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智能馈线自动化就地控制系统 无通信阻抗型控制模式

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  1 馈线自动化发展概况

  目前未实现馈线自动化的线路,当线路发生短路故障时,变电站出线开关速断保护动作跳闸,切断短路电流,而后重合闸继电器动作,使出线开关合闸。若瞬时短路,重合成功,恢复供电;若永久短路,出线开关速断保护又动作,又使出线开关跳闸,但重合闸继电器不再动作,而使全线停电,供电可靠性差,且对线路断线、接地故障,不作处理。实现馈线自动化的线路,在线路上安装分段开关,环网再装联络开关,把线路分成几个区段。发生故障(短路、断线、接地)时,只可能发生在一个区段,此时,使故障区段两侧开关跳闸,并使非故障区段恢复供电,因而故障时只停故障区段,从而大大提高供电可靠性。

  要实现馈线自动化,用继电保护来解决是不行的,因为出线开关装有速断保护,0秒动作,必须采用特殊方法。所以1960年美国推出电流型控制模式,1965年日本推出电压型控制模式,这是两套无通信就地控制模式,但这两套模式存在不少缺点。1985年随着通信系统的发展,美英等国推出了有通信配网自动化系统。

  专利发明人,自2000年11月至今,从事就地控制系统研究,终于取得了成果。申请了一项发明专利:《配网短路故障及非故障区段恢复供电方法》(公开号:CN101534001A),用来处理短路故障;利用发明人专利外特有技术,处理断线、接地故障。根据作用原理,将这套装置取名为阻抗型控制模式馈线自动化系统(以下简称发明装置)。这是就地控制系统中的第三种模式,国外是没有的,国内是第一种自主产权的控制模式,从而为就地控制系统开辟了新模式。

  2 目前就地控制模式存在的问题

  美国、日本就地控制模式,存在不少问题:

  (1)美国电流型控制模式,处理短路故障时,短路电流冲击次数多达5~6次,对配网自动化安全运行不利。

  (2)开关动作频繁,约11~15次。

  (3)故障区段隔离约30秒,恢复供电约60秒,时间太长。

  (4)短路故障处理时,多次停送电。

  (5)需用重合器。

  (6)重合器继电保护与出线开关继电保护相配合,难度大,只能用重合器保护。

  (7)不能寻找断线故障。

  (8)难以寻找中性点不接地系统的接地故障。

  (9)电流型控制模式,只能将线路分成三个区段;电压型控制模式超过四个区段,故障隔离、恢复供电时间更长。

  3 阻抗型控制模式的优点

  (1)消除瞬时短路。

  (2)永久短路时,切断短路电流2次,同于目前事故处理。

  (3)短路故障区段隔离、非短路区段恢复供电快速,只需几秒。

  (4)出线开关二次重合所检测的阻抗,在误差达50%以内时,仍可正确处理短路故障。

  (5)无电流开断短路故障区段开关,因此开关可用负荷开关、环网开关。

  (6)短路故障检测及非故障区段恢复供电,时限可调,分段开关动作时限可调,分段开关时限级差可调,二次重合时间可调,从而确保无电流开断短路故障区段开关,确保非故障区段恢复供电。

  (7)短路故障区段另一侧开关,永久短路时,残压开断闭锁,另一电源恢复供电时,永久短路区段开关已被断开。

  (8)残压开断失效(几率极少),有补救措施。

  (9)开关不频繁动作,只动作必要的开关。

  (10)短路故障处理时,不多次停送电。

  (11)不用重合器,解决了出线开关继电保护与重合器继电保护配合难的问题。

  (12)不用调整出线开关继电保护,保持继电保护的完整性、可靠性。

  (13)利用发明人专利外特有技术,处理断线故障。

  (14)利用发明人专利外特有技术,处理中性点不接地系统的接地故障。

  (15)分支线可装设发明装置。

  (16)线路分区段方便,不受分区段三个或四个限制。

4 阻抗型控制模式功能

  (1)开关检测:

  出线开关、分段开关、支线开关及联络开关,均检测并储存下列参数:电气运行参数,如电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量等;安全监控(SCADA)数据;状态量数据;保护动作及故障信息。

  (2)事故追忆:

  凡发生短路、过负荷、断线、接地等故障,进行事故追忆。

  (3)故障录波:

  凡发生短路、过负荷、断线、接地等故障,进行故障录波。

  (4)事件顺序记录(SOE):

  凡故障处理单元动作、开关变位,均作为事件顺序记录。记录故障信息,动作时间;如系人工操作,记录操作人员代码。

  (5)故障处理:

  a.短路故障:

  利用本人发明专利来检测配网短路故障,凡短路阻抗最小处,即短路故障点。由于永久短路,出线开关继电保护动作跳闸,切断短路电流,此时短路区段开关无电流跳闸,另一侧开关残压开断闭锁,隔离了短路区段。然后出线开关按本发明装置检出的短路阻抗,按一定时限二次重合,恢复对非短路故障区段的供电。若环网,联络开关一侧失电,自动合闸,由另一电源对短路故障线路的非故障区段恢复供电。

  b.断线故障:

  一相断线,两相运行,易损坏电气设备;若架空线,掉到地上,高压带电,有可能危及人身安全。架空线用了绝缘导线后,单相断线故障有所增加。断线时,电流、电压、功率等均有变化,利用这些变化,2秒内使断线区段开关跳闸,并使非断线区段恢复供电。

  c.接地故障:

