10kV配網(wǎng)開閉所自動化的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

摘要：開閉所的主要功能是將配網(wǎng)10kV的母線進(jìn)行擴(kuò)展，達(dá)到將10kV母線增加為出線的目的，來保證供電。開閉所一般是應(yīng)用在電量負(fù)荷比較密集的區(qū)域。對配網(wǎng)開閉所實(shí)現(xiàn)自動化，可以大大提高供電的可靠性。基于這一研究背景，對10kV配網(wǎng)開閉所自動化的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：10kV配網(wǎng)；開閉所；自動化

作者簡介：郭衡（1983-），女，陜西西安人，西安供電局運(yùn)維檢修部，助理工程師；呂信岳（1984-），男，浙江溫州人，西安供電局運(yùn)維檢修部，助理工程師。（陜西 西安 710032）

中圖分類號：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）36-0227-02

配網(wǎng)主要包括配電變電站、配電線路、配電變壓器以及繼電保護(hù)等相關(guān)的設(shè)施，是保證發(fā)電和輸電系統(tǒng)與用戶之間聯(lián)系的一個重要的環(huán)節(jié)。根據(jù)各電壓的等級的不同，可以將其分為高壓配網(wǎng)、中壓配網(wǎng)以及低壓配網(wǎng)，而本文所選用的10kV屬于中壓配網(wǎng)，且中壓配網(wǎng)根據(jù)地域的不同，配網(wǎng)的電壓也是不同的。能夠適用于10kV配網(wǎng)的系統(tǒng)主要有饋線、配網(wǎng)開閉所自動化、廂式變系統(tǒng)。10kV配網(wǎng)根據(jù)其系統(tǒng)，可以涉及多個方面，分別是遠(yuǎn)動、通訊、繼電保護(hù)、負(fù)荷監(jiān)控、遠(yuǎn)程抄表、調(diào)度自動化或是配電所等。為了能夠更為直觀對10kV配網(wǎng)進(jìn)行了解，下文將針對10kV配網(wǎng)、自動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、微機(jī)系統(tǒng)、工作原理、特點(diǎn)、功能等，以案例的方式對其進(jìn)行簡要的分析。

一、10kV配網(wǎng)簡介

配網(wǎng)也可以稱為配電網(wǎng)，其主要的組成部分別是導(dǎo)線、電桿、電纜以及檔距。10kV配網(wǎng)的導(dǎo)線主要采用JKLYJ-240。高度不同，其所能夠覆蓋的區(qū)域也是不同的。因此電桿的高度決定了送電范圍，大中型城市的電桿高度一般是在18米，小城市或鄉(xiāng)鎮(zhèn)一般是在15米。10kV電纜采用的是YJV22-240或200。檔距是兩根電桿之間的水平距離，計算好兩根電桿之間的檔距，就可以了解到電桿所涉及的區(qū)域，從而減少電桿的浪費(fèi)。檔距在城市中的距離是60m，農(nóng)村的距離是80m。根據(jù)供電區(qū)的功能以及電壓的不同，可以將配網(wǎng)分為城市配網(wǎng)、農(nóng)村配網(wǎng)以及工廠配網(wǎng)，而10kV配網(wǎng)一般是用在城市配網(wǎng)上。[1]

1.10kV配網(wǎng)開閉所的自動化系統(tǒng)

配網(wǎng)自動化是一個非常龐大、復(fù)雜并且綜合性非常高的系統(tǒng)性工程，其主要的作用是對電力企業(yè)以及跟配電系統(tǒng)有關(guān)的功能數(shù)據(jù)進(jìn)行控制，滿足用戶對于用電的需求，降低用電的運(yùn)行費(fèi)用。而根據(jù)配網(wǎng)的自動化系統(tǒng)，考慮到其開放性、可擴(kuò)展性，可以將其建立成分層分布式總線結(jié)構(gòu)，也就是由調(diào)度控制中心進(jìn)行劃分，將其劃分為多個站區(qū)控制中心，并由站區(qū)控制中心再進(jìn)行劃分，劃分為配電單元群、前置單元群、開閉所單元群以及廂變單元群。[2]根據(jù)這多個單元群對城市居民、工廠職工或者農(nóng)村的居民進(jìn)行合理的供電。詳細(xì)情況見圖1。

2.配電網(wǎng)中的通訊方式

從圖1可以看到，調(diào)度中心通過通訊線對各地區(qū)的站區(qū)控制中心進(jìn)行控制和下達(dá)指令，而配網(wǎng)的自動化通信系統(tǒng)的通訊方式主要有以下幾種：光纖通信、電力載波、無線通訊、電話線。每一種通訊方式都有其獨(dú)特的優(yōu)勢和劣勢。

