珠海橫琴新區“雙鏈環”智能配電網模擬培訓系統設計探討

摘 要：珠海市橫琴新區采用了20kV“雙鏈環”配電網接線型式，這種具有分層分區自治自愈功能的智能電網是首次在國內推廣和使用的。為了解決“雙鏈環”智能配電網在運行維護過程中遇到的問題，提高電網運行維護人員的技能水平，本文設計了一種能夠在實驗室內模擬“雙鏈環”智能配電網培訓的“微型網絡”系統，運行維護人員可通過本系統模擬各種運行故障，并能夠直觀地學習到分層分區自治自愈功能的動作全過程和基本原理。

關鍵詞：雙鏈環；智能配電網；自動化

中圖分類號：TM727.2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）03-0032-04

Design of “Double Chain Link” Intelligent Distribution Network Simulated

Training System in Hengqin New Area of Zhuhai

HE Yiqing

（Zhuhai Electoronics Technology Institute Co.，Ltd.，Zhuhai 519000，China）

Abstract：Hengqin New District of Zhuhai City has adopted a 20kV “double-chain-link” distribution network connection type，which is the first time that the smart grid with hierarchical，zonal，autonomous and self-healing function has been popularized and used in China. In order to solve the problems encountered in the operation and maintenance of the “double-chain-link” intelligent distribution network and improve the skill level of the operation and maintenance personnel，this paper designs a “micro-network” system which can simulate the training of the “double-chain-link” intelligent distribution network in the laboratory. Operating and maintenance personnel can simulate various operation faults through this system，and can intuitively learn hierarchical and zonal autonomy. The whole process and basic principle of self-healing function.

Keywords：double-chain-link；intelligent distribution network；automation

0 引 言

橫琴新區是國家級重點建設新區，是中國南方電網公司先進電力技術建設示范區，橫琴新區“雙鏈環”智能配電網建設的總體目標是：智能，高效，綠色，可靠。目前島上采用的配電網電壓等級是20kV，與傳統的10kV輸電電壓水平相比，傳輸容量增大了4倍，但是電能損耗卻降低為原來10kV的25%。橫琴新區采用的“雙鏈環”智能配電網接線型式，即開關站四進線模式，實現了供電可靠率提升至99.999%，為助力港珠澳大灣區建設再做貢獻。

本文根據橫琴新區20kV“雙鏈環”配電網運行維護需求，從一次接線、二次保護配置、配電自動化組網以及設備選型、平面布置方案等方面，探討一種用于運行維護人員培訓學習使用的“雙鏈環”培訓網絡系統，提升電網管理的技能和水平。

1 培訓系統一次結構組成

根據橫琴新區智能配電網的組成結構，本培訓系統由變壓器、20kV開關柜、二次屏柜（DTU）組成，模擬220kV/20kV降壓站至20kV開關站的完整網絡結構，層級分為主干層和負荷層，區域按照3個20kV開關站分區，建設一組雙鏈環網架饋線組，實現雙鏈環分布式饋線自動化的實物仿真模擬操作系統。系統典型一次接線如圖1所示。

由圖1可以看出，本培訓系統配備2臺變壓器，變電站側4面20kV饋線柜，3個20kV開關站內共12面進線柜，1面饋線柜，3面母聯柜，不配置母線PT柜和母聯隔離柜。其中#2開關站還模擬一路負載，負載使用1臺電阻器代替，用于測試負荷側發生故障時網絡自治自愈功能，在變壓器負荷側設置短路限流阻抗，防止系統模擬故障時短路電流過大燒毀變壓器，為了模擬各種短路故障，培訓系統設置7面故障模擬柜，模擬母線和線路發生故障。

2 培訓系統二次結構組成

培訓系統與當前運行的“雙鏈環”智能配電網一樣，配置“光纖差動保護”“網絡拓撲保護”“網絡備自投”，實現分層分區自治自愈功能。其中變電站出線柜設置綜合測控單元柜1面，配置速斷、過流和零序保護，與站內20kV保護裝置通過GOOSE通信，采集其TWJ信號，通過線路對側DTU出的GOOSE信號，實現網絡拓撲保護；3個20kV開關站分別實現光纖差動保護，過流保護，分段備自投保護，網絡拓撲保護，零序保護，進線備自投保護，簡易母線保護和重合閘保護；饋線柜配置速斷、過流和零序保護，定值可與變電站側出線柜相互配合。系統典型二次接線如圖2所示。

3 培訓系統配電網自動化結構組成

培訓系統設置配電網自動化簡易主站1套，其中硬件包括前置服務器1臺，SCADA服務器1臺（服務器采用三級服務器即可），無線接入通信路由器1臺，無線公網通信終端1臺、交換機1臺，無線公網加密主站1臺，2個屏柜等。軟件包括操作系統2套、數據庫1套、配電網自動化SCADA監控系統軟件1套等。站內遠動信息經配電專用網絡上送供電局配電調度。系統配網自動化結構如圖3所示。