  配网故障,90%是接地故障。中性点不接地系统的接地选线、接地区段的寻找一直是个难点,我们在云南作了现场接地试验,解决了这一难点。我们根据零序电压整定值来确定系统是否接地,根据三相对地电压下降确定接地相,并可确定虚幻接地。当接地2小时,自动跳开接地区段,并使非接地区段恢复供电。

  (6)故障测距:

  a.短路故障测距:

  根据出线开关在短路故障时,测出的短路阻抗(架空线最好用感抗),就可测出短路故障距离。若有分支线,短路故障有可能有两个位置,要人工寻找(或打电话询问可能发生短路的用户);若分支线开关用断路器,可自动判知短路发生在何处。另外也可根据二次重合时间,判知那个区段短路。

  b.断线故障测距:

  利用不平衡电流法、突减负载率法、时限判断法,来判断主干线那个区段或那条分支线发生了断线。

  c.接地故障测距:

  变电站接地选线装置,可测出那条线路接地。若要测出那个区段接地,采用试跳合找接地方法,1分钟内找出接地分支线,2分钟内找出主干线接地区段。

  (7)配网信息管理:

  可进行各种管理,可应用配网高级应用软件,分段开关由手持电脑定时采集数据,实现供电可靠率、电压合格率、线损等指标管理。

  (8)显示:

  可在变电站显示配网信息,并通过变电站—调度中心的通信线路,在供电公司配调中心显示。真正实现了配电线路无通信,依靠变电站已有的通信线路,实现了配网自动化。

  (9)存储:

  开关可存储5分钟、15分钟、60分钟、月数据、年数据、永久数据等各类数据。

  5 阻抗型控制模式优势和技术特点:

  (1)阻抗型控制模式优势:

  a.克服了五十年来电流型、电压型控制模式的缺点。

  b.不需通信,大大降低造价,性价比超过国外同类产品。

  c.可拓展应用领域:可与有通信的配网自动化系统相结合,组成配网综合自动化系统,同一个硬件,两套软件,既可无通信运行,又可有通信运行。可与变电站自动化(无人或少人值守)合二为一,组成变配电自动化系统,可实现变电站自动化,又可实现配网自动化。这样可扩大产品应用范围,节省供电公司投资

  d.可用于城网,大、中、小城市均可使用。在配变监测不需通信线路就可解决的情况下,本发明装置功能可与有通信的配网自动化系统相媲美。因此,大、中、小城市先可无通信运行,以后随着通信电缆的增加,也可改为有通信运行。

  e.可用于农网。实际上经济发达地区就是城网,且农网故障多,有不少地方山高路远,穷乡僻壤,交通不便,又是辐射网络,更需要实现馈线自动化。辐射网络实现馈线自动化后,发生故障时平均可保供电用户37.5%(四个区段)用电,美国就开始对辐射网络实现馈线自动化。

  (2)技术特点:

  a.快速处理短路故障,只需几秒时间,而美国、日本模式需30秒、60秒时间。

  b.无电流开断短路区段,因此可用负荷开关、环网开关。

  c.出线开关二次重合所检测的短路阻抗,在误差达50%以内,且与开关动作时限相配合,可确保无电流开断短路故障开关,确保非故障区段恢复供电。

  d.对主干线、分支线进行故障寻址,不管短路、断线、接地故障发生在那条分支线、那个区段,都可知道。

  e.无通信情况下,可使断线区段两侧开关跳闸。

  f.解决了中性点不接地系统接地选线、接地区段寻找的难点。

  6 智能化装置

  本发明装置,集保护、测量、控制、通信功能于一体,是智能化装置。变电站出线开关继电保护及重合闸继电器,照样运行,且配网支线开关及联络开关可增装继电保护,使这些继电保护联成一体,实现馈线自动化的功能。出线开关、分段开关、支线开关、联络开关,均进行各种测量,实现了配网信息采集与存储。无通信时,实现了馈线自动化的自动控制。变电站内有通信,变电站—调度中心有通信,仅配电线路无通信,同样可以实现配网自动化。本发明装置是智能电网的重要组成部分。

  7 结语

  智能馈线自动化就地控制系统—国内自主产权无通信阻抗型控制模式,充分利用了当前计算机技术、微电子技术、自动化技术,远远超过美国电流型、日本电压型的技术。因电流型、电压型控制模式不宜在我国推广,这样我国就缺少了无通信就地控制模式。我国电网分布范围广,线路多,若都搞有通信的配网自动化系统,不太现实。阻抗型控制模式,不需通信,且也可有通信使用,并具有一系列优点,投资少,性价比优越,是唯一适应中国国情可推行的产品。阻抗型控制模式馈线自动化系统,国外也没有类似装置,可开拓国外市场。阻抗型控制模式,既可用于城网,又可用于农网;既可用于环网,又可用于辐射网络;既可用于架空线路(可用负荷开关),又可用于电缆线路(可用环网开关);既可用于中性点不接地系统,又可用于中性点经消弧线圈接地系统及经小电阻接地系统。本专利是一项原创性、高科技、智能化发明,必将为配网自动化作出巨大贡献。

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