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智能化高压电器与配电网保护自动化

2022-05-23 15:17 来源: 作者/编辑: 浏览次数:135 手机访问 使用手机“扫一扫”以下二维码,即可分享本文到“朋友圈”中。

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在电力工业的迅速发展中,配电网保护自动化的投资份额将逐渐增大,目前已成为国内实施计划中的热点工程项目,正受到电力行业的广泛关注。随着微电子技术、计算机技术和通信传递信息技术的发展,以及机电一体化高压开关设备的研制成功,配电自动化技术已在配电网络领域中得到日益广泛的应用,并取得可喜的成果,具体表现为优化组合的方案多样,功能全面,保护完善。

配电网自动化的发展需要大批智能化高压开关。当今由于技术性能好的开关与微电子等技术的结合,形成了系统自动化程度高、自具功能强的新型高压开关设备。主要产品有自动重合器、分段器和自动配电开关等。这些设备*显著的特点是具有集保护、监控、远动、自我判断记忆功能和执行为一体的单元,从而减少了相互影响和干涉,提高了供电连续性和可靠性。这将是国内配电网自动化发展的趋势。

1配电系统保护功能与方式配电系统保护自动化是配电自动化系统控制和管理的重要组成部分,主要有4个功能:1将故障区段隔离,减少停电事故和故障时间;2电力系统网络的过负载监测;3实时调整变更电网运行方式和负载的转移;4改善用户服务质量,降低电能损耗,节省总体投资,减少配电检修维护费用,提高供电质量和供电可靠性。

目前实现上述功能的配电f式有种为英美方式;另一种为日本方式。前者主要运作机电一体化功能的重合器和分段器;后者主要借助日本东芝真空开关一自动配电智能开关。

80年代末,我国农村相继引进的许多机电一体化开关设备自动重合器、分段器和配电开关,大多数已在农村小型化户外变电站运行,作为变电站10kv出线保护。配电系统目前仅有柱上油开关和跌落式负荷开关,尚无其他保护设备。因此,配电网上发生永久性故障时,大多依靠变电站出口重合器,使其跳闸,造成整个线路断电。重合器仅相当于具有重合功能的断路器,起变电站户外10kv开关作用,而智能设备技术性能的优势远未发挥。重合器的真正作用不仅作为变电站保护,而且应与网上的分段器和配电开关相配合,对整体形成有层次、有逻辑的递进保护,实现配电系统自动化。

1.1美英方式美英系统采用电网电流控制方式,美国电网10kv系统为中性点直接接地,网上产品绝缘耐压水平小于42kv/min,通常单相接地跳闸电流1.3.2重合器(r)与分段器(s)配合之二12日本方式r与s配合接线见,其接线为树枝状结构。当a点为瞬时性故障,r跳闸,s1,s2s3失压断开,r重新合上,s1,s2,s3各经整定器投入,时限为7s延时投入全线恢复正常供电。当a点为永久性故障,r跳闸,s1,s2,s3失压断开,r重合,顺序投入s1和s2,由于在s2检测出时限中发现无电压,则在r再次跳闸后s1和s2断开,s2合闸闭锁。r重合,s1投入,a和b段恢复正常供电,c和d段停电。中,电子控制装置整定投入时限值为7s. /t3能使s3断开,其余段依次类推。若c段故障,引起的短路电流itc造成r跳闸,分段器s2记数一次,r延时重合闸。若为瞬时故障,则重合闸成功,全线恢复供电;若为永久性故障,则s2再记数一次,共为两次,待r跳闸适当延时后,在线路无电流时82断开且合闸闭锁,r再次合闸后恢复正常供电这样,在自动切断电网故障区段后便rissa合保护接线之三示意日本系统采用电网电压控制方式,变电站继电器能对故障电流进行检测,决定站内开关cb是否动作,fdr有无必要对故障电流作出反应等,要求具有实时状态下检测电压变化的功能。此时检测单相接地故障十分方便,只要与上级短路保护开关配合,就能在一定范围内的配电网上随意添加分段数目。见。中:fsi为故障区指示器;fdr为故障检测器;r为重合继电器;s为自动配电开关。

