配電自動化工程終端設備改造技術研究

俞琪

（蘇州電力設計研究院有限公司，江蘇 蘇州 215011）

1 配電自動化的應用功能

主要實現以下功能：（1）實現故障快速處理。（2）實現配網優化運行。（3）遵循IEC61968 推薦的企業服務總線（ESB），實現相關系統集成。線路故障快速處理功能如下：主站、子站通過DTU 采集到線路的故障電流信息，首先，根據事先定義的網絡拓撲情況確定最小故障區域；其次，根據程序設定的優先級別執行切除故障區域、恢復變電站電源供電、恢復重要客戶供電、恢復其他客戶供電等操作，整個恢復過程在數分鐘之內完成。例如：如圖1 所示，一條配網線路從變電站A 至變電站B 組成手拉手供電環，中間有6 個分段開關，正常供電時一般按負荷分布選擇開環點為開關4，假設開關2～3 間電纜故障，變電站A 側線路出線開關保護動作跳閘，配電自動化系統控制故障范圍兩側的開關2 和開關3 分閘，再控制變電站A 側線路出線開關和開環點開關4合閘，實現切除故障點，恢復非故障線路段供電。對于一個配電環路聯接多個電源點（變電站）的情況，以此類推，控制原則相似，只是步驟復雜而已。

圖1 配網線路故障例圖A

又例如，圖2：開閉所A 中母線處發生短路故障，則變電站1 側開關1 跳閘，配電自動化系統自控制開閉所1 開關3 和開關2 分閘，切除故障線段，然后控制原開環點開關4合閘，快速恢復正常區段供電。

圖2 配網線路故障例圖B

又例如，圖3：中開閉所A 中開關5 出線部分發生短路故障，則變電站1 側開關1 首先跳閘，然后配電自動化系統控制開閉所A 開關5 分閘，切除故障線路，然后自動控制變電站1 側開關1 合閘，恢復其余正常線段的供電。

圖3 配網線路故障例圖C

2 配電自動化的改造技術

2.1 監控終端DTU

主要功能：狀態量、模擬量采集和處理、數字量采集和處理、檢測線路相間及單相故障、遠方控制功能、通信功能、運行參數及定值整定功能、自檢和自恢復功能。

2.2 中壓開關站/配電室自動化的改造

（1）環網柜加裝三相CT 及零序CT，5P20 級別并且滿度值滿足3 倍以上額定值。（2）環網柜操作電源采用DC48V，后備電源選用一組免維護鉛酸蓄電池（容量20AH）。綜控屏內設備供電及環網柜操作電源分別從48V 母線引出。（3）環網柜具備當地/遠方操作功能，配有當地/遠方選擇開關及控制出口壓板。遙信中開關位置采用雙位置，接地刀閘位置、遠近控均采用單位置。其中接地刀閘位置采用合位輔助接點，遠近控均采用遠控位置輔助接點。（4）綜控屏采用電源設備、DTU 終端和通信設備混合組屏模式。輸入的交流電源應采用站變柜提供的電源，另一路采用不同交流電源。兩路交流電源輸入應具備自動投切功能。(5)站變柜二次側輸出電壓為AC220/100V，容量3000/30VA，其中0.22kV 繞組容量為3KVA 及以上，0.1kV 抽頭級別不低于0.5 級，提供母線電壓線損數據。配電自動化終端計量模塊要求：開關電流互感器精度不低于0.5S，電壓互感器精度不低于0.5，計量精度不低于0.5S，自動化裝置需滿足線損統計需求，實現雙向有功、無功計算功能。

2.3 電流互感器變比選用

圖4

為規范配電自動化系統故障定位判據的設定，在線路發生故障時利用電流變化及時判斷出故障區間，設定原則和設定值如下：(1)反應相間故障的相過流保護，其設置原則按照躲過配電線路正常運行時的最大負荷電流原則設定。考慮到配網線路供電半徑小、短路電流大、單線負荷電流小于600A 的特點，設定值定為600A（一次值）/0s，用于發信號、定位故障支路。(2) 中性點經小電阻接地系統（10kV 接地電阻為10Ω，20kV 接地電阻為20Ω）中的配網線路，用反應單相接地故障的零序電流保護，其電流互感器應采用獨立的零序電流互感器，其設置原則按躲過零序回路正常不平衡電流原則設定，設定值定為80A（一次值）/0.1s，用于發信號、定位故障支路。目前站端每回出線：電流互感器變比設置為600/1A；零序電流互感器變比設置為100/1A。

