配电自动化工程终端设备改造技术研究

2019-09-24俞琪

中国设备工程 2019年17期

俞琪

（苏州电力设计研究院有限公司，江苏苏州 215011）

1 配电自动化的应用功能

主要实现以下功能：（1）实现故障快速处理。（2）实现配网优化运行。（3）遵循IEC61968 推荐的企业服务总线（ESB），实现相关系统集成。线路故障快速处理功能如下：主站、子站通过DTU 采集到线路的故障电流信息，首先，根据事先定义的网络拓扑情况确定最小故障区域；其次，根据程序设定的优先级别执行切除故障区域、恢复变电站电源供电、恢复重要客户供电、恢复其他客户供电等操作，整个恢复过程在数分钟之内完成。例如：如图1 所示，一条配网线路从变电站A 至变电站B 组成手拉手供电环，中间有6 个分段开关，正常供电时一般按负荷分布选择开环点为开关4，假设开关2～3 间电缆故障，变电站A 侧线路出线开关保护动作跳闸，配电自动化系统控制故障范围两侧的开关2 和开关3 分闸，再控制变电站A 侧线路出线开关和开环点开关4合闸，实现切除故障点，恢复非故障线路段供电。对于一个配电环路联接多个电源点（变电站）的情况，以此类推，控制原则相似，只是步骤复杂而已。

图1 配网线路故障例图A

又例如，图2：开闭所A 中母线处发生短路故障，则变电站1 侧开关1 跳闸，配电自动化系统自控制开闭所1 开关3 和开关2 分闸，切除故障线段，然后控制原开环点开关4合闸，快速恢复正常区段供电。

图2 配网线路故障例图B

又例如，图3：中开闭所A 中开关5 出线部分发生短路故障，则变电站1 侧开关1 首先跳闸，然后配电自动化系统控制开闭所A 开关5 分闸，切除故障线路，然后自动控制变电站1 侧开关1 合闸，恢复其余正常线段的供电。

图3 配网线路故障例图C

2 配电自动化的改造技术

2.1 监控终端DTU

主要功能：状态量、模拟量采集和处理、数字量采集和处理、检测线路相间及单相故障、远方控制功能、通信功能、运行参数及定值整定功能、自检和自恢复功能。

2.2 中压开关站/配电室自动化的改造

（1）环网柜加装三相CT 及零序CT，5P20 级别并且满度值满足3 倍以上额定值。（2）环网柜操作电源采用DC48V，后备电源选用一组免维护铅酸蓄电池（容量20AH）。综控屏内设备供电及环网柜操作电源分别从48V 母线引出。（3）环网柜具备当地/远方操作功能，配有当地/远方选择开关及控制出口压板。遥信中开关位置采用双位置，接地刀闸位置、远近控均采用单位置。其中接地刀闸位置采用合位辅助接点，远近控均采用远控位置辅助接点。（4）综控屏采用电源设备、DTU 终端和通信设备混合组屏模式。输入的交流电源应采用站变柜提供的电源，另一路采用不同交流电源。两路交流电源输入应具备自动投切功能。(5)站变柜二次侧输出电压为AC220/100V，容量3000/30VA，其中0.22kV 绕组容量为3KVA 及以上，0.1kV 抽头级别不低于0.5 级，提供母线电压线损数据。配电自动化终端计量模块要求：开关电流互感器精度不低于0.5S，电压互感器精度不低于0.5，计量精度不低于0.5S，自动化装置需满足线损统计需求，实现双向有功、无功计算功能。

2.3 电流互感器变比选用

图4

为规范配电自动化系统故障定位判据的设定，在线路发生故障时利用电流变化及时判断出故障区间，设定原则和设定值如下：(1)反应相间故障的相过流保护，其设置原则按照躲过配电线路正常运行时的最大负荷电流原则设定。考虑到配网线路供电半径小、短路电流大、单线负荷电流小于600A 的特点，设定值定为600A（一次值）/0s，用于发信号、定位故障支路。(2) 中性点经小电阻接地系统（10kV 接地电阻为10Ω，20kV 接地电阻为20Ω）中的配网线路，用反应单相接地故障的零序电流保护，其电流互感器应采用独立的零序电流互感器，其设置原则按躲过零序回路正常不平衡电流原则设定，设定值定为80A（一次值）/0.1s，用于发信号、定位故障支路。目前站端每回出线：电流互感器变比设置为600/1A；零序电流互感器变比设置为100/1A。