1.3配电系统保护方式的工作原理1.3.1重合器(r)与分段器(s)配合之一r与s的配合接线见。某供电线路共有abcd4个区段,由于离重合器越远线路阻抗越大,短路电流越小。所以itb〉itc>itd;itr,1t1,1t2,1t3分别为各分段器的*小脱扣电流r与s配合保护接线之二示意1.3.3重合器(r)与分段器(s)配合之三r与s配合接线见其接线方式为单电源环路。当a点为瞬时性故障,重合器分闸,s1~s5因失压皆断开,r重合后分别经整定器投入时限0s供电。当a点为永久性故障,r跳闸后s1~s,5因失压皆断开,r重合,经7s延迟后,s1投入,由于无电压,s1将合闸闭锁,r跳闸后s1亦断开;再一次重合,经14s延迟后,s2投入,s4再经14s延迟后才合闸,*后s5经14s延迟闭合。a,b,c,d,e各段恢复正常供电。中,电子控制装置整1.3.4重合器(r)与分段器(s)配合之四r与s配合接线见,其接线方式为双电源环路,在电网正常供电时,s5两端有电,但s5是处于断开状态的,当a点瞬时性故障,r―次重合即可恢复正常供电。s3在长时间延时后,一端一直无电压则合闸,故除a2段停电外其余皆恢复正常供电。中,电子控制装置整定投入时限值为:si~s47s;s,s90~ r与s配合保护接线之四示意1.3.5重合器(r)与分段器(s)配合之五其接线方式见。采用重合器作为馈线分段开关,替代分段器,利用其具有的开断短路故障的能力和自身ftu保护与控制功能来实现故障自动隔离,非故障区段正常供电。在电网正常情况下,f和g及abcd4处开关全部闭合,环网联络点e处断开。当a点发生故障,引起a处开关跳闸。若故障为瞬时性,则a处开关重合成功;若故障为永久性,则a处开关重合不成功并再次分闸自动闭锁,处于断开状态。a,b段失电,e处联络开关因一侧失压后经整定延时自动合闸,闭合线路,b段恢复供电。经延时后b处开关也闭合,在a段、b处开关再次跳闸并自锁在断开状态,将b段负荷转移至sp2处。

其优点之一是故障就地隔离,避免某段故障导致全线停电,从而大大减少变电站f和g处开关等动作次数,减轻了对整条线路一次设备和配电系统的冲击。优点之二是无需增加通信等投资,利用重合器等多次重合及保护动作时限程序配合,即可完成馈线自动分段。

1.3.6重合器(r)与分段器(s)配合之六其接线方式与相类似。变电站开关采用带时限速断保护,线路分段开关具有短路电流开断能力4.分段器控制的检测线路检测两端端电压,同时检测线路电流。在合闸到故障时,分段器则立即分闸并自锁。如果a点发生永久性故障,出线开关及分段器动作顺序与电压型相同。但当f和g处开关合闸到故障点时,则立即分闸,切除故障,恢复非故障线段正常供电。

r与s配合保护接线之五示意1.3.7重合器(r)与分段器(s)配合之七其接线方式见。重合器r安装在出线处,分段器s1安装在线路上,r与s1之间的分支线分支点处使用熔断器fu,r具有双时限保护功能特性,动作曲线i+t有快慢选择,使熔断器特性曲线处在快慢曲线之间。如果线路a点发生故障,r使用快速动作特性,在fu熔断之前跳闸并切换至慢速动作曲线。如果a点是永久性故障,fu在r动作之前已熔断,切除分支故障点。

这种系统适用于辐射型开环运行线路。

r与s配合保护接线之六示意综上所述,由于电子控制器的安秒特性准确可靠、调整范围宽裕和整定变更方便,使供电线路配电自动化分级保护得以实现,对农网配电保护尤其合适。若采用日本式的投入查找故障区段,其优点是查找明确,迅速可靠,整定延时,操作方便,并且恢复供电是分级投入的,因此,不会是按整定时限和整定值大小进行控制的,故选择性强,能迅速切除故障区段,整个操作投入时限短且快。

2配电网保护2.1配合原则必须遵循以下配合原则:1配电系统发生短路故障时,负荷侧分段器必须在电源侧后备保护重合器合闸闭锁之前将故障隔离;2永久性故障造成的供电中断必须限制在配电网内*小故障段;3配电网中的任意点均应在保护范围内;4在靠近电源侧的开关设备开断线路或操作闭锁之前,负荷侧的保护设备必须切除瞬时或永久故障;5配电主干线路长度超过10km时,至少应分段一处;分支线超过4km时,一般应装设分段器或配电开关。

