：R1、R2、R3为自动重合器，S1、S2为自动分段开关。重合器R3位网点开关。正常供电情况下R3处于分闸状态， R1、R2和S1、

8、S2处于合闸位置。图二一、各自动化设备的整定参数如下：开关整定：1）重合器R1、R2设定为：重合闸次数为2次，重合闸顺序设定为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁； R1、R2电源侧失电时延时跳闸闭锁，电源侧得电延时自动合闸，过电流或接地故障时保护跳闸。2）重合器R3设定为：重合闸次数为2次，重合闸顺序设定为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁；两侧带电时开关不合闸，两侧仅有一侧带电时延时t3合闸，过电流或接地故障时保护跳闸，其保护启动值应小于重合器R1、R2的启动值。3）分段开关S1、S2设定：设定其感测到过电流或接地故障时启动计数器功能；在T1时间内感测到故障则计数器记录1次，设定其在计数

9、器计数达1次后延时T2后分闸闭锁；若在T1时间内故障电流消失，则计数器复位，该开关不动作。T1、T2、t1、t2等时间须注意各时间之间的配合关系（T1<t1<t2<t1+ t2<t3）。二、各段故障时各开关的动作顺序l 正常供电状态R1、R2、S1、S2处于合闸位置，S3处于分闸位置。l 段故障瞬时性故障由变电站断路器的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，变电站断路器经重合不成功后跳闸。R1感知失电后，经延时分闸并闭锁，从而故障被隔离；R3感知一侧失电经t3后合闸，S1开关仍保持在合闸位置。于是段恢复供电。l 段故障瞬时性故障由重合器R1的一次重合闸动作恢复；发生永久

10、性故障时，重合器由于故障电流通过，R1重合闸一次后跳闸，经过t2后，R1第二次重合闸不成功，重合器分闸闭锁；R3感知一侧失电经t3后合闸，并因故障而跳闸，开关S1感测到故障后启动计数器功能；然后R3一次重合闸不成功，保持在合闸位置的开关S1计数器计数一次，达到计数器设定值，S1在T2后自动跳开并闭锁，故障区被隔离；之后，R3第二次重合闸成功；此间，开关S2亦感测到故障启动计数器功能，但在R3跳闸后该段恢复正常，计数器功能又复位，故不会跳闸。于是恢复非故障段供电。l 段故障瞬时性故障由重合器R1的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，重合器R1由于故障电流分闸，开关S1感测到故障后启动计数器功能

11、；然后R1一次重合闸不成功，保持在合闸位置的开关S1计数器计数一次，达到计数器设定值，S1在T2后自动跳开并闭锁，故障区被隔离；之后，R1第二次重合闸成功。于是恢复非故障段供电。l 其它各段方案类似。该方案比较适宜于辐射型网络的故障定位和隔离。用于环网系统时避免了分段开关在故障定位时关合故障电流的情形，可根据网络需要增加或减少分段点。但网络节点增加时，各开关整定值的设定较为复杂。23 简单通信型方案（开环）该电网的结构假定为如图所示开环环网供电模式：变电站出线断路器具有自动重合闸功能，其余各分段点及网点开关（NOP）均为自动分段开关。正常供电情况下网点开关（NOP）处于分闸状态，出线断路器和其

12、它分段开关处于合闸状态。分段开关选用方向过流和方向接地保护。图三一、各自动化设备的整定参数如下：开关整定：1）出线断路器设定为：重合闸次数为2次，重合闸顺序设定为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁；过电流或接地故障时保护跳闸。2）网点开关（NOP）设定为：两侧带电时开关不合闸，两侧仅有一侧带电时延时T2（T2>t1+T1）合闸；在过电流或接地故障时向上一级发出保护闭锁信号，并在本开关未收到任何保护闭锁信号时延时T1（t2>T1>t1）跳闸。3）其它分段开关设定：过电流或接地故障时向上一级发出保护闭锁信号，并在本开关未收到任何保护闭锁信号时延时T1（t2>T1>t

13、1）跳闸。各相邻两台分段开关的控制器之间连接通讯线，不需任何自动化管理系统。通讯线可采用光纤通讯、电力线载通讯系统、无线电、电话线或手机等。配置及连线图如图所示。二、各段故障时各开关的动作顺序之一暂时性故障由重合器一次重合闸动作恢复。发生永久性故障时，重合器一次重合闸不成功，则感知故障的每台开关给邻近的上一级开关发出该故障的保护闭锁信号。但故障发生点的上级分段开关仅感知故障并发出信号而未收到任何故障信号，于是这台开关将经T1跳闸；重合器重合闸不成功后经t2后进行第二次重合闸成功，系统部分无故障区恢复供电。而NOP（常开点）环网单元的负荷开关在一侧失电情况下延时T2一段时间后合闸；由于故障仍然存

14、在，另一台出线断路器保护跳闸，之后，如前所述原理，故障上一级开关分闸后故障区域被隔离，断路器第二次合闸成功，系统所有无故障区恢复供电。整个故障定位、隔离及恢复供电仅在较短时间内完成。三、各段故障时各开关的动作顺序之二各开关的设定值按先前第一点设定外，可对各控制器REC523增加一设定：各分段开关因故障向上一级发出保护闭锁信号用于闭锁上级开关，故障上级的开关因故障而分闸的同时，向下一级开关发出跳闸指令，促使下一级开关一并分闸。同样，各相邻两台分段开关的控制器之间连接通讯线，不需任何自动化管理系统。则各段故障时各开关的动作顺序按如下所述：暂时性故障由重合器一次重合闸动作恢复。发生永久性故障时，故障