2.4 铅酸蓄电池待机时间计算和验证

专用技术规范中对免维护阀控铅酸蓄电池的要求如下：额定电压DC48V，单节电池≥7Ah，使用寿命≥3 年，保证完成“分—合—分”操作并维持配电终端及通信模块至少运行4h。

（1）功耗分析。①每个主控单元装置功耗：10W（工作电源DC48V）16 路装置主控单元功耗：按10×2=20W 计算；②光通讯设备：按8W 计算；③遥信回路功耗：每个遥信功耗：0.036W 每个开关按5 个遥信计算：0.036×5=0.18W16路装置所有遥信全“合”状态的功耗：0.18×16=2.88W；实际上，每个开关最多有3 个遥信为“合”，所以实际遥信功耗：2.88×3/5=1.728W。④操作开关：每操作一次开关，电压大概下降0.1V。实际测试表明，连续性的负载对蓄电池待机时间有较大影响，短时分合闸开关对蓄电池的待机时间影响较小。因此，装置总功耗按30W 计算。

（2）12Ah 铅酸蓄电池放电数据分析。电源模块给蓄电池充满电时，电池组电压为55V,当监测到蓄电池电压低于42V 时关断蓄电池。下表是单节12AH 蓄电池放电时间表。

①按恒电流计算：起始放电电压55V，开始放电电流：30W/55V=0.55A 电池关断前电压42V，关断前放电电流：30W/42=0.71A 由于负载功率恒定，放电过程电压会逐渐降低，因此放电电流逐步增加，在0.55～0.71A，介于表上0.64A附件，因此，对应查得待机时间是20h。

②按恒功率计算：恒定30W 负载，平均分配到4 节蓄电池，每节蓄电池带负载：30/4=7.5W。对照上面恒功率放电表可知，接近表上7.77W，因此查表可以看出待机时间也是20h。4 节蓄电池给30W 负载供电，放电电流在0.55～0.71A，因此在0.6A 附近（0.05C=0.05X12A=0.6A），通过曲线也可以看出12Ah 蓄电池组给30W 负载供电的待机时间是20h 左右。

（3）7Ah 铅酸蓄电池放电数据分析负载性质与大小不变，只是将蓄电池容量改为4 节7Ah。由于负载大小不变，因此放电电流也是在0.55～0.71A，每节蓄电池分配的负载也是7.5W 左右，查表可知待机时间大约在10h。由于放电电流在0.7A 左右，因此放电曲线参考0.1C，理论待机时间也是10h左右。

（4）实际测试。

为了验证蓄电池理论待机时间是否正确，再次按照实际带载测试：

①测试环境：温度28℃；16 路DTU 配置完全相同的主控单元2 台；用另外一台主控单元代替光通讯设备（实际光通讯设备功耗小于10W）。58 个为合状态(现场实际运行时不会有这么多遥信为合)。12Ah 蓄电池，4 节。

②测试数据：

起始放电时间：第一天19 时24 分放电电压51.3V,放电电流0.577A,实测功耗29.6W；

欠压关断时间：第二天15 时21 分关断前电压43.5V,放电电流0.71A，实测功耗30.89W 中间其它数据略；

实测待机时间：大约20h。

（5）结论。1.7Ah 蓄电池组理论待机时间待机4h 的规定。2.16 路组屏式DTU 配置4 节12Ah 蓄电池组待机时间在20小时左右，3.32 路组屏式DTU 配置6 节12Ah 蓄电池总体待机时间也是20h 左右。目前选用阀控密封蓄电池组DC12V，20AH。