某大型综合体配电网智能分布式馈线自动化技术方案

方健美, 徐思敬, 喻晓苹

(浙江东禾工程设计有限公司, 浙江 宁波 315040)

0 引 言

我国配电线路多采用三段式电流保护或反时限电流保护,其基本原理是根据短路电流的大小设置不同的保护动作延时,故障电流越大,则延时越短。当上下两级开关处于串联关系时,对于同一短路电流,上级开关保护动作延时要长于下级开关,以保证保护的选择性[1-3]。但城市配电网中,由于线路距离较短,级联开关比较多,用传统的电流和时间级差配合实现起来很困难,这种情况下配电保护的快速性和选择性是一对不可调和的矛盾。传统的配电系统电流保护实质是独立的单元保护,只检测流过所监测开关的电流而决定保护的动作与否及动作延时,而不考虑相邻开关的保护动作情况,这是造成相邻保护相互配合困难的主要原因。如果把保护监测的范围由一个点扩大到相联开关甚至串联的一组开关,则上下级保护的配合可以理解为保护的内部协调。但如果将其原理应用到配电线路上,将造成配电保护的复杂和成本高昂而失去实用意义。

随着现代计算机技术和网络技术的发展,借助于网络通信实现保护之间的协调已成为可能。此时不同地点的模拟量在当地检测完成,只是将检测结果的数据信息、保护判别结果的状态信息、开关状态信息等通过网络由不同保护进行共享,以达到不同地点保护之间协调和配合,可以实现配电保护的快速性和选择性的统一,即智能分布式保护馈线自动化技术[4-6]。

1 项目概况

宁波某大型综合体建筑面积约为60万m2,包括写字楼、购物中心、商业步行街、住宅等多种业态组合,集居住、办公、商业、餐饮、娱乐、文教、展览、观光、运动、聚会等城市生活各种空间于一体。

该综合体内设置5座开关站及带开关站功能的4座配电室,分别为银泰汇1#～4#开关站、汇悦湾开关站,以及汇悦湾1#、2#配电室,4#、5#配电室,总用电容量约为70 000 kVA。原设计采用传统模式,为实现该综合体配电保护的快速性和选择性的统一,采用智能分布式保护馈线自动化技术对该内部各开关站模式以及外部电网联络进行改造升级。

2 系统原理

对传统保护和集中式数字逻辑保护采用网络式保护策略。其核心原理是借助对等式通信网络,将每个开关保护单元检测的数据信息、故障判别信息、开关状态等信息与相邻开关实时共享,使不同地点的保护能够在毫秒级时间内进行协调和配合,保证离故障点最近的断路器跳闸,其他开关进入后备不跳闸,使故障停电范围最小,故障停电时间最短,实现保护的快速性和选择性的统一。

网络式保护适用于各种系统运行结构及不同开关类型的组网方式,主要有开环运行模式、闭环运行模式、断路器与负荷开关混合组网模式。本文方案采用系统开环运行模式。

开环模式是目前国内应用最为广泛的网架结构,故障处理过程如下:

(1) 故障定位切除。网络式保护能够在故障发生100 ms内分断紧邻故障点的开关,解决配电系统多开关级联的保护配合难题,提高电网的供电可靠性和供电质量。

(2) 故障区段隔离。智能终端在切除故障点的同时将跳闸信息发送给相邻开关,紧邻故障点的、处于下游的开关可以在最短时间内联锁跳闸以隔离故障点(典型200 ms)。

(3) 非故障区域恢复供电。处于分闸状态的联络开关收到故障点的隔离信息,确认线路出现故障且智能终端已准确隔离故障,启动自动合闸转供功能,以恢复非故障区域供电(典型2 s)。

开环模式网络保护的配电网故障处理过程如图1所示。

3 系统构成要求

网络式保护自愈控制系统包括具备电动操作机构的开关(断路器)、配电终端(DTU)、电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、通信系统、主站系统。电压互感器根据功能及电气量采集的需求可采用三相或单相PT。为保证数据传输的稳定、快速及安全、可靠,通信系统需采用光纤以太网。

