混合型分布式10kV線路饋線自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)分析

王俊融 歐家祥 楊婧 宋強(qiáng) 張俊瑋

摘要 配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中重要的組成部分，隨著10kV饋線電纜化水平的提高，混合分布式饋線也越來越常見。對(duì)此，文章首先對(duì)電力電纜電氣特性分析以及混合型分布式線路發(fā)展趨勢(shì)分析進(jìn)行介紹，然后對(duì)混合線路作業(yè)設(shè)備進(jìn)行分析，并以一種新型饋電線組法 FG（ feedergroup）為研究對(duì)象，對(duì)其自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)探究。

【關(guān)鍵詞】混合饋電線 消弧開關(guān) FG設(shè)計(jì)

1 電纜電氣特性分析

電力系統(tǒng)中電纜的種類有很多，常見的有SR氣體絕緣電力電纜、橡皮絕緣電力電纜、高壓充油電力電纜、油浸紙絕緣電力電纜、超導(dǎo)電纜、交聯(lián)聚乙烯電力電纜等，其中交聯(lián)聚乙烯電力電纜的應(yīng)用范圍最為廣泛。不同種類的電纜，由于制作工藝的不同，因此與普通架空線路相比，在電容和電感方面有很大區(qū)別。電纜線路之間的相間距遠(yuǎn)<架空線路之間的相間距，因此電纜單位長(zhǎng)度較小，因此很多電力電纜的阻抗角也遠(yuǎn)<架空線路阻抗角。由于電纜具有小電感特性，在電纜運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)短路電流、負(fù)載分配不合理等問題，同時(shí)還會(huì)對(duì)繼電保護(hù)的配置造成不良影響。在電力電纜中，纜心與纜心以及纜心與護(hù)套之間的間距較小，因此電纜單位長(zhǎng)度的電容往往遠(yuǎn)>架空線路單位長(zhǎng)度的電容，而較大數(shù)量級(jí)的分布電容會(huì)造成線路中產(chǎn)生較大容性電流，在較長(zhǎng)電纜線路的運(yùn)行過程中必須注重分布電容所產(chǎn)生的容性電流對(duì)于保護(hù)配置所造成的影響。

2 混合型分布式線路發(fā)展趨勢(shì)分析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電纜相互連接將逐漸替代架空線路，在這種形式下很多電纜.架空混合線路逐漸轉(zhuǎn)入地下，在電纜改造和應(yīng)用中逐漸形成電纜.架空混合線路。供電方案設(shè)計(jì)中混合線路發(fā)展趨勢(shì)越來越強(qiáng)，并逐漸得到廣泛推廣和應(yīng)用。由于混合線路的結(jié)構(gòu)不同，通常情況下需根據(jù)變電站所在地形因素進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)，同時(shí)在混合線路建設(shè)中還需進(jìn)行實(shí)地勘察研究，從而得出最終的設(shè)計(jì)方案。

混合型的分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，控制要求主要包括以下幾點(diǎn)：

（1）具有選擇性的快速切除故障，能實(shí)現(xiàn)早于饋線出口保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)一步提高供電可靠性;

（2）架空線需實(shí)現(xiàn)重合閘功能，而電纜型線路由于切除后不進(jìn)行重合閘，所以不會(huì)對(duì)電纜造成二次沖擊;

（3）直接將故障隔離在故障區(qū)段，不影響非故障區(qū)段的供電恢復(fù);

（4）保護(hù)功能完全下放到FTU/DTU，在不需要配電主站、子站配合下，進(jìn)行故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)移，使饋線故障的處理具有更高的可靠性和快速性;

（5）實(shí)現(xiàn)不依賴于通訊的分布式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，有通訊時(shí)能實(shí)現(xiàn)選擇性的故障切除功能;無通訊時(shí)依然能實(shí)現(xiàn)故障的快速隔離，但失去了選擇性，同時(shí)恢復(fù)時(shí)間會(huì)加長(zhǎng)。

