(广东电网茂名化州供电局 广东茂名 525000)
摘 要:在配电网中，馈线自动化是非常重要的一项内容。本文针对目前10kV配网馈线自动化的现状，提出了一种全新的基于断路器柜一体化设计的全新10kV配网分布式自愈系统方案，并对其特点、原理和优点进行了简要的论述，可为类似配网的馈线自动化建设提供参考借鉴作用。
关键词: 10kV配网；自愈系统；智能断路器
引言
随着我国社会经济的快速发展，人们对电力的需求也日益增加，同时对于供电的可靠性和稳定性也有了更高的要求。当前，在配电网中应用馈线自动化技术，是提高配网供电稳定性与可靠性的直接有效的方法。而10kV配电馈线系统作为电力系统的重要组成部分，其安全性、可靠性指标与国际先进水平相比却还有较大的差距，为保证供电的可靠性，文章提出了一种全新的10kV配电网馈线自动化组网方案，并就方案的特点、原理和优点进行了简要的研究和分析。
1 10kV配网馈线自动化现状
目前我国大多城市10kV配电网的自动化程度相对还较低，在配网上是实现馈线自动化主要有以下两种方式:一是不需要配电主站或配电子站控制的就地模式。二是通过配电终端和配网主站或配网子站配合的集中性模式。两种模式通过实际运行存在有以下缺陷:
1.1 就地型
(1)每次线路发生故障都需要上级变电站出线断路器跳闸。
(2)通过变电站出线断路器的多次重合闸方式，并配合本开关的多次逻辑判断动作，才能完成才能隔离故障。
(3)引起全线短暂停电，且多次短暂停电。
(4)对变电站主变多次短暂冲击，危害较大。
(5)适用于架空线路，不适用于全电缆和混合型线路。
(6)分段越多，保护的级差就越难配合，隔离故障时间也越长。
1.2 集中型
(1)每次线路发生故障都需要上级变电站出线断路器跳闸；
(2)引起全线停电，区段恢复需要多次自动操作或人工操作完成；
(3)对通信系统的依赖较大，通信一旦出现故障，线路的保护功能将“瘫痪”；
(4)必须建立独立的配网自动化系统，建设成本高，后期维护费用高。
同时以现有的运行方案从智能自愈型配电网的角度来看，都不能满足相应要求。目前运行方式下故障保护都是依赖馈线出线断路器的跳闸来实现，这意味着一旦有线路故障出现，全馈线立即跳闸停电；没有实现故障区段的就地自主隔离；所以真正满足智能配电网自愈控制要求的区域快速就地自主控制技术，在国内还是空白。
针对当前的配网存在的不足，本文面对未来智能自愈型电网的需求，提出并研究应用一种全新的基于断路器柜一体化设计的全新10kV配网分布式自愈系统。
2 10kV配网分布式自愈系统
2.1 馈线自动化、自愈的概述
配电网均有大量的中低压馈线路，由于故障引发部分区域停电时有发生，应用故障定位、隔离故障和自动恢复供电系统，能使受到故障影响而停电的非故障区域自动恢复供电。这一系统称为故障识别和恢复供电系统或故障处理系统，是馈线自动化的主要内容。
配电网的自愈能力指配电系统能够及时检测出系统故障、对系统不安全状态进行预警，并进行相应的操作，使其不影响对用户的正常供电或将其影响降至最小。在无人工干预的情况下实现:
(1)系统故障后，自动隔离故障并自动恢复供电；
(2)系统出现不安全状态后，通过自动调节使系统恢复到正常状态。
2.2 当前10kV配电网自愈系统方案
2.2.1 当前国内在试验应用的一种方案是集中型配网自愈方案
采用带通信以及基于FTU的故障处理系统，在10kV配网主干线路上配置重合闸断路器和FTU。带重合闸的断路器构成的故障处理系统在10kV配网上无大量采用，技术相对不成熟；基于FTU的故障处理系统，由监控主机对全系统进行网络差动保护和网络备自投，实现了真正意义的配网“自愈”控制。但是该方案存在以下几个问题:
(1)对单项接地故障的处理时，馈线配置的FTU向子站发出冻结命令有延时，因而各FTU冻结的零序电流波形中已含有故障后的波形。
(2)配电网络的保护性能依赖于监控主机，对主站程序的实时性要求高，复杂程度也大。
(3)对通讯光纤网络要求高，且系统局部的通讯故障都可能会影响到整个系统的稳定，进一步导致通讯瘫痪，所以该方案实际应用还有待完善。
2.2.2 重合器与分段器组成的故障定位隔离与自动恢复供电系统
重合器与分段器构成的系统可以不用通信网就能实现故障隔离与自动回复供电，投资少但存在较多缺点:
(1)分段器要记录一定次数后才能分闸，重合器有多次分合闸过程，不利于开关本体，且对用户冲击大。
(2)在故障定位、隔离时，会导致相关联的非故障区多次短时通电，要求配网运行方式相对固定。
2.3 全新10kV配电网馈线自愈系统
2.3.1 方案说明
