珠海横琴新区“双链环”智能配电网模拟培训系统设计探讨

摘 要：珠海市横琴新区采用了20kV“双链环”配电网接线型式，这种具有分层分区自治自愈功能的智能电网是首次在国内推广和使用的。为了解决“双链环”智能配电网在运行维护过程中遇到的问题，提高电网运行维护人员的技能水平，本文设计了一种能够在实验室内模拟“双链环”智能配电网培训的“微型网络”系统，运行维护人员可通过本系统模拟各种运行故障，并能够直观地学习到分层分区自治自愈功能的动作全过程和基本原理。

关键词：双链环；智能配电网；自动化

中图分类号：TM727.2 文献标识码：A 文章编号：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

横琴新区是国家级重点建设新区，是中国南方电网公司先进电力技术建设示范区，横琴新区“双链环”智能配电网建设的总体目标是：智能，高效，绿色，可靠。目前岛上采用的配电网电压等级是20kV，与传统的10kV输电电压水平相比，传输容量增大了4倍，但是电能损耗却降低为原来10kV的25%。横琴新区采用的“双链环”智能配电网接线型式，即开关站四进线模式，实现了供电可靠率提升至99.999%，为助力港珠澳大湾区建设再做贡献。

本文根据横琴新区20kV“双链环”配电网运行维护需求，从一次接线、二次保护配置、配电自动化组网以及设备选型、平面布置方案等方面，探讨一种用于运行维护人员培训学习使用的“双链环”培训网络系统，提升电网管理的技能和水平。

1 培训系统一次结构组成

根据横琴新区智能配电网的组成结构，本培训系统由变压器、20kV开关柜、二次屏柜（DTU）组成，模拟220kV/20kV降压站至20kV开关站的完整网络结构，层级分为主干层和负荷层，区域按照3个20kV开关站分区，建设一组双链环网架馈线组，实现双链环分布式馈线自动化的实物仿真模拟操作系統。系统典型一次接线如图1所示。

由图1可以看出，本培训系统配备2台变压器，变电站侧4面20kV馈线柜，3个20kV开关站内共12面进线柜，1面馈线柜，3面母联柜，不配置母线PT柜和母联隔离柜。其中#2开关站还模拟一路负载，负载使用1台电阻器代替，用于测试负荷侧发生故障时网络自治自愈功能，在变压器负荷侧设置短路限流阻抗，防止系统模拟故障时短路电流过大烧毁变压器，为了模拟各种短路故障，培训系统设置7面故障模拟柜，模拟母线和线路发生故障。

2 培训系统二次结构组成

培训系统与当前运行的“双链环”智能配电网一样，配置“光纤差动保护”“网络拓扑保护”“网络备自投”，实现分层分区自治自愈功能。其中变电站出线柜设置综合测控单元柜1面，配置速断、过流和零序保护，与站内20kV保护装置通过GOOSE通信，采集其TWJ信号，通过线路对侧DTU出的GOOSE信号，实现网络拓扑保护；3个20kV开关站分别实现光纤差动保护，过流保护，分段备自投保护，网络拓扑保护，零序保护，进线备自投保护，简易母线保护和重合闸保护；馈线柜配置速断、过流和零序保护，定值可与变电站侧出线柜相互配合。系统典型二次接线如图2所示。

3 培训系统配电网自动化结构组成

培训系统设置配电网自动化简易主站1套，其中硬件包括前置服务器1台，SCADA服务器1台（服务器采用三级服务器即可），无线接入通信路由器1台，无线公网通信终端1台、交换机1台，无线公网加密主站1台，2个屏柜等。软件包括操作系统2套、数据库1套、配电网自动化SCADA监控系统软件1套等。站内远动信息经配电专用网络上送供电局配电调度。系统配网自动化结构如图3所示。