3 混合線路作業(yè)設(shè)備

3.1 電纜及其附件

電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中電纜系統(tǒng)是由多種構(gòu)件組成的，包括柔性旁路電纜、終端、連接器等。在對(duì)連接器及終端安裝時(shí)，為了有效提高安裝效率和安裝質(zhì)量，可采用快速插撥連接方式，連接器與終端的絕緣性能會(huì)對(duì)整個(gè)電纜系統(tǒng)造成較大影響，而其也是電纜系統(tǒng)運(yùn)行中的薄弱部件。在電纜系統(tǒng)中連接器以及終端可通過應(yīng)力錐對(duì)電纜連接的關(guān)鍵位置進(jìn)行有效控制，確保界面場(chǎng)強(qiáng)能均勻分布。另外，對(duì)于電纜主絕緣層，可采用三元乙丙橡膠真空注橡成型，這樣能確保界面保持一定的正壓強(qiáng)，此外，電纜外屏蔽采用不銹鋼材料制作而成，采用防水密封結(jié)構(gòu)以及對(duì)立自鎖裝置，能有效提升中間接頭與終端之間的連接便利性。

3.2 消弧開關(guān)

消弧開關(guān)是由多個(gè)設(shè)備鎖組成的，包括消弧管、機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置以及開關(guān)斷口;用于開斷連接旁路電纜與旁路負(fù)荷開關(guān)之間線路的電容電流的主要作用是滅弧。在對(duì)電纜與架空線路進(jìn)行帶電連接時(shí)，這一連接過程可看作為在架空線路上對(duì)容性負(fù)荷實(shí)施分合閘操作，對(duì)于同一電壓等級(jí)的電纜，如果長(zhǎng)度和截面積越大，則電容數(shù)值也比較大，因此在對(duì)電纜與架空線路進(jìn)行連接或斷開時(shí)，電壓倍數(shù)的變化與上述參數(shù)均有一定的關(guān)聯(lián)。根據(jù)相關(guān)研究表明，如果電容達(dá)到0.45A，則電弧電流的幅度和頻率就會(huì)突然增加，同時(shí)其暫態(tài)能量也會(huì)有所增加，另外，如果電容達(dá)到0.5A，綜合考慮現(xiàn)如今我國(guó)配網(wǎng)電纜實(shí)際情況，必須立即采用消弧開關(guān)作業(yè)方式。

3.3 旁路負(fù)荷開關(guān)

旁路負(fù)荷開關(guān)具有移動(dòng)便捷、安裝簡(jiǎn)單以及可靠性高等優(yōu)勢(shì)，因此旁路負(fù)荷開關(guān)被廣泛應(yīng)用于旁路電纜的切換過程中。在旁路負(fù)荷開關(guān)的應(yīng)用中，為了保證其能正常運(yùn)行，必須確保旁路負(fù)荷開關(guān)分合指示清楚、明顯。另外還需注意，無論采用哪種合閘方式都應(yīng)在合閘后立即閉鎖。

4 混合型分布式系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 FG的設(shè)計(jì)

FG是由4條區(qū)域變電站（Z/S）的饋電線所組成的，每條饋電線來自于不同的區(qū)域。FG設(shè)計(jì)特征主要體現(xiàn)在以下4點(diǎn)：

（1）通常情況下，一個(gè)FG包含有4條來自不同區(qū)域變電站的饋電線，并且其中3條為帶負(fù)載的饋電線。

（2）根據(jù)FG的設(shè)計(jì)要求，每條負(fù)載饋電線上可帶有7.2MVA負(fù)荷，并且通過常開開關(guān)（N/O）與切換中心相連接，如圖l所示，其中，Z/SACB18的常開開關(guān)為Sw.4HS/S.Z/SBCB33的常開開關(guān)為Sw.5HS/S，Z/SCCB12的常開開關(guān)為Sw.6HS/S。另外，如果其中一條饋電線出現(xiàn)故障問題，則可將空載饋電線Z/SDCB48作為備用線，并投入使用。

（3） FG的備用容量為25%，因此其網(wǎng)絡(luò)利用效率能達(dá)到75%。

（4）在區(qū)域變電站實(shí)際運(yùn)行過程中，如果發(fā)生故障問題，比如Z/SA，并且多個(gè)區(qū)域的變壓器停電，負(fù)荷減少，則通過采用閉合Sw.4HS/S或打開Z/SACB18等操作，可通過FG，將饋電線Z/SACB18上的7.2MVA負(fù)荷調(diào)轉(zhuǎn)給Z/SD。

