配电网综合自动化系统在高速公路隧道中的应用

摘要：雪峰山隧道工程采用了专用光纤、以太网作为通信系统，专用的后台配电网自动化系统具有较为完善的构架。配电网络采用了双环网供电，在双环之闽采用两路联络开关，其结构相对复杂。针对配网自动化系统故障诊断、隔离与网架重构进行了详细的论述，其中对外部电源故障实现配电自动化方案做了重点论述，此配网自动化实现方案可靠有效的实现了工程的配电网自动化，保证了整个供电系统的可靠运行。
关键词：配电网；自动化系统；故障诊断；高速公路；隧道；网架重构

1 概述
雪峰山隧道位于国道主干线上海至瑞丽高速公路湖南省邵阳至怀化段，雪峰山隧道为上下行分离的双洞隧道，其中左线隧道长6 946 m，右线长6 956 m。
雪峰山隧道供电设计为4路独立10 kV双环网供电，当1路或2路失电时要确保隧道正常供电。当3路失电时要自动甩掉部分负荷，保证一级负荷正常运转，其逻辑控制关系复杂，因此必须有一套分析、判断、控制系统。配电网自动化就是在此背景下提出来，它可以与电力监控系统相互配合，以确保雪峰山隧道供电的正常运行。
1．1 供电电源的引入
雪峰山隧道供电采用10 kV系统，由地方电力公司的塘湾、铁山两座变电站双回线通过架空线路供电至雪峰山隧道口的#1和#4变电站。
(1)为雪峰山隧道供电的塘湾、铁山两座35 kV变电站电源来源于安江110 kV变电站的两段母线，35 kV供电线路通过安江变、雪峰变、塘湾变和铁山变形成双电源环网供电，其供电方式已按照一类负荷设计。
(2)塘湾、铁山两座35 kV变电站分别设有两台35／10 kv-6 300 kVA的变压器，10 kV侧采用单母线分段的供电方式。
(3)为保障供电可靠性，在安江变110kV侧，以及各35 kV变电站35 kV侧、各变电站的10kV隧道用电的出线侧均设有备用电源自投装置。
1．2 雪峰山隧道变电所的设置
在隧道洞室内设置4座10／O．4 kV变电站，系统正常运行时，4路外电电源同时工作，并互为备用，在故障状态下，要求至少有2路外电电源保证供电不中断。隧道内各变电站之间通过YJV22-10 kV，3X120高压电缆构成2个相对独立的单环网，连接开关采用负荷开关。开环点分别设在#2变电所的AH3柜和#3变电所的AH9柜。通过电力监控系统中的配电网自动化功能实现两个单环之间的联络。

2 雪峰山配电网综合自动化系统
综合考虑雪峰山隧道供电网络的复杂性，以及供电的可靠性和安全性，经多方论证，采用如图1所示10 kV配电网络。各变电站的正常用电回路并不会影响到配电自动化的实施。以下叙述中均依照图1所示网络拓扑图。

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在正常工作时，各变电站母联开关均保持分位。
(1)塘湾变#1进线经雪峰山隧道#1变电站进线开关AH2，为#1变电站I段母线供电；经#1变电站进线开关AH3，为#2变电站AH2给#2变电站I段母线供电。
(2)塘湾变#2进线经雪峰山隧道#1变电站进线开关AH9，为#1变电站Ⅱ段母线供电，经#1变电站AH8、#3变电站AH2给#3变电站I段母线供电。
(3)铁山变#1进线经雪峰山隧道#4变电站进线开关AH2，为#4变电站I段母线供电，经#4变电站AH3、#2变电站AH10给#2变电站Ⅱ段母线供电。
(4)铁山变#2进线经雪峰山隧道#4变电站进线开关AH9，为#4变电站Ⅱ段母线供电，经4#变电站AH8、#3变电站AH9给#3变电站I段母线供电。

3 配网自动化系统故障诊断、隔离与网架重构
雪峰山隧道配电网故障分为区间内故障和区间外故障；区间内故障应能与通过#1，#4变电站的进线开关隔离，确保区间内故障不会将事故扩散到外部。
3．1 外部电源故障配网自动化实现方案
外部电源故障只作用于#1和#4变电站的进线开关，由安装在开关柜上保护测控单元检测并发出外部电源故障信号，然后上传到配网自动化主机进行网架重构。
如图2所示，在发生外部电源故障时，对侧开关跳闸。雪峰山隧道进线失电，开关柜带电指示器发出失电信号，同时母线电压下降低于保护设定值时，经延时躲过对侧重合闸延时后，跳开进线开关，在确认没有发生内部故障后，发出网架重构信号。

如图3所示，在配电网监控主机系统收到网络重构信号后，确认#1变进线开关跳位后，根据事先设定的逻辑，向#2变电站母联开关AH6发出遥控合闸指令，控制母联开关AH6合闸，通过母联开关向#2变电站和#1变电站的I段母线供电。

当另一环进线电源发生故障失电时，则通过#3变电站的母联开关AH5闭合恢复供电。
3．2 判断依据及动作
判据一：
(1)#2变电站AH6开关合闸判据为：#1站AH2开关或#4站AH2开关分位；
(2)#3变电站AH5开关合闸判据为：#1站AH9开关或#4站AH9开关分位。[p]
当塘湾变#1进线电源消失，#1变电站AH2开关跳闸，#2站母联闭合。之后同一个环路上的铁山变#1进线继发故障失电，#4站AH2开关跳闸，导致整个环路失电后，铁山变母联开关AH6合闸；通过#4变电站的母联开关向另一个环路供电，其工作过程如图4所示。

判据二：
#1，#4变电站AH6开关合闸判据为：当#1、#_4变电站同一环上的进线开关同时处于分闸位置时合闸，并选择后发生失电动作变电站的母联开关闭合。
在继续发生外部电源故障，导致3路电源消失时，在控制部分预先设定好的负荷切除后，控制#3变电站母联开关AH5合闸。AH5开关合闸的条件应满足判据一的条件。其动作过程如图5所示。

4 结论
在配网自动化实现方案中故障定位，网架重构全部依靠后台配电网自动化系统。因此对通信系统的要求也比较高，此方案可以解决较为复杂的配电网故障时网架的重构。