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10kV架空线配电自动化系统的初步实施

1 广州电力局10kV排击线路大量采用了SF6柱上开关。这种柱上开关固然能进步配电网的供电可靠性,但它无法判定瞬时性和永久性故障,跳闸后不能自动重合,而各个柱上开关的跳闸电流和时间无法配合,对于瞬时性故障,反而扩大停电范围,增加客户停电时间。为了进一步进步配电网的供电可靠性,1999年广州局引入配电自动化系统,经技术经济比较,采用配电自动化系统的低级阶段——电压型馈线自动化,并在110kV江村变电站10kV馈线(排击线)F6试运行(辐射网)。
2 配网自动化系统的基本概念
配电自动化系统是通过自动或手动方式,遥控和监测高压配电线上的开关设备和线路参数,以便实现自动隔离故障区间,以最佳的方式恢复非故障区域供电,为用户提供经济、可靠、不乱的电力供给。
配电自动化系统分三个阶段实施:馈线自动化、遥测遥控自动化、计算机辅助配电自动化。
第一阶段一般采用电压型馈线自动化设备,由PVS(柱上真空开关),SPS(电源变压器)、FDR(故障搜查控制器)、FSI(故障指示器)组成。具有自动隔离故障区间,恢复非故障区域供电的功能。
第二阶段在第一阶段的基础上,增加RTU(带检测功能的遥控终端单元)和通信设备,实现各柱上开关的监控功能(遥控、遥测、遥信、遥调)。
第三阶段在第二阶段的基础上,完善配电自动化调度端,实现配网的全面计算机治理。
第二、第三阶段需要有可靠的通信手段支持,这方面投资大,而第一阶段投资小,见效快。
3 电压型馈线自动化
3.1 电压型馈线自动化设备工作原理及整定
(1)PVS(柱上真空开关)
具有失压瞬时脱扣功能,并能够与控制器配合实现自动合闸。
(2)FDR(故障搜查控制器)
PVS的控制元件,有两个时间参数需要整定。
X时间:真空开关的自动合闸时间,指从柱上开关电源侧有压至该柱上开关合闸的时延。X时间整定范围:7×N(s),N=1,2,3,…,12。
Y时间:故障检测时间,指柱上开关合闸后,若在未超过Y时限的时间内又失压,则该柱上开关分闸并被闭锁在分闸状态,待下一次电源侧有压时不再自动重合;若超过Y时限,柱上开关可以进行再一次重合。Y时间整定范围:5s或10s,现整定为5s。
维持时间:(3.5±0.5)s,供电源故障确认用。
(3)SPS(电源变压器)
小型干式变压器,给FDR提供工作电源、PVS提供操纵电源。
(4)FSI(故障指示器)
根据10kV馈线开关的分合时间,判定线路故障范围。
因为广州局的110kV变电站都是无人值班站,已实现了监控,可以不安装FSI。利用监控中记实的10kV馈线第一次重合与第二次跳闸之间的时间,来判定故障区间。
3.2 10kV馈线二次重合闸的工作原理及整定
10kV馈线排击线一般只要求重合一次,重合时  间整定为1s。为配合电压型馈线自动化,通过修改微机保护的软件,实现二次重合闸,详细如下。
3.2.1 第一次重合闸时间T1
因为FDR维持时间为(3.5±0.5)s,为了保证FDR可靠工作,T1取5s。而且10kV排击线第一次重合闸成功率在70%以上,T1取5s可以尽快恢复供电。
3.2.2 第二次重合闸时间T2
为了保证10kV馈线发生永久故障,二次重合闸失败后,10kV馈线开关动作时间范围在开关额定操纵轮回之内,T2取180s。开关额定操纵轮回:0~0.3s~CO~180s~CO,对于弹簧操纵机构,储能时间约15s。T2要求大于储能时间。
3.2.3 第二次重合闸闭锁时间T3
在第一段(馈线开关至第一台柱上开关之间)发生故障时,其短路水平很高。为防止大电流对开关及变压器的冲击,在第一段发生永久故障时,一次重合失败后应该闭锁第二次重合闸。柱上开关最小合闸时间为7s,如馈线在第一次重合后再跳闸的延时小于5s,说明在第一段发生永久故障,应该闭锁第二次重合闸。故障点在第一个柱上开关以外时,馈线在第一次重合后再跳闸的时间大于7s,不会闭锁第二次重合闸。T3取5s。
3.2.4 重合闸充电时间T
二次重合成功后,在180s之内,如再发生故障跳闸,馈线开关不再重合,以保证10kV馈线开关动作时间范围在开关额定操纵轮回之内。T取180s。
另一方面,当两条支路同时发生永久故障时,会造成10kV馈线三次重合;最靠近永久故障点的柱上开封闭锁失灵时,会造成10kV馈线无穷次重合。为了防止多次重合,二次重合要求具有闭锁功能:当二次重合后,闭锁重合闸,假如馈线开关在合闸状态(二次重合成功)持续180s(重合闸充电时间)后自动解除重合闸闭锁,再次投入重合闸。而全线送电时间(10kV馈线开关合闸至最后一台柱上开关合闸的时间)不能大于重合闸充电时间,避免柱上开封闭锁失灵时造成无穷次重合。对于辐射网最多安装25台柱上开关(180s/7s),对于开环网最多各安装12台柱上开关。
3.3 馈线保护重合闸与PVS配合的过程(辐射网)
当10kV馈线故障后,馈线保护动作跳闸,线路失压,各柱上开关失压脱扣跳闸。5s后馈线第一次重合,对于瞬时性故障,各柱上开关按靠近电源点的先后次序和X时间合闸。对于永久性故障,如故障点在第一段,馈线保护再一次动作跳闸,第二次重合闸被闭锁;如故障点不在第一段,各柱上开关依次合闸,当最靠近故障点的柱上开关合闸后,馈线保护再次动作跳闸,各柱上开关失压脱扣跳闸,最靠近故障点的柱上开关被闭锁,180s后馈线第二次重合,各柱上开关依次合闸,因为最靠近故障点的柱上开关被闭锁,故障点被隔离,故障点前的区间恢复送电。调度值班员根据馈线保护第一次重合后再跳闸的延时,迅速判定故障点所在的区间。


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