對閉環運行方式的配電自動化系統的探討

曹小亞 張蘇萍

摘 要：本文通過一個閉環運行的配電自動化系統的實踐，簡要介紹了神火集團工業區內配電網自動化的規劃功能目標，以及為了實現規劃目標對系統變電站、戶變電站、供電線路、通信信道、直流電源、配電網接地方式等方面進行改造的主要內容和保護定值的調整。在對SuperDMS-2100配電網自動化系統的軟硬件結構和功能進行全面介紹和分析的基礎上，著重對閉環運行系統需特殊考慮的問題。最后針對閉環運行系統中的中性點接地方式及接電阻的確定以及閉環運行方式與開環運行方式的結合等幾個方面的特殊問題進行了說明，并提出了了解決方案。

關鍵詞：閉環；配電自動化故障狀態差動保護

一、概述

配電作為電能發變送配中的最后一個環節，在電力生產中具有非常重要的作用。但過去由于歷史的原因，一直未得到應有的重視。隨著經濟建設的發展和人們生活水平的提高，對供電質量和供電可靠性提出了更高的要求。

實際上，近年來我國許多地區已經在不同層次、不同規模上進行了配電網自動化的試點工作，也取得了相當的成績。但由于幾乎所有的配電網自動化試點都是開環運行模式，故障恢復時間都在30秒以上甚至到分鐘級，所以不能滿足對供電可靠性要求更高的用戶，只能采取雙向甚至多向供電、自備發電、大容量UPS等高成本方式來彌補。在此背景下，筆者所在單位與有關電力企業合作，在神火工業區配備了閉環運行方式的配網自動化系統。經過近幾年的試運行證明，系統工能達到了設計要求，大大提高了區內配電網運行可靠性。

二、供電區域配電網概況及配網自動化規劃功能目標

神火工業區內供電為220千伏變電站一座。110KV進線兩回，為內橋接線，分別引自上一級500KV變電站。本區變電站出線為35KV10回，10KV2回，改造前為架空線路與電纜出線混合方式，中性點接地；改造后采用小電阻接地方式，全部以電纜排管方式引出。變電站二次保護原來用常規繼電器保護和遠動系統，僅有遙測、遙信信息送往上級調度中心，通信通道為載波和擴頻，并血有商用電話。

在此基礎上，分兩期全面實現配電網自動化。本期規劃主要目標是：⑴以全閉環運行方式實現區內配電網自動化；⑵提高供電可靠性，使環網內用戶達到“N-1”供電安全準側，供電可靠率達到99.99%；⑶建立配電監控系統，提高供電質量，使電壓合格率達到98%；⑷在35KV/10KV供電線路發生永久性故障時，能自動進行故障識別、故障隔離和恢復供電；⑸實現對用戶側設備的遠方監控，以及遠方抄表等負荷管理功能。

本期配電自動化系統主要實現以下功能：⑴ SCADA功能包括數據采集及處理、人機聯系和制表打印；⑵饋線自動化功能主要是故障識別、隔離和自動恢復供電；⑶GIS地理信息系統功能；⑷ 包括遠方自運抄表功能在內的負荷側管理功能；⑸ 與變站RTU和上級調度中心通信功能包括傳送遙測、遙信和接收控調命令。對于電壓無功控制，本系統只向變電站/上級調度中心傳送電壓運行值，不在本系統中進行調壓操作，但提供接人用戶側調壓裝置的接口，也可傳達并執行上級配電中心的調壓指令，并保留功能上的擴充余地。

三、對原配電網進行改造的主要內容

（1）變電站綜合自動化改造由于該110KV變電站原有保護、遠動均采用常規裝置，不具備聯網、與用戶變通信等功能，故首先對變電站進行了綜合自動化改造，全部采用微機型的遠動系統和保護系統。改造后的系統具備完善的“四遙”功能和微機保護功能，并能與調度中心、上級配調中心、本級配調中心、客戶端RTU/FIU等進行通信。（2）部分用戶變電室改造由于該工業區配網自動化規劃設計采用電纜環網方式，所涉及的企業用戶變在配電自動化改造后均以二回35KV/10KV電纜出線，分別和上下二家企業的出線連成環網，出線均安裝可以遙控的出線開關。（3）接地方式的改變及接地電阻值的選擇系統改造后全部改為電纜出線，電容電流要比架空線路高得多，需要將原來的小電流接地方式改為經小電阻接地的大電流接地方式。系統在變電站10/35KV母線側加裝接地變壓器，即成為中心點大電流接地即中性點經過小電阻接地系統。從系統發生單相接地故障的情況入手，嘗試了多個中性點接地電阻值，對系統的穩態和瞬時兩方面進行計算，并比較隨之改變的單相接地故障電流值、單相接地故障健全相電壓值及弧光接地過電壓值、鐵磁諧振過電壓值等，然后按照運行規程和繼電保護等方面的約束條件進行比較分析，綜合計算考慮系統總電容電流、單相接地故障時的故障電流、工頻過電壓，繼電保護配合及通信干擾限制等，將接地電阻阻值確定為5歐姆。（4）其它由于少數企業的供電原采用架空線路，這次統一改為排管電纜。此外在小區內敷設了多模光纖的環網信道，既為配網自動化系統提供高速可靠的數字信道，又為遠方抄表、MIS系統聯網、多媒體數據傳輸等預留了通信手段。

由于FTU及開關操作都必須有可靠的不間斷電源，以保證在配電網一旦出現線路故障，導致保護動作、出線開關跳閘、故障電路全部停電或進行設備檢修時，仍能提供FTU工作電源、通信系統工作電源和開關操作電源，故在各用戶變配置了專用的小型220VDC高頻開關式直流操作電源。