重合器配網自動化應用方案及其效益分析

[摘要] 對利用重合器實現環網供電的自動故障隔離的方案，可以采取多種控制方法，這取決于不同配電區域自動化裝置的技術特點和整體方案。該文通過對各種自動化方案的的比較，尋找適合莆田電業局發展的方案。

[關鍵詞] 重合器 自動化 效益 應用

1 概述

配電自動化的重要內容之一，就是要迅速清除故障、隔離故障區段，盡可能快地恢復非故障區域的供電，最大限度地提高供電的可靠性，即故障后的網絡重構。目前，國內配網自動化進入推廣和實踐階段，考慮到資金等問題，可分階段投資逐步實現自動化，并進一步實現配電管理系統的自動化。自動化系統的規劃應與配網改造和發展規劃同步，并相互協調配合，實現整體投資的綜合優化。自動化系統所需的設備和裝置應貫徹先進、可靠、實用、經濟的方針，使用質量或可靠性差的設備不但不能提高供電可靠性，反而會降低可靠性。另外，為便于升級，所采用的設備必須滿足各種接口標準化和開放性的要求。

如何利用重合器實現環網供電的自動故障隔離，取決于不同配電區域自動化裝置的技術特點和整體方案。一般采用就地控制和主站控制兩種方式，就地控制以FTU之間的配合為主達到目的；主站控制是指通過主站對FTU上傳信息的分析判斷進行遠方控制。

2 利用區域配合和環網控制功能實現的就地控制模式

該電網的結構假定為三開關四分段的開環環網供電模式（如圖1所示）：R1～R3為自動重合器。正常供電情況下R1、R2處于合閘位置，R3處于分閘位置。

2.1 各自動化設備的整定參數

開關整定：

變電站斷路器設定為：重合閘次數設定為1次，動作順序為O-t1-CO后分閘閉鎖，

重合器R1～R3第一整定值設定為：重合閘次數設定為1次（可整定），動作順序為O-t2-CO后分閘閉鎖；

重合器R3第二整定值（備）設定為：一次跳閘即分閘閉鎖；

重合器配置控制器和環網控制模塊，有以下模式：

1）分段重合器模式，正常情況下，開關采用第一整定值，電源測失電則經 T1 時間后分閘閉鎖，R1、R2采用此設定值；

2）聯絡重合器模式，正常情況下，開關采用第一整定值，兩側失電則經 T2 時間后，重合器將設定值切換到第二組設定值（備）并合閘，同時，改變到一次跳閘即分閘閉鎖，NOP開關R3采用此設定值；

注意：T2>T1；T2>R1（R2）保護動作延時×2＋t2；T1>B1（B2）保護動作時間×2＋t1。

2.2 各段故障時各開關的動作順序

正常供電狀態：R1、R2、R4、R5處于合閘位置，R3處于分閘位置。

①段故障。瞬時性故障由變電站斷路器的一次重合閘動作恢復；發生永久性故障時，變電站斷路器經重合不成功后跳閘。R1感知失電后，經延時T1分閘并閉鎖，從而故障被隔離。R3失電后經T2時間后將設定值切換到第二組設定值并合閘，于是②③④段恢復供電。之后，各開關恢復整定值至正常設定值，以備下一次故障時正常工作。

②段故障。瞬時性故障由重合器 R1 的一次重合閘動作恢復；發生永久性故障時，重合器由于故障電流通過，R1重合閘不成功后跳閘。R3 經 T2 時間后將設定值切換到第二組設定值（備）并合閘，由于故障仍然存在，重合器在第二整定值的保護下，先于R2分閘并閉鎖，于是故障被隔離。

其它各段方案與①②段類似。

3 主備保護切換功能的意義

配電系統的可靠性對于用戶而言十分重要，大多數的保護設定只是基于配電網絡的一次故障，而對二次故障的判定及準確隔離往往缺乏必要的保護措施，本方案的保護定值切換功能能夠完全解決這個長期存在的問題。在本方案所述的網絡中我們可以看到：