4 功能技術要求

4.1 變壓器技術參數

變壓器技術參數主要包括額定容量（繞組最高溫升100K 時）、電壓比、接線組別、短路阻抗等，詳見表1所示。

4.2 限流電阻功能要求

（1）具體阻抗值需綜合考慮變壓器阻抗，變壓器容量以及線路阻抗來確定，要求系統最大短路電流20～50A；

（2）限流電阻額定功率（單相）不小于3kW。

4.3 故障模擬器功能要求

（1）故障模擬器分位兩部分：故障模擬執行模塊和故障模擬控制屏；

（2）故障模擬執行模塊的實現功能示意圖如圖4所示；

（3）用于模擬線路故障時，故障模擬執行模塊串入一次電纜中，模擬母線故障時，故障模擬執行模塊并接在母線上；

（4）故障模擬執行模塊應能模擬單相接地故障、相間故障、相間接地故障以及三相故障；

（5）故障模擬執行模塊應能模擬永久性故障和瞬時性故障；

（6）故障模擬器應既能由遠方后臺操作，也能由就地的把手或按鈕操作，就地操作時只需模擬永久故障；

（7）故障模擬執行模塊由把手、按鈕交流接觸器等組成；

（8）故障模塊控制屏通過以太網與后臺通信，接收后臺的故障觸發指令，經過處理后操作對應的交流接觸器，模擬特定故障點的特定故障，通信規約宜采用IEC60870-5-103或IEC60870-5-104；

（9）交流接觸器應具有兩個以上的控制接點，以滿足遠程操作及就地操作的要求；

（10）交流接觸器的額定電流不小于50A，額定電壓不小于100V，吸引線圈額定電壓應與控制設備的操作電壓相同；

（11）故障模擬控制屏應具備一對多的功能，即一面控制屏可以控制多個執行模塊，控制設備的數量宜與智能配電終端的數量相同，方便組屏和接線。

5 設備選型計算

本培訓系統主要涉及三個設備的參數計算，分別是變壓器、限流電阻、負載電阻。

5.1 變壓器參數選型計算

變壓器的參數選擇按照系統涉及要求選擇變比為400V/100V，額定容量按照標準容量10kVA選擇，短路電抗百分比為2%。

圖5是三相短路等效電路圖，其中XT為變壓器電抗（忽略其電阻），R為限流電阻，其余元件的阻抗均忽略。

選取基準容量Sb=10kVA，基準電壓Ub=100V，計算得Xb=Ub2/Sb=1Ω，Ib=Sb/Ub=57.735A。

計算標幺值：。

5.2 限流電阻參數選型計算

限流電阻選1Ω，校驗短路電流大小是否滿足要求。

，故障模擬柜的分斷能力為63A，滿足要求。

5.3 負載電阻參數選型計算

負荷電流分三檔，分別為10A、5A、1A，計算出的總電阻分別為5.735Ω、11.547Ω、57.735Ω，但實際應該還要減去變壓器阻抗和限流阻抗，故實際負荷電流會小于10A、5A、1A。

校驗電阻額定功率：限流電阻的最大功率為負荷電流10A時，其功率為：3×10×10×1=300W，實際還會更小，因為實際負荷電流不到10A，所以選取400W的限流電阻即可。

6 設備布置方案

電氣設備的布置主要依據現場空間條件，一般分為單列布置和雙列布置。本方案采用雙列離墻布置，將兩臺模擬變壓器分別布置在房間的兩側，即模擬2個變電站分別從不同方向向開關站供電；將20kV開關柜布置在房間的中間位置，從左至右依次為#1開關站、#2開關站、#3開關站，每個開關站的2段20kV母線均分別布置在通道的兩側；將故障模擬柜分別和開關柜并列布置，方便現場按故障發生地點模擬區分出網絡系統中任何一個發生故障的節點。電氣設備布置方案如圖6所示。

7 結 論

橫琴新區的“雙鏈環”智能配電網主要為當地居民和社會提供安全可靠綠色的電能供應，實地接線網絡較為復雜，不具備直觀的培訓作用，而且在實際運行當中無法人為地選擇故障發生類型、發生節點。“雙鏈環”智能配電網培訓系統通過將現實的電網網絡微型化、簡體化，客觀上使得網絡中各節點故障模擬可視化、直觀化，使得電網運行維護人員可以在一個房間內選定某種故障發生類型、故障發生節點，整體地把握一組典型接線型式故障發生、消除、自愈的全過程。

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作者簡介：何藝卿（1982.08-），男，漢族，河南光山人，電氣工程師，畢業于沈陽建筑大學，本科，研究方向：配電網規劃設計。