10 kV馈线自动化在配网系统中的应用

卢怡键

【摘 要】近年来，随着经济的高速发展，国家对电力的需求日益增长。本文就10KV馈线自动化在配电网系统中的应用进行了探讨，详细分析分布式馈线自动化的原理，简要介绍所用到的主要设备，并选取2条故障率较高的线路作为试点进行分析，以期能为更好的把10KV馈线自动化应用在配电网系统中提供参考。

【关键词】10kV馈线；自动化；配网系统；原理

所谓的馈线自动化，就是指在正常情况下，远方实时监控馈线分段开关与联络开关，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作，并会在故障时获取故障记录，自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电的一种技术，也是配电网自动化中的关键技术，其发展水平对智能电网建设起到决定性作用。

图1分布式馈线自动化系统线路原理图

1.系统原理

1.1系统架构

一对手拉手的线路共有2个电源，6条支线，15台分段开关，如图1所示。其中FCB1、FCB2为变电站开关，QF1、QF2、QF3、QF5、QF6、QF7为分段开关，QF4为联络开关，QF8—QF13为支线开关。（注：FCB1与QF1之间的电气距离很短，且没有分支线；FCB2与QF7也一样）。正常运行方式下联络开关QF4断开，其他开关处于常闭状态[4-6]。

1.2故障排除方法

（1）母线线路短路故障排除方法

如图1所示，以F2点故障为例，当线路分段开关QF2与线路分段开关QF3之间故障时，线路断路器QF1、QF2跳闸并瞬时重合闸（非电缆线路），如遇永久故障，QF1、QF2再次跳闸切除故障，短路电流消失返回；线路断路器QF1自检失压且有短路电流，同时检测到下级线路分段开关QF2失压且有短路电流信息，自动判断故障点不在本开关与下级分段开关之间，启动二次重合闸，准备网络重构；线路分段开关QF2自检失压且有短路电流，检测到QF3失压但无短路电流信息，同时检测到QF9失压但无短路电流，自动判断故障点在本开关与下级开关之间，执行合闸闭锁；线路分段开关QF3自检失压但无短路电流，同时检测到上级开关失压且有短路电流信息，自动判断故障点在本开关与上级开关之间，断开本开关并执行合闸闭锁，实现故障判断和故障隔离；线路断路器QF1在故障隔离完成后执行二次重合闸（延时合闸，时间整定为3分钟，确保各开关间实现通信），恢复变电站至线路开关QF2之间的供电，线路联络开关QF4检测到线路分段开关QF3失压但无短路电流信息，自动判断故障点不在本开关与下级开关QF3之间，开关合闸送电，实现网络重构。切除永久性故障时序图如图2所示。

图2 F2点故障各个开关动作时序图

（2）支线线路短路故障排除方法

如图1所示，以F4点故障为例，当线路支线开关QF8负荷侧故障时，线路断路器QF1、QF8跳闸并瞬时重合闸（非电缆线路），如遇永久故障，再次跳闸切除故障，短路电流消失返回；线路断路器QF1自检失压且有短路电流，同时检测到下级线路分段开关QF2失压且无短路电流信息，且QF8跳闸且有短路电流，自动判断故障点QF8负荷侧，启动二次重合闸；线路分段开关QF2自检失压且无短路电流，检测到QF1开关失压且有短路电流信息，同时检测到QF8跳闸且有短路电流，自动判断故障点故障点QF8负荷侧，不进行任何操作；线路分段开关QF3自检失压但无短路电流，同时检测到上级开关失压且无短路电流信息，自动判断故障点不在本开关与上级开关之间，不进行任何动作；线路断路器FCB1、QF1在故障隔离完成后执行二次重合闸（延时合闸，时间整定为3分钟，确保各开关间实现通信），恢复除支线1以外整条线路的供电。切除永久性故障时序图如图3所示。