對于電源1側線路而言，其保護最遠點在于R3左側，保護曲線配合應為B1>R1，如④段發生永久性故障后，網絡重構完之后（R3 合閘），電源 1 側線路保護最遠點改變為 R2 左側，保護曲線配合應為B1>R1>R3，以保證再次發生故障時能正確配合，而傳統的做法是通過手動更改或SCADA系統下發定值修改來完成，這將導致連續性故障無法及時處理，而重合器能及時、自動切換主保護定值為備用保護定值，實現保護曲線配合的連續性，大大增強了系統的可靠性。

本方案具有如下幾個特點：

(1) 迅速、簡便，故障影響面小、沖擊次數少、恢復供電時間快，而且可靠性極高。

(2) 不依賴于通信；

(3) 擴展性好，易于升級，可實現與其他分支線路支路開關或跌落器進行配合。

(4) 主/備保護設定切換功能可實現對連續故障的線路保護。故障發生后被隔離，且正常供電線路再次發生故障時，重合器方案將按照其切換后的定值設定邏輯繼續進行判斷，并實現故障隔離、供電恢復功能。

重合器的主保護設定值、備用保護設定值通過綜合考慮網絡重構前后的電網參數來確定，以保證不同情況下都能發揮其作用。

4 采用重合器方案的基本優勢

我們可以通過舉例來對幾種不同的配電方案對比，說明采用重合器以后的優勢；

在例子中，我們假設以減少用戶1和用戶2的故障斷電時間為主要目標。

4.1 不采用分段的系統方案

我們假設饋線上每個地方發生故障的機會均等，并假設一次故障發生后需要 1 個小時才能恢復供電，而且每年有6次這樣的持續性故障發生。由此我們可以計算出由于1處發生的故障引起用戶1和用戶2總的斷電時間（見表1）。

4.2 采用負荷開關分段的系統方案

由于負荷開關不開斷故障電流，因此用戶1和用戶2斷電時間與不采用分段的系統方案一樣。

4.3 采用重合器分段的系統方案

為了按照提高系統運行的可靠性，自動重合器安裝在如圖2所示的饋電線上。

另外，假設6次持續性故障均勻分布，也就是在1處、2處各發生3次故障，通過增加一個自動重合器而提高系統運行可靠性的改進數據就可以用表2來表示。

從表2可見，是否安裝自動重合器對用戶2的斷電時間沒有影響，用戶1卻由于自動重合器作用每年減少了50%的斷電時間。

4.4 采用負荷開關分段的雙電源環網系統方案

采用負荷開關分段的雙電源環網系統方案時如果不采用配網自動化系統（指基于子站或主站系統模式），由于負荷開關不能切斷故障電流，雙電源線路中一側某段發生故障時的情形和不采用分段的系統方案一致，且無法發揮雙電源優勢，只是在分段間發生故障的幾率會有所降低。其提高系統運行可靠性的改進數據就可以用表3來表示。

從表3可見：用戶1每年減少了75%的斷電時間，用戶2每年減少了50%的斷電時間。

該方式如果要達到與采用重合器分段的雙電源環網自動化系統方案（參見4.5內容）所產生的效益，必須采用基于子站或主站系統模式，而所需的投資（包含SCADA系統及其通信通道投入）將非常巨大。

4.5 采用重合器分段的雙電源環網自動化系統方案

采用重合器分段的雙電源環網自動化系統方案可以提供最高的供電可靠性。讓我們再次回到所討論的問題中，我們還是假設線路上每個地方發生故障的機會均等，這樣每個地方都發生一次故障。而且，我們也假設一次持續性故障發生后需要1個小時才能恢復供電。由于該方案具備故障隔離及其系統重構的功能，在故障1發生后，由備用電源投入恢復用戶2供電的功能，因此在故障1發生后不會對用戶2產生影響，由此我們可以計算出用戶的斷電時間，如表4所示。用戶1和用戶2由于自動重合器及環網功能作用，每年減少了75%的斷電時間。

參考文獻

[1] 苑舜， 王承玉， 海濤， 陳勇.配電網自動化開關設備[M]. 中國電力出版社.

[2] 王章啟， 郭約法. 我國配電系統柱上開關設備自動化的前景分析與設想[J]. 高壓電器，1990， (4).