光纖通信是最早在10kV配網(wǎng)中使用的通訊方式，利用該種通訊方式，其數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定、抗外界干擾能力比較強(qiáng)。在初期時使用該種通訊方式，投資的費(fèi)用較大，但是隨著各種通信設(shè)備樣式的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致光纖通信設(shè)備的價格也在不斷下降，根據(jù)目前的趨勢，其極有可能會成為最為實(shí)用的通訊方式。

電力載波通信主要是利用輸電線路進(jìn)行傳輸，其可以在最大程度上降低電能損失，但是該種方式必須要解決在通信期間可能出現(xiàn)的電路故障，保障電路傳輸?shù)陌踩浴?/p>

無線通訊系統(tǒng)主要是利用公共頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，特點(diǎn)是投資的費(fèi)用較小，進(jìn)行維護(hù)時也比較簡單。而該種方式受到的限制也比較多，主要適用于中小型城市郊區(qū)或是鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，因?yàn)樵卩l(xiāng)鎮(zhèn)或中小型城市郊區(qū)的建筑物比較少，而該種通信系統(tǒng)的傳輸距離會因?yàn)榻ㄖ锏亩嗌俣艿接绊憽?/p>

電話線通訊主要是以城市中的電話網(wǎng)絡(luò)為基本的依托，并在調(diào)制解調(diào)器與電話網(wǎng)之間建立起通訊的通道。[3]

3.微機(jī)系統(tǒng)

現(xiàn)階段，配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的自動化主要是采用微機(jī)進(jìn)行控制的，針對不同千伏電壓配網(wǎng)的微機(jī)系統(tǒng)，其規(guī)模、監(jiān)控、配置以及調(diào)度自動化的系統(tǒng)也是不同的。[4]

10kV的微機(jī)系統(tǒng)規(guī)模的控制數(shù)量必須要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)度自動化系統(tǒng)的規(guī)模，也就是通過微機(jī)對各區(qū)域的站區(qū)控制中心進(jìn)行控制。可以說站區(qū)控制中心是調(diào)度自動化系統(tǒng)，而微機(jī)系統(tǒng)則是調(diào)度控制中心。

微機(jī)系統(tǒng)要對整體區(qū)域的調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，那么在選擇監(jiān)控軟件的時候就需要根據(jù)不同電壓的大小進(jìn)行監(jiān)控。而10kV配網(wǎng)監(jiān)控軟件選擇SY-2000。

10kV配網(wǎng)自動化微機(jī)系統(tǒng)的外部配置主要有PC機(jī)，系統(tǒng)選擇的是windows98以及通訊控制器。

二、10kV配網(wǎng)開閉所自動化的主要特點(diǎn)以及功能

10kV配網(wǎng)開閉所的自動化可以自動對電路中出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢測，對故障進(jìn)行定位以及隔離，并且可以在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)之后自動恢復(fù)供電。

10kV配網(wǎng)開閉所的自動化具有一定的獨(dú)立繼電保護(hù)性能，也就是當(dāng)電力系統(tǒng)中的電力元件發(fā)生故障會威脅到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行時，就會自動進(jìn)行保護(hù)或是跳閘，保證用戶用電的安全。

10kV配網(wǎng)開閉所所使用的接口一般都是用Moden接口，采用該種接口，可以組成一個通信網(wǎng)絡(luò)，對整個配網(wǎng)進(jìn)行管理和監(jiān)測，并根據(jù)收取到的數(shù)據(jù)報告進(jìn)行命令和應(yīng)答。

采用分站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以對各地的站區(qū)控制中心進(jìn)行靈活的控制。

當(dāng)10kV配網(wǎng)開閉所出現(xiàn)了故障或問題時，將會由控制中心站發(fā)出警告，并自動將閥門關(guān)閉，等待故障解決后恢復(fù)供電。

三、10kV配電網(wǎng)開閉所的工作原理

從圖2中可以看出，開閉所在整個10kV的配網(wǎng)中處在一個關(guān)鍵的位置，任何項(xiàng)目都需要經(jīng)過開閉所。

當(dāng)圖中的故障點(diǎn)發(fā)生故障時，變電所Q1和變電所Q2將會自動關(guān)閘，直到故障修復(fù)完畢則會重新開啟閘門，恢復(fù)供電。