2.2配合要求1分段器应安装在重合器负荷侧。

2后备保护重合器必须能检测和开断分段器保护范围内的*小故障电流。

3分段器的启动电流应小于其保护范围内的*小故障电流和后备保护重合器*小分闸电流的80%且大于预期的*大负荷电流。

4分段器的动热稳定电流必须大于安装处的*大短路电流,其热稳定时间必须大于后备保护重合器的开断时间。

5分段器的记忆时间必须大于后备保护重合器的总累积时间(tat)。是后备保护重合器总累积时间。中:tat为总累积时间;f1,f2,f3为后备保护重合器故障电流开断时间;r1,r2为后备保护重合器重合时间;smt为分段器记忆时间和分段器分闸并合闸闭锁。

2.3重合器与分段器配合保护的约束条件2.3.1重合器配合保护约束条件1电子型重合器保护配合可通过电流和时间一安秒特性曲线的变化来实现。其关键是任意电流值所对应的两组重合器时间一电流曲线间的时间差。

2变电站两次侧重合器与线路上的重合器保护配合时,为消除瞬时故障,变电站重合器至少应设有一次快动,与之配合的负荷侧重合器快动次数应多于或等于变电站重合器快动次数。负荷侧的重合器应在后备保护重合器快动以后、慢动以前,开断故障电流并闭锁,以切除永久性故障点区段。

2.3.2分段器配合保护约束条件1分段器的*小动作电流应为电源侧保护设备*小开断电流值的80%. 2没有安装接地故障检测附件的分段器,应与后备保护设备相间短路*小开断电流值相配合。

3当几组分段器在同一配电网中串联使用时,其记忆时间的动作次数应依次比后备保护重合器少一次。

4分段器的计数滞留时间应与其后备保护装置的开断和重合时间相配合。

5当使用三相分段器时只能与三相同步操作的后备保护装置相配合。否则,可能使重合器开断失败,造成配电网停电。

6电子型分段器与重合器配合时,调整其动作电流和记忆时间,选择分段器的额定持续工作电流应等于或大于所在位置实际负荷电流,且*小动作电流按重合器的*小开断电流选择。电子型分段器通常选取30s45s90s3种记忆时间。上海华通开关厂研制fdl4―12/200型sf6自动分段器的记忆调整范围为15~120s.记忆时间的选取需根据后备保护重合器设置的动作顺序一重合开断时间间隔来确定,即略大于重合器**次开断时间且在分段器动作之前,也就是重合器*后开断的累积时间总和。

3配电保护自动化问题的探讨与思考中压配电网大多为不接地系3.1不平衡电流检出不同。因此,若采用美英方式发生单相接地故障时故障电流很小,不易检测。为检测其结果,必须为重合器和分段器加装开口三角电压互感器和零序电流互感器,以便能切除故障区段。由于电网发生单相接地故障时并不发生短路或过流,而只是产生三相不平衡电流,所以农网供电半径大,线路总长度也很长电容电流一般在3a以上,具有灵敏度较高的电子控制型重合器和分段器就可检测故障。这就意味着在与10kv母线相联、出线长度很短的情况下,也可能检测出不平衡电流。这为在供电半径短的城网中使用机电一体化产品提供了条件。

国内现行电网的运行规则允许在单相接地故障下线路继续运行2h,以便有充足的时间查找故障点并加以排除。若2h不能解决问题,则将该路出线退出运行后处理。这样的处理方式显然对配电网保护供电质量和可靠性很不利。

3.2电子控制装置问题自动重合器可以和分段器配合,也可以与高压侧以及负荷侧熔断器配合。分段器则同时与断路器、重合器和熔段器等配合。就其机电一体化装置的电子控制和配合特点而言大致可分3类。**类为脉冲计数型,分段器对重合器动作和开断故障次数计数。当系统恢复正常,动作次数少于分段器整定的次数时,分段器计数装置复位;动作次数达到整定次数时,分段器在重合器开断期间分闸。由于各分段器整定的启动电流不同,因此只有在*靠近故障点的分段器能够分闸并将故障隔离。当重合器再次合闸时,与非故障区段恢复供电。第二类为电压记忆型,配电网线路故障,重合器跳闸,全线失压。由于各分段器分闸均有一个时延,因而在重合器快速重合时,各分段器不动作,从而可消除瞬时性雷击等故障。如果是永久性故障,则在重合器进入延时重合程序时,各分段器分闸。重合器再次合闸,从电源端开始各分段器依次合闸。当某一分段器在短路时合闸,则重合器再次断开,该分段器将故障时间与闭锁记忆时间进行比较如前者小于后者则分闸且合闸闭锁,切除故障区段后,重合器则再次合闸以恢复正常线路供电。第三类为集中控制型,集中控制装置安装于调度中心的双通道无线电指挥系统,因而需解决它与系统内原有scada(监控与数据收集装置)和故障探测器、分段器等之间的接口问题。此3类中,第三类*为复且调度中心内要添加指挥系统和scada装置,并解决接口问题。**类仅需就地安装计数装置和动作电流调节装置。第二类保证失压脱扣,闭锁记忆。3类各有特点。若分段器按第二类整定,则按其动作过程要求它应有较强关闭短路故障能力。从切除故障的时间来说,第三类*快,它的联系方式与分段器的动作没有延时。第二类切除故障时间*长,因为可依次按时间间隔合闸以发现故障段,但它的动作逻辑*接近人工寻找和隔离故障的操作易为运行人员所接受。