图1 开环模式网络保护的配电网故障处理过程

4 智能分布式保护馈线自动化技术实施方案

4.1 综合体内部开关站的基本配置

(1) 开关站出口开关是有电动操作的断路器,配置常规保护。开关站保护功能全部退出。

(2) 9个开关站所有进线开关为负荷开关;每个开关站配置一台智能分布式站所终端,开关站内所有智能分布式终端均接入各自对应的ONU设备中。

(3) 9个开关站各配置1台ONU设备,沿光缆通道敷设光纤,连接形成光纤自愈环网,参与智能分布式保护。开关站双环网拓扑图如图2所示。

图2 开关站双环网拓扑图

(4) 通过EPON方式,建设的网络既用于自愈控制终端之间的对等式保护通信,又用于三遥信息的主站交互。

控制终端之间通信:通过ONU及光纤环网组成局域网,为局域网内部的每台控制终端分配IP地址,通过网络拓扑配置相邻关系,实现终端之间的信息交互。

通信组网拓扑图如图3所示。

图3 通信组网拓扑图

4.2 外网电缆双环网改造

将该综合体内部与城市配电网络直接相连的两个开关站(银泰汇4#开关站和汇悦湾开关站)改造为标准的电缆双环网方式。

(1) 改造后的双环网标准展开图。三遥自动化改造图如图4所示。该区域的民扬N574线、航运N584线、市政N837线和汇悦N846线采用双环网网架结构,开关站带母联,线路中包括银泰汇4#开关站和汇悦湾开关站,自动化实现模式按照双环网典形模式实现,环进环出间隔采用“三遥”模式,分支出线间隔采用“二遥”,遥控信号采集遥控分闸、遥控合闸,遥信(负荷开关)采集分闸、合闸、地刀、气压表、远方/就地信号,遥测采集电压、电流测量信号。

图4 三遥自动化改造图

(2) 一次建设改造情况。银泰汇4#开关站一次系统图(带母联)如图5所示。

图5 银泰汇4#开关站一次系统图(带母联)

汇悦湾开关站一次系统图(带母联)如图6所示。

图6 汇悦湾开关站一次系统图(带母联)

银泰汇4#开关站和汇悦湾开关站环入、环出、联络间隔一次设备安装A、B、C三相电流互感器CT(600/5),出线间隔安装三相电流互感器CT(400/5),两段母线PT容量均为3 kVA。根据智能控制要求,每个站点各增加一台DTU。

(3) 二次信号采集配置情况。DTU与环网柜的配接二次线连接方式采用航插和控制线缆,进行遥控分合。遥信采集分闸、合闸、远方/就地等信号,遥测采集电压、电流测量信号。

银泰汇4#开关站三遥采集配置情况(带母联)如图7所示。

汇悦湾开关站三遥采集配置情况图(带母联)如图8所示。

图7 银泰汇4#开关站三遥采集配置情况(带母联)

(4) 建成后的配电自动化实现方式。该工程配电自动化实现模式按照双环网典形模式,实现主站集中式馈线自动化,环进环出间隔采用“三遥”模式,分支出线间隔采用“二遥”,通过三遥站所终端把采集到的三相相电流、开关位置、地刀位置、远方/本地信息等数据传送至后台配网主站,主站通过收集到的现场信息判断配电网运行状态,精确完成短路、接地故障定位、故障隔离和非故障区域恢复供电,提高该综合体的供电可靠性。

图8 汇悦湾开关站三遥采集配置情况图(带母联)

5 结 语

配电网直接面向用户,是保证供电质量、提高电网运行效率、创新用户服务的关键环节。目前,应充分利用现代计算机技术和网络技术,将开关站或变电站内部的不同地点(线路两侧、变压器高低压两侧或三侧、母线的进出线等)处的电流送到检测中心进行比较和判别,从而实现区内或区外故障的判别,采用智能分布式馈线自动化技术以达到不同地点保护之间协调和配合,可以真正实现保护的快速性和选择性的统一,从而保证用电可靠性。