當(dāng)各變電所收到了故障信息時，可以根據(jù)情況判斷其是否為永久性的故障，如果是永久性的故障，各變電站中的智能單元會根據(jù)情況自動進(jìn)行跳閘，并將發(fā)生故障的部位進(jìn)行隔離。

當(dāng)控制中心站接到了各變電所和智能單位所傳來的跳閘信息之后，就會根據(jù)實(shí)際情況對變電所周圍的閘門進(jìn)行選擇性的關(guān)閘和開閘，力圖保證用戶能夠正常用電。

四、實(shí)現(xiàn)10kV配網(wǎng)開閉所自動化的主要影響因素

10kV配網(wǎng)開閉所的自動化設(shè)計需考慮配網(wǎng)所處地理位置、開閉所在配網(wǎng)中所占的位置以及配電自動化系統(tǒng)的一體化。

1.對于自動化系統(tǒng)的可靠性要求

變電站在設(shè)計10kV配網(wǎng)開閉所自動化時，要考慮在惡劣的自然條件下，各設(shè)備都能夠正常運(yùn)行，無論是高溫還是嚴(yán)寒的天氣都不會受到影響。因此在選擇開閉所中的終端設(shè)備產(chǎn)品時，產(chǎn)品需要通過高溫、低溫、抗電磁、抗干擾的檢測。

2.開閉所自動化設(shè)計在10kV配網(wǎng)中的整體位置

開閉所在整體的配網(wǎng)中占有極為重要的位置，開閉所自動化能力的大小，直接會對配網(wǎng)自動化產(chǎn)生影響。因此在設(shè)計的時候，對于開閉所的自動化要有前瞻性和全局性。需要在開閉所中安裝能夠進(jìn)行終端測控和保護(hù)的設(shè)備，對于規(guī)模比較大的開閉所，就應(yīng)當(dāng)在其中加入數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的功能，這樣才能夠保證開閉所自動化的功能得到滿足。

3.對應(yīng)整體對開閉所進(jìn)行改造

為了保證變電站配網(wǎng)的整體和諧，在創(chuàng)建開閉所時，首先就應(yīng)當(dāng)對配電自動化的基本特性、現(xiàn)狀進(jìn)行了解。其中主要包括整個配網(wǎng)對于城市、人口的用電需求，從而對開閉所進(jìn)行設(shè)計。保證開閉所對于配電線路的用電量不會造成浪費(fèi)，不會隨時發(fā)生遙控操作時開關(guān)發(fā)生跳躍的現(xiàn)象。

五、案例分析

為了更為直觀對10kV配網(wǎng)開閉所的自動化進(jìn)行了解，下文將結(jié)合上述理論，對紹南瑞配電公司在杭州地區(qū)所配備的開閉所在10kV配網(wǎng)中的作用進(jìn)行分析。

圖3是紹南瑞配電公司在杭州地區(qū)所配備的開閉所設(shè)備終端在出現(xiàn)了故障時的示意圖。當(dāng)開閉所內(nèi)部分支線與母線之間產(chǎn)生故障時，開閉所自動化檢測到了該數(shù)據(jù)，會將支線與母線所產(chǎn)生的故障電流切斷，保護(hù)斷路器。并在配電自動化的配合下，將故障點(diǎn)隔離，從而恢復(fù)供電，將停電的面積降到最小，保證了整個區(qū)域用戶的供電。

六、結(jié)語

現(xiàn)階段，我國對于變電站的投入越來越大，配網(wǎng)自動化建設(shè)也不斷加快，而為了能夠適應(yīng)配網(wǎng)自動化的發(fā)展，開閉所的自動化發(fā)展是不可或缺的。本文主要以10kV配網(wǎng)為例，對開閉所的自動化的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析。為了能夠?qū)傮w理論進(jìn)行更為詳細(xì)的分析，本文選取了紹南瑞配電公司在杭州地區(qū)開閉所設(shè)備配電終端出現(xiàn)故障時的示意圖，旨在能夠給予相關(guān)工作者一些啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐志明，李煜柱.10千伏省委開閉所輸變電工程啟動送電[N].山西日報，2008.

[2]席建國.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展歷程和前景展望[J]；黑龍江科技信息，2009，（26）：55-56.

[3]鄧世杰.關(guān)于一起10kV地下開閉所開關(guān)柜故障的思考[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2010，（11）：77-78

[4]周詳.建立分布式防護(hù)的安全體系[A].中國煙草行業(yè)信息化研討會論文集[C].2009：96-97.