在電力電纜實(shí)際運(yùn)行過程中，如果發(fā)生故障問題，則必須及時(shí)進(jìn)行故障識(shí)別、隔離，并采取有效措施恢復(fù)供電穩(wěn)定性，而所有處理過程均由SCADA系統(tǒng)執(zhí)行完成，整個(gè)處理過程為Imin以內(nèi)。具體操作如下：

（1）故障識(shí)別：Z/SBCB33發(fā)生跳閘事故，在同一條饋電線上，Be、Bd、Be和BfS/S沒有顯示出接地故障;BaS/S和BbS/S顯示接地故障;Sw.3BbS/S和w.lBcS/S的EHT2914連接出現(xiàn)故障等等。

（2）故障隔離：通過遙控裝置打開Sw.3Bb S/S和S、vlBcS/S開關(guān)。

（3）供電恢復(fù)：開關(guān)Sw.5HS/S閉合;Z/SBCB33重合閘;保證所有負(fù)載正常供電。4.2混合饋電線組的設(shè)計(jì)

通過上文可知，F(xiàn)G的設(shè)計(jì)及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分明顯，但在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，如果發(fā)生故障問題，依然會(huì)產(chǎn)生較為短暫的停電時(shí)間，通過實(shí)現(xiàn)饋電線全自動(dòng)化，能將停電時(shí)間控制在Is左右。混合饋電線組的設(shè)計(jì)形式，能有效結(jié)合閉路網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念，同時(shí)還能集合FG設(shè)計(jì)形式的有點(diǎn)，有效解決停電時(shí)間問題，其結(jié)果形式如圖1所示。

HFG設(shè)計(jì)的特征主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）其是由3條閉合環(huán)路以及1條空載饋電線所組成的;

（2）網(wǎng)絡(luò)利用效率的計(jì)算方式如式（1）計(jì)算得出：

（3）在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，如果A環(huán)路發(fā)生故障問題，則可通過線路保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障隔離，而閉合環(huán)路的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在其能有效避免停電;

（4）如果在區(qū)段負(fù)荷最高峰時(shí)，某環(huán)路A發(fā)生故障問題，則會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果，在這種情況下，Z/SACB承受平時(shí)最大負(fù)荷的150%，持續(xù)時(shí)間在Is以內(nèi);

（5）如果Z/SACB超載，則在計(jì)算機(jī)控制下，轉(zhuǎn)換開關(guān)可立即發(fā)出動(dòng)作，將Z/SACB超載全過程控制在Is以內(nèi);

（6）配電網(wǎng)中區(qū)域變電站間的負(fù)荷傳輸能充分發(fā)揮效用（75%+75%），同時(shí)空載饋電線承擔(dān)100%的負(fù)荷傳輸，另外，網(wǎng)絡(luò)分支能將剩余的50%的負(fù)荷傳遞至FG;

（7）通過對(duì)FG進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)镠FG，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過多優(yōu)化設(shè)計(jì)，只需將現(xiàn)有的（開關(guān)-CB-開關(guān)）環(huán)路單元（RMU）替換為（CB-CB-CB） RMU;

（8）饋電線的設(shè)計(jì)負(fù)載在最大值的75%以內(nèi)，主要原因在于閉合環(huán)路的負(fù)荷平衡具有不可控特征，負(fù)荷平衡在很大程度上受到電纜參數(shù)和變電站的負(fù)載的影響，而這也是閉合環(huán)路的主要不足。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過采用FG混合分布式饋線自動(dòng)化形式，能有效提高配電網(wǎng)安全性，同時(shí)還能有效提升網(wǎng)絡(luò)利用效率。在混合分布式饋線自動(dòng)化的應(yīng)用過程中，能有效解決電纜故障斷電問題，由此可見，采用混合型分布式線路饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，有利于提高配電網(wǎng)利用效率，同時(shí)還具有在區(qū)域變電站間提供靈活的負(fù)荷傳輸能力，因此能有效滿足新時(shí)期電力質(zhì)量需求，值得推廣和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]董霞威，饋線自動(dòng)化中故障處理的實(shí)用化研究[D].北京：華北電力（北京）大學(xué)，2002.

[2]張孝軍，鄧銘，周卓敏等，架空和電纜混合饋線的線損估算[J].中國(guó)電力，2010 （06）：55-58.