15、上级的开关与先前动作顺序不变，在重合器一次重合闸不成功后，这台开关将经T1跳闸；此时，此开关开始向下一级（即故障下级开关）发出跳闸指令，故障下级开关跳闸，故障在最短时间内被隔离；重合器经t2后进行第二次重合闸成功，系统部分无故障区恢复供电。而NOP（常开点）环网单元的负荷开关在一侧失电情况下延时T2一段时间后合闸；由于故障已经被隔离，系统所有无故障区恢复供电。整个故障定位、隔离及恢复供电仅在极短时间内完成。该方案实现故障定位、隔离及非故障段的恢复供电极为方便，故障定位时间短、准确率高，且接线及参数设定简单可靠，可无限增加或减少分段点而无需改变原开关的设定值。若将分段开关换为断路器，则故障定位、

16、隔离及非故障段的恢复供电的时间短，效率及可靠性更高。网络逐步升级方便，更易于实现配网监控自动化和配网自动化管理系统。24 简单通信型方案（闭环）该电网的结构假定为如图所示闭环环网供电模式（无网点开关NOP）：变电站出线断路器具有自动重合闸功能，其余各分段点均为自动分段开关。正常供电情况下出线断路器和各分段开关均处于合闸状态。分段开关选用方向过流和方向接地保护。一、各自动化设备的整定参数如下：开关整定：1）出线断路器设定为：重合闸次数为2次，重合闸顺序设定为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁；过电流或接地故障时保护跳闸。2）分段开关设定：过电流或接地故障时向上一级发出保护闭锁信号，并在本开关未

17、收到任何保护闭锁信号时延时T1（t2>T1>t1）跳闸。各相邻两台分段开关的控制器之间连接通讯线，不需任何自动化管理系统。通讯线可采用光纤通讯、电力线载通讯系统、无线电、电话线或手机等。配置及连线图如图所示。图四二、各段故障时各开关的动作顺序暂时性故障由重合器一次重合闸动作恢复。发生永久性故障时，重合器一次重合闸不成功，则感知故障的每台开关给邻近的上一级开关发出该故障的保护闭锁信号；但故障发生点两侧的分段开关仅感知故障并发出故障保护闭锁信号而未收到任何故障保护闭锁信号，于是该两台负荷开关在重合器第一次重合闸不成功后分闸状态下延时跳闸，从而隔离了故障。同时重合器第二次重合闸成功，系统

18、所有无故障区恢复供电，整个故障定位及隔离仅数秒时间。该方案实现故障定位、隔离及非故障段的恢复供电极为方便，故障定位时间更短、准确率高，可无限增加或减少分段点而无需改变原开关的设定值，并且接线及设定简单、可靠。若将分段开关换为断路器，则故障定位、隔离及非故障段的恢复供电的时间、效率及可靠性更高。网络逐步升级方便，更易于实现配网监控自动化和配网自动化管理系统。25 重合器方案 该电网的结构假定为如图所示开环环网供电模式：R1R5为自动重合器。正常供电情况下S3处于分闸状态， R1、R2、R4、R5处于合闸位置，R3处于分闸位置。一、各自动化设备的整定参数如下：开关整定：重合器R1R5第一整定值设定

19、为：重合闸次数设定为2次，动作顺序为O-t1-CO-t2-CO后分闸闭锁，重合器R3R5第二整定值设定为：一次跳闸即分闸闭锁；重合器配置PCD2000和环网控制模块LCM，有三种模式：1）分段重合器模式，正常情况下，开关采用第一整定值，电源测失电则经T1时间后分闸闭锁，R1、R2采用此设定值；2）中间重合器模式，正常情况下，开关采用第一整定值，电源测失电则重合器将设定值切换到第二组设定值，同时，改变到一次跳闸即分闸闭锁，R4、R5采用此设定值；3）联络重合器模式，正常情况下，开关采用第一整定值，两侧失电则经T2时间后，重合器将设定值切换到第二组设定值并合闸，同时，改变到一次跳闸即分闸闭锁，NO

20、P开关R3采用此设定值；4）各重合器的设定值在开关合闸状态下，经T3后，恢复到第一设定值，即正常设定值。实际上，T1、T2、T3等时间长短均可按需要设定，须注意各时间之间的配合关系（t1< t2，T1< T2，t1+t2 <T2，T3时间另定）。二、各段故障时各开关的动作顺序l 正常供电状态R1、R2、R4、R5处于合闸位置，R3处于分闸位置。图五l 段故障瞬时性故障由变电站断路器的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，变电站断路器经重合不成功后跳闸。R1感知失电后，经延时T1分闸并闭锁，从而故障被隔离。R4、R3开关则因失电整定值自动切换到第二整定值，R4开关保持在合闸位置

21、，R3失电后经T4时间后合闸，于是段恢复供电。之后，各开关恢复整定值至正常设定值，以备下一次故障时正常工作。l 段故障瞬时性故障由重合器R1的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，重合器由于故障电流通过，R1重合闸两次后跳闸。R4、R3开关则因失电整定值自动切换到第二整定值，R4开关保持在合闸位置，R3经T4时间后合闸。由于故障仍然存在，重合器在第二整定值的保护下，先于R3分闸并闭锁，于是故障备隔离，同时恢复段供电。l 段故障瞬时性故障由重合器R1的一次重合闸动作恢复；发生永久性故障时，重合器由于故障电流通过，R4重合闸两次不成功跳闸闭锁。R3开关则因失电整定值自动切换到第二整定值，经T4时间后合闸，合在故障段，重合器迅速分闸并闭锁，于是故障段备隔离，同时恢复段供电。l 其它各段方案与段类似。该方案采用自动重合器实现配网自动化的方案相