scada方式系统控制采用微电子技术、通讯信息传递和计算机系统综合而成。其接线方式见。它具备中心配调站及通信信道、通信点主从通信方式,每个分段开关的智能控制单元fiu(feeder trminalunit,馈线终端单元)可与中心主站rtu(remoteterminalunit,远动终端单元)通信,故障隔离操作由中心配调站以远动方式进行集控。假设a点发生永久性故障,f处出线开关保护动作并重合一次不成功,则中心配调站cpu通过polling方式查询故障线路上各个ftu状况及信息,rtu故障检测软件根据故障电流识别故障点发生在a点,中心站发出遥控命令,将a,b两处开关断开,f处开关再投入,e处联络开关合闸,完成了故障识别与隔离,使负荷转移,自动恢复非故障区段正常供电。

这种方式特点:采用计算机及通信技术通信传输可以是光纤、电缆、无线扩频、载波;也可以是公共电话线或专用线。实现全工况实时监控馈线运行极大地提高了供电的可靠性。这种控制方式适用于城市中心、开发区、商住中心等高负荷密度区。

3.3配网主站设置方式3.3.1集成实现方式杂不仅需要就地安装故障探测器应答装置等统不宜再采用集成馈线自动化方://wwenket在变电站自动化系统中实现集成馈线自动化功能时,变电站自动化系统的当地主站或在rtu接受并管理线路上的ftu和变电站rtu及智能监控装置的信息,实现变电站内设备的监控及馈线自动化功能。直接使用scada/da/dms主站平台实现整个供电部门管辖区域的线路设备的馈线综合功能。其优点是与变电站综合自动化scada/da/dms主站共享软件资源,不足之处是主站要求系统规模大且复杂,困难不少,工程周期长。相当一部分供电部门已有变电站综合自动化或scada主站系3.3.2单独设置方式作为配电自动化二级主站,首先应自动处理来自线路ftu的数据,对故障点进行定位并遥控线路开关,以实现故障点的自动隔离及恢复供电;其次,应具备必要的计算机接口功能,完成线路设备的监控及化系统调试维护,可以作为一个配电自动化系统的节点;此外,还应有数据转发的功能与上级scada/da/ems主站通信,上传与下载整个配电系统的监控、管理与信息各项命令。fa控制主站的这一层次有利于保持系统的独立性和完整丨性系统能够不依赖于其他自动化系统独立运行,从而提高了系统的可靠性。fa控制主站在线路故障时,接受来自fa-rtu故障数据,实时做出故障定位判断并发出开关操作控制命令。它在减少数据命令的传输处理层次、提高系统的响应速度及可靠性方面具有优势。

3.4现行电网运行问题配电网自动化是一项高投入、高产出工程柱,上型智能高压开关的可靠性至关重要,它是馈线自动化系统的基本单元。我国地域辽阔,南方北方、沿海内陆、平川高原等运行环境、条件、气候差异很大,力吐户外全天候环境条件比户内差得多,因此,保证电网的安全可靠运行的难度较大。可喜的是,国家城乡电网的建设步伐越来越快,力度越来越大,电国力自动化程度越来越高,使上述配网运行模式已在广东、湖南、浙江、江苏、陕西、河北、大连、北京等全国各地推广应用。国内外制造厂商已盯住这一目标,开拓市场,逐步推出了各种机电一体设备。值得一提的是,原有老网与现有分段器匹配使用的重合器,可以选用常见的简单动作程序(只要求一次快速自动重合闸加两次强送电)并对配电网开关设备稍加改造后,使其具备一次自动合闸即可,有的则要稍加调整有关管理规章(如允许其两次强送电)即可实现。旧网改造新网建设,降低成本增加功能,提高可靠性。这将是发展和提高国内供电线路配电自动化技术的可行途径。





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商用厨房设备:
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