图3 F4点故障各个开关动作时序图

单相接地故障在分布式馈线自动化系统中的判别方法：安装在线路分段开关处的FTU接入零序电压与零序电流，检测暂态零序电流的方向。在接地点上游的FTU检测到零序电流流向电源1，方向为负；而接地点下游的FTU检测不到零序电流或测出零序电流方向离开电源1，方向为正。据此可以判断接地点位置[7-8]。如图1所示，F1点出现接地故障，QF1检测出零序电流防线为负，QF2与QF8检测出零序电流方向为正，因此判断接地故障点在QF1与下级开关之间。

1.3终端故障信息共享

相邻两个开关之间的故障信息共享在分布式馈线自动化系统中尤为重要。图1中各个开关之间的故障信息共享关系如表1所示。

2.系统设计

2.1户外干式电压互感器

互感器采用特殊的户外材料全密封浇注而成，免除了漏油及油劣化的缺点，实现无油化及免除了每年油浸产品的预防性试验，可以承受长期户外运行而实现免维护。互感器采用低磁密设计降低由于过电压而引起的磁通饱和度，并加强了一次线圈的端绝缘和层间绝缘，使其能承受更高的过电压。从爬电距离的设计和材料的选用都是满足户外恶劣的环境。主要技术参数：

（1）额定容量500VA，短时容量3kV/1S；

（2）每个元件变压比空载时230v，负载时750VA时220V，500VA时226V（亦可生产其他变化，订货时说明和商定）；

（3）一次工频耐压：35kV/1min；一次感应耐压28kV/1min。

2.2柱上开关智能控制器

控制器以微型处理器为基础，采用模块化结构，由多块可拔插的功能模块构成，易升级、易操作、易维修，是集继电保护、重合闸控制、网络重构、数据测量、事件记录、远方通信、四遥等功能于一体的智能化装置。具有低功耗、全隔离、防尘、防潮等特点；内设后备电池，具备UPS功能，交流失电后仍能维持18小时的正常工作；操作显示面板功能完善；编程接口及接口软件灵活方便；支持光纤、有线、无线等各种通讯方式；支持通用远动规约，与配电管理中心的DMS系统通讯，可实现四遥功能。

表1各个终端故障信息共享关系表（1：共享，0：不共享）

3.实施及分析

3.1十堰城市配网所选线路及实施方案

根据方案对馈线网络的要求，选取两条满足要求且故障率相对较高的线路进行试点，新装或更换带重合器的开关共14台，每台分段开关和联络开关配三相PT和单相PT各一台，隔离开关2组，避雷器一组，柱上开关智能控制器一台；支线开关配三相PT一台，隔离开关一组，避雷器一组，柱上开关智能控制器一台。开在回线中，新装或更换带重合器的开关共13台，每台分段开关和联络开关配三相PT和单相PT各一台，隔离开关2组，避雷器一组，柱上开关智能控制器一台，支线开关配三相PT一台，隔离开关一组，避雷器一组，柱上开关智能控制器一台。

3.2分布式FA系统的配网效益分析

分布式馈线自动化方实施以后，瞬时故障停电时间可以忽略不计（1.5S），经济效益十分明显，在此不作详细讨论。发生永久性故障后，因可以实现故障点快速定位，故障区自动隔离和非故障区自动转供，大大减少故障点排查时间及停电区的范围，我们假设发生永久性故障后，恢复送电的时间由原来的2小时变为1小时，方案实施后因故障停电的户数大幅度下降，故障发生在支线上特别明显，减少了故障停电时间和停电范围，极大的提高了供电可靠性。

4.结论

综上所述，10KV馈线自动化系统是一个复杂的系统的集成，各部分有着密切的关系，任何一部分出现问题都会使整个系统难以完成其重要的使命。因此，设计、研究一种技术性能先进、可靠性高的馈线自动化系统是一项细致、全面的工作，具有很重要的现实意义，这就要求相关的工作人员做好有关方面的工作。

参考文献：

[1] 陆伟杰.浅谈10 kV馈线自动化在配电网中的应用[J].城市建设理论研究.2012（12）.

[2] 李泰纯.馈线自动化技术在配电网中的应用[J].城市建设理论研究.2011（17）.