该方案配网系统为2回路手拉手环网开环方式运行。主干线路上环网柜采用具备短路电流分断能力的紧凑型智能断路器开关柜。各柜体由配网自愈保护装置控制。各个开关箱的保护装置的通讯采用光纤相互连接。同时，各柜体保护装置支持远程无线通讯，向后台主站提供遥信遥测数据。正常运行时7号环网柜出线至6号环网柜的开关K1作为常开的联络开关。假设当线路5段发生故障时，那么系统检测到故障信号，断开开关A1、A2隔离故障，同时投入常开联络开关K1，使5号、6号开关箱恢复供电，整个过程在用户无法察觉的150ms内完成且无需人为干预。
图1 全新10kV配网馈线自愈系统方案示意图
2.3.2 实现功能
(1)快速实现区域性配电网的故障就地自主隔离和非故障区快速恢复供电，真正满足智能配电网自愈控制、“零停电”的要求。
(2)馈电线端故障由馈线分支的断路器开关快速就地保护隔离，对上一级出口开关无影响。
2.3.3 系统说明
(1)故障自主就地隔离:线路上采用电流光纤差动保护；开关箱内部采用电流母线差动保护；对于负荷分支，采用过电流保护。
短路故障，瞬时动作100ms内就地隔离；
单相接地故障，定时限就地隔离；
馈线短路故障，对应开关箱的馈线断路器开关瞬时动作100ms内就地隔离；
馈线过负荷，对应开关箱的馈线断路器开关定时限动作；
馈线单相接地故障，对应开关箱的馈线断路器开关定时限动作就地隔离。
(2)快速自动恢复供电:当变电站至开关箱之间线路故障时，变电站出口断路器B8(C7)跳闸，开关箱进线断路器B7(C6)失压跳闸，网络备自投逻辑控制投入联络开关K1，快速就地隔离故障，同时恢复非故障区供电。
当线路8段故障时，8号、7号开关箱自愈保护装置检测到故障流，保护动作，断路器开关C4、C5跳闸，将线路故障100ms内隔离。常开联络开关K1在网络备自投逻辑控制下投入，同时7号开关箱的用户负荷分支由另一侧电源恢复供电。整个过程在用户无法察觉的150ms内完成，实现用户“零停电”。
当变电站出线开关C7检修时，8号开关箱的进线柜断路器C6失压跳闸，同样在网络备自投逻辑控制下投入常开开关K1，由另一侧电源恢复对系统的供电。
图2 系统方案图
2.3.4 技术原理
(1)光纤差动保护。光纤差动保护采用分相电流差动元件作为快速主保护，并采用PCM光纤或光缆作为通道，使其动作速度更快。差动保护技术已广泛应用在高压输电线路的保护中，从差动保护的通道类型来看，分别为:电力线载波纵联保护，也就是常说的高频保护；微波纵联保护，简称微波保护；导引线纵联保护，简称导引线保护；光纤纵联差动保护，简称光纤差动保护。
电流差动保护具有灵敏度高、简单可靠、动作速度快等优点，对电力系统继电保护来说电流差动保护是最为理想的一种保护。电流差动保护保护装置需要昂贵的通信通道支持，投资大，成本高，故一直以来主要用于对高压输电线路的保护。
随着社会的不断发展，人们对供电的可靠性要求越来越高，特别在是直接面对用户的配电网线路上，且目前对配网线路的保护研究还不及主网输电线路成熟。人们急需要更加安全、可靠、自动化水平高的配电网络。同时随着电子技术、通讯技术、新技术、新材料的发展及应用，曾经昂贵的通讯设备、通信材料，如光纤设备、光纤电缆等价格已经大大的下降，使得一直以来制约光纤差动保护的通信通道建设费用等问题不再存在，为在配网应用光纤差动保护创造了可能。
(2)10kV配网网络备自投技术。由于对供电可靠性要求越来越高，已具备两回线及以上的多回供电线路，在安装备用进线自动投入装置来提高可靠性，备用进线自动投入装置简称备自投。网络备自投逻辑需要分布式自愈系统中所有配网自愈保护装置的数据参与。当相应线路失压、线路差动保护动作和保护动作开关分位这几个条件同时成立时网络备自投启动；如果网络故障或者备自投闭锁信号时，网络备自投将会闭锁。
3 结语
总之，馈线自动化技术对于配网具有十分重要的作用，可以极大的提升配电网工作的可靠性和稳定性，其发展水平对优质电网建设起到关键性作用。本文针对10kV配网馈线自动化的现状，提出了全新的10kV配网分布式自愈系统，为配电网提供了一种可行的不间断供电方案，实现用户“零停电”。但该方案也存在着一定的问题需要进行优化，因此，在今后的工作中，技术人员还要不断加强对10kV配电网馈线分布式自愈系统方案的研究应用，以提高配网的安全性、可靠性，从而为用户提供更加良好的供电服务。
参考文献:
[1] 杨永谦,胥昌龙,苏立.10kV电缆网分布式自愈系统研究[J].贵州电力技术.2015,18(2):1-4
[2] 薛一鸣.10kV配网馈线自动化系统控制技术分析[J].机电信息.2014(36)
论文作者:何磊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/13
标签：故障论文; 断路器论文; 系统论文; 馈线论文; 线路论文; 方案论文; 光纤论文; 《电力设备》2017年第29期论文;