2.4 鉛酸蓄電池待機時間計算和驗證

專用技術規范中對免維護閥控鉛酸蓄電池的要求如下：額定電壓DC48V，單節電池≥7Ah，使用壽命≥3 年，保證完成“分—合—分”操作并維持配電終端及通信模塊至少運行4h。

（1）功耗分析。①每個主控單元裝置功耗：10W（工作電源DC48V）16 路裝置主控單元功耗：按10×2=20W 計算；②光通訊設備：按8W 計算；③遙信回路功耗：每個遙信功耗：0.036W 每個開關按5 個遙信計算：0.036×5=0.18W16路裝置所有遙信全“合”狀態的功耗：0.18×16=2.88W；實際上，每個開關最多有3 個遙信為“合”，所以實際遙信功耗：2.88×3/5=1.728W。④操作開關：每操作一次開關，電壓大概下降0.1V。實際測試表明，連續性的負載對蓄電池待機時間有較大影響，短時分合閘開關對蓄電池的待機時間影響較小。因此，裝置總功耗按30W 計算。

（2）12Ah 鉛酸蓄電池放電數據分析。電源模塊給蓄電池充滿電時，電池組電壓為55V,當監測到蓄電池電壓低于42V 時關斷蓄電池。下表是單節12AH 蓄電池放電時間表。

①按恒電流計算：起始放電電壓55V，開始放電電流：30W/55V=0.55A 電池關斷前電壓42V，關斷前放電電流：30W/42=0.71A 由于負載功率恒定，放電過程電壓會逐漸降低，因此放電電流逐步增加，在0.55～0.71A，介于表上0.64A附件，因此，對應查得待機時間是20h。

②按恒功率計算：恒定30W 負載，平均分配到4 節蓄電池，每節蓄電池帶負載：30/4=7.5W。對照上面恒功率放電表可知，接近表上7.77W，因此查表可以看出待機時間也是20h。4 節蓄電池給30W 負載供電，放電電流在0.55～0.71A，因此在0.6A 附近（0.05C=0.05X12A=0.6A），通過曲線也可以看出12Ah 蓄電池組給30W 負載供電的待機時間是20h 左右。

（3）7Ah 鉛酸蓄電池放電數據分析負載性質與大小不變，只是將蓄電池容量改為4 節7Ah。由于負載大小不變，因此放電電流也是在0.55～0.71A，每節蓄電池分配的負載也是7.5W 左右，查表可知待機時間大約在10h。由于放電電流在0.7A 左右，因此放電曲線參考0.1C，理論待機時間也是10h左右。

（4）實際測試。

為了驗證蓄電池理論待機時間是否正確，再次按照實際帶載測試：

①測試環境：溫度28℃；16 路DTU 配置完全相同的主控單元2 臺；用另外一臺主控單元代替光通訊設備（實際光通訊設備功耗小于10W）。58 個為合狀態(現場實際運行時不會有這么多遙信為合)。12Ah 蓄電池，4 節。

②測試數據：

起始放電時間：第一天19 時24 分放電電壓51.3V,放電電流0.577A,實測功耗29.6W；

欠壓關斷時間：第二天15 時21 分關斷前電壓43.5V,放電電流0.71A，實測功耗30.89W 中間其它數據略；

實測待機時間：大約20h。

（5）結論。1.7Ah 蓄電池組理論待機時間待機4h 的規定。2.16 路組屏式DTU 配置4 節12Ah 蓄電池組待機時間在20小時左右，3.32 路組屏式DTU 配置6 節12Ah 蓄電池總體待機時間也是20h 左右。目前選用閥控密封蓄電池組DC12V，20AH。

3 結語

配電自動化改造采用一體化施工方式，一次開關設備以及二次小室等和二次終端設備、通信設備、二次電纜等均安裝在同一個箱體會內。對三遙信號進行了規范化，同時后備電源采用蓄電池儲能方式。并且選用了高可靠性、高實時性并完全符合技術規范的智能配電終端設備。