下面分别以线路中区段b发生瞬时性故障和永久性故障来说明该模式的工作过程。
假设在区段b发生瞬时性故障。VW1分闸后延时T1重合,QO1~QO3失压后延时T2再分闸,设定T1<T2,因此当VW1重合闸后,QO1~QO3仍未完成分闸动作,处于合闸状态。这样,VW1就可以在T1(0.5s)内切除瞬时性故障,避免了分段器的逐级延时,大大减少了发生瞬时性故障时的停电时间。
假设在区段b发生永久性故障。VW1经一次重合,使QO1合闸闭锁,VW1再次重合,由变电站1供电到a段。在这个过程中QO2检测到一个持续时间很短的小电压,QO2在QO1合闸闭锁的同时也执行合闸闭锁,这样就将故障段b的两端同时闭锁住,实现了对故障的隔离。故障发生后,VW3在检测到单侧失压后延时XL合闸,QO3在VW3合闸后延时X后也合闸,由变电站2供电到c、d段。如果在这个过程中,c或d段又发生故障或者QO2未完成合闸闭锁(这种情况出现的概率极小),则VW3合闸后检测到故障又跳闸,在第一次重合闸后实现故障的隔离和供电恢复。所以,无论在哪种情况下,这种配电模式都可以避免VW3至变电站2线路段的停电。也就是说,在隔离故障区段时不会波及非故障线路,不会造成非故障线路段的无谓停电。发生故障后,在线路上重合器和分段器动作的同时,装设在变电站内部的故障定位器根据各开关设备的动作时间配合,可迅速地确定出故障区段的准确位置,以便进行检修。
从上面的分析可以看出,这种配电方式虽然无法一次性完成对故障的定位、隔离和恢复供电,但是它可以快速切除瞬时性故障;在发生永久性故障时,可以同时完成对故障区段两端的闭锁。这种方式与传统的“重合器+分段器”配电方式相比,缩短了停电时间,减少了短路电流对线路的冲击次数。因为整条线路中只在变电站出线端和线路中间装设有重合器,所以保护配合易于实现;虽然线路分段较多,但变电站出线断路器的速断保护延时无需太长,所以当变电站出线端发生短路时,对配电系统的影响也就较小。同时,由于采用分段重合器作为联络开关,在隔离故障时就避免了非故障区段的停电。另外,这种配电方式虽然没有象第3种配电模式那样切除故障快和功能强大,但它也有自己的优势,即无需通信设备,完全依赖于线路中的智能化开关设备就地完成对故障的定位、隔离和恢复供电,简化了配电系统的结构,也使影响可靠性的因素大大减少;并且这些智能化开关设备都留有通信接口,如有必要,可以方便地加上通信功能,使该配电网馈线自动化达到更高的水平。
3 提高可靠性和减少线路停电时间的措施
对于配电自动化来说,自动化程度的高低和功能的强弱固然重要,但整个系统的可靠性应该放在第1位。此外还要考虑到经济性[2]。为了保证上面介绍的以分段重合器为联络开关的“重合器+分段器”模式的可靠性,采取了以下措施:
(1)重合器的开关本体为真空断路器,采用真空灭弧室外装复合绝缘的专利技术。它具有无油、无气、免维护、寿命长、无火灾、无爆炸危险的优点,机构采用电机快速储能的弹簧操作机构,无需高压合闸线圈。
(2)选用高性能PLC(可编程逻辑控制器)作为重合器和分段器的控制中心。简化了外围线路,大大提高了整机可靠性和抗干扰能力。
(3)直接从线路上获取电源,无需任何外加电源。选用美国的开关电源模块,抗干扰能力强,工作范围广,可在30%~120%输入范围内输出稳定的额定电压。
此外还有冗余设计和降额使用等措施,也可以提高整机的可靠性。
为了减少这种配电模式中的停电时间,采取了以下措施:
(1)快速切除瞬时故障,减少停电时间在电力系统中,线路故障的62%~85%为瞬时性故障,如果把瞬时性故障按永久性故障等同处理,则会造成较长时间(数十秒以上)的停电。为此,在重合器中增加了首次快速重合功能(可选),在分段器中增加了完全失压后延时分闸功能。这两者互相配合,可以在0.5~1s内切除瞬时性故障,大大降低了瞬时故障时的停电时间。
(2)故障区段的两端同时完成闭锁
传统的分段器当线路发生故障时,只能一次闭锁故障线路的一端,改进后的分段器可以在线路发生永久性故障时使故障区段的两端同时实现隔离,避免了非故障区段的停电,使恢复正常供电的时间缩短,同时减少了重合器或断路器的重合次数,对系统的冲击也就相应地减少了。
(3)躲涌流功能
配电系统最主要的负荷是变压器和高压电机,所以在重合器首次合闸或重合时,会出现比额定电流高得多的启动电流,有可能导致重合器的误动。改进后的重合器在软件和硬件两个方面增加了躲涌流措施,可以自动地区别合闸产生的涌流和故障电流,很好地解决了涌流问题。
4 结束语
本文介绍了配电网馈线自动化的3个发展阶段,经过比较认为,采用以“重合器+分段器”为主构成的配电系统较为符合我国目前电力行业的具体情况。分析了以“重合器+分段器”为主构成的配电网馈线自动化的几种方式,提出了一种新的实用的配电方式,既可以减少故障时的停电时间和短路电流对线路的冲击次数,又易于实现保护时间的配合。该配电模式已经在浙江黄岩供电局试运行,到目前为止,运行效果是令人满意的,达到了设计要求。
参考文献:
[1] 孙寄生.10kV环网供电技术研究与应用[J].中国电力,1999,32(2).
[2] 中国电机工程学会自动化专委会配电自动化分专委会秘书组.配电自动化分专委会学术讨论会讨论中关注的问题[J].电网 技术,1999,23(1).
[3] 林功平.配电网馈线自动化技术及其应用[J].电力系统自动化,1998,21(4).
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