4 功能技术要求

4.1 变压器技术参数

变压器技术参数主要包括额定容量（绕组最高温升100K 时）、电压比、接线组别、短路阻抗等，详见表1所示。

4.2 限流电阻功能要求

（1）具体阻抗值需综合考虑变压器阻抗，变压器容量以及线路阻抗来确定，要求系统最大短路电流20～50A；

（2）限流电阻额定功率（单相）不小于3kW。

4.3 故障模拟器功能要求

（1）故障模拟器分位两部分：故障模拟执行模块和故障模拟控制屏；

（2）故障模拟执行模块的实现功能示意图如图4所示；

（3）用于模拟线路故障时，故障模拟执行模块串入一次电缆中，模拟母线故障时，故障模拟执行模块并接在母线上；

（4）故障模拟执行模块应能模拟单相接地故障、相间故障、相间接地故障以及三相故障；

（5）故障模拟执行模块应能模拟永久性故障和瞬时性故障；

（6）故障模拟器应既能由远方后台操作，也能由就地的把手或按钮操作，就地操作时只需模拟永久故障；

（7）故障模拟执行模块由把手、按钮交流接触器等组成；

（8）故障模块控制屏通过以太网与后台通信，接收后台的故障触发指令，经过处理后操作对应的交流接触器，模拟特定故障点的特定故障，通信规约宜采用IEC60870-5-103或IEC60870-5-104；

（9）交流接触器应具有两个以上的控制接点，以满足远程操作及就地操作的要求；

（10）交流接触器的额定电流不小于50A，额定电压不小于100V，吸引线圈额定电压应与控制设备的操作电压相同；

（11）故障模拟控制屏应具备一对多的功能，即一面控制屏可以控制多个执行模块，控制设备的数量宜与智能配电终端的数量相同，方便组屏和接线。

5 设备选型计算

本培训系统主要涉及三个设备的参数计算，分别是变压器、限流电阻、负载电阻。

5.1 变压器参数选型计算

变压器的参数选择按照系统涉及要求选择变比为400V/100V，额定容量按照标准容量10kVA选择，短路电抗百分比为2%。

图5是三相短路等效电路图，其中XT为变压器电抗（忽略其电阻），R为限流电阻，其余元件的阻抗均忽略。

选取基准容量Sb=10kVA，基准电压Ub=100V，计算得Xb=Ub2/Sb=1Ω，Ib=Sb/Ub=57.735A。

计算标幺值：。

5.2 限流电阻参数选型计算

限流电阻选1Ω，校验短路电流大小是否满足要求。

，故障模拟柜的分断能力为63A，满足要求。

5.3 负载电阻参数选型计算

负荷电流分三档，分别为10A、5A、1A，计算出的总电阻分别为5.735Ω、11.547Ω、57.735Ω，但实际应该还要减去变压器阻抗和限流阻抗，故实际负荷电流会小于10A、5A、1A。

校验电阻额定功率：限流电阻的最大功率为负荷电流10A时，其功率为：3×10×10×1=300W，实际还会更小，因为实际负荷电流不到10A，所以选取400W的限流电阻即可。

6 设备布置方案

电气设备的布置主要依据现场空间条件，一般分为单列布置和双列布置。本方案采用双列离墙布置，将两台模拟变压器分别布置在房间的两侧，即模拟2个变电站分别从不同方向向开关站供电；将20kV开关柜布置在房间的中间位置，从左至右依次为#1开关站、#2开关站、#3开关站，每个开关站的2段20kV母线均分别布置在通道的两侧；将故障模拟柜分别和开关柜并列布置，方便现场按故障发生地点模拟区分出网络系统中任何一个发生故障的节点。电气设备布置方案如图6所示。

7 结 论

横琴新区的“双链环”智能配电网主要为当地居民和社会提供安全可靠绿色的电能供应，实地接线网络较为复杂，不具备直观的培训作用，而且在实际运行当中无法人为地选择故障发生类型、发生节点。“双链环”智能配电网培训系统通过将现实的电网网络微型化、简体化，客观上使得网络中各节点故障模拟可视化、直观化，使得电网运行维护人员可以在一个房间内选定某种故障发生类型、故障发生节点，整体地把握一组典型接线型式故障發生、消除、自愈的全过程。

参考文献：

[1] 龚静，彭红海，朱琛.配电网综合自动化技术 [M].（第二版）.北京：机械工业出版社，2014.

[2] 尤田柱，鄢志平.配电网安全防护技术 [M].北京：中国电力出版社，2015.

[3] 葛馨远.配电自动化技术问答 [M].北京：中国电力出版社，2016.

作者简介：何艺卿（1982.08-），男，汉族，河南光山人，电气工程师，毕业于沈阳建筑大学，本科，研究方向：配电网规划设计。