淺議縣級配電網饋線開關智能化設計及應用

陳國添

摘要：本文通過系統論、聯系論、統計學、比對法等方法研討配電網饋線開關智能化方法方案，運用配電網饋線開關智能化常規建設方案結合工程現場施工英德市英城街道110kV富強站10kV富都線，該線路饋線開關智能化采用就地控制型-級差保護方式，精準選點安裝，正確計算開關繼保定值解決線路越級跳閘擴大故障的難題。

關鍵詞：配電網;饋線開關;智能應用

一、前言

依據廣東電網有限責任公司生產設備部《廣東電網十三五配網自動化建設原則》指導意見，結合國內外建設經驗，經投資效益分析，配電網在線路上設置智能化饋線開關，監測和控制配電網運行狀態，對提高供電可靠性效果最佳。

二、工作原理

智能饋線開關配有電子設備、傳感器和執行器就具有了監測和診斷功能的開關設備和控制設備。線路故障時根據監測到的故障電流或故障電壓，判斷故障發生的區域，并控制智能化開關（負荷開關或斷路器）實現隔離故障和恢復非故障區域供電。負荷開關開合正常的負荷電流、隔離故障和轉接負荷，具有簡單滅弧裝置，能通斷一定的負荷電流和過負荷電流，但不能斷開短路電流，需借助熔斷器短路保護，線路故障時依靠前級斷路器跳閘。斷路器主要用于切斷故障電流，開合可帶負荷。短路大電流（一般10-12倍）產生磁場克服反力彈簧，脫扣器拉動操作機構動作，開關瞬時跳閘。過載時電流變大，發熱量加劇，雙金屬片變形到一定程度推動機構跳閘動作。通過單片機的輸入端口，智能饋線開關將電子式互感器的二次側信號載入通過濾波A/D轉換等處理后傳輸給控制中心進行故障判斷。開關的開合狀態也可以通過開關量輸入電路反饋給單片機再由單片機傳輸遠控中心。遠控中心也可以向智能開關發出跳閘閉鎖等控制命令由開關量輸入電路實現。配電網現在主要通過成套智能化終端（FTU或DTU）實現對配電線路運行狀態的監測。電壓型開關控制邏輯：得電合閘，失電分閘。電流型開關控制邏輯：故障電流遠大于正常電流跳閘。

三、饋線開關智能化建設模式

建設配電網智能化饋線開關，要注重成本和實用性，根據供電可靠性的需求異同，采用差異化的智能化建設模式：

高端建設模式綜合運用光纖縱差、云系統等先進保護技術，通信主要采用光纖通信方式。

簡易建設模式綜合運用遠傳型故障指示器、配電線路故障定位裝置等設備，實現配電線路故障區間的簡單判斷定位。

常規建設模式則對配電網關鍵節點進行智能化改造，完成故障區間就地定位隔離，實現遙控或現場操作快速復電非故障區域。

根據線路開關設備的裝設位置，智能化開關設置原則如下：

（一）主干線：線路長度<15公里，分段開關設置2臺自動化開關。長度>15公里，智能化分段開關數量可加1臺。分段開關采用具備饋線自動化和三遙功能的負荷開關，聯絡開關采用具備三遙功能的負荷開關。

（二）分支線：開關采用具備保護和三遙功能的斷路器。

（三）專變用戶分界的公用開關以負荷開關為主，故障出門較多可將該開關改造為斷路器。容量315kVA及以上的用戶分界開關安裝斷路器宜選用普通柱上斷路器。小水電分界開關應選用柱上斷路器自動化成套設備，且配置過流保護不重合，實現“三遙”。

四、110kV富強站10kV富都線饋線開關智能化建設

為發揮英德市配電網設備的能力，最大限度滿足英德市經濟發展及人民生活用電的需求，保證英德市配電網安全、優質、經濟運行。2016年12月，廣東電網清遠英德供電局結合年度配網規劃以及片區網架優化規劃，以110kV富強站10kV富都線（位于英德市英城鎮）為試點，開展配電網饋線開關智能化建設。

（一）2016年線路情況

1、線路基本數據

10kV富都線接入110kV富強站，投運2014年，全長25.25km（架空線路24.9Km），主干線#1-#198全長14.6km，分支線14條，主線型號為LGJ-120，3km以上分支線1條為南舜礦業支。配變74臺（公變19臺，專變55臺），線路總容量12675kVA（負荷性質工業0kVA，非工業3675kVA，商業11855kVA，農業0kVA，小水電0kVA）。2016年線路最大電流為278A，最大負載率為83.23%，用戶1442戶。線路運行方式主要接線方式2-1單環網，中性點接地方式不接地。整改前饋線開關共8臺（局屬開關6臺，用戶分界開關2臺），其中智能化開關0個，普通開關8個，架空線路型故障指示器0只（含通訊終端）。

2、運行情況

2016年10kV富都線合計跳閘15次。線路故障時，柱上開關由于配置和保護定值設置不合理而且智能化功能欠缺而拒動，無法滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求，最終導致15次線路故障均越級跳閘，無論事故原因、事故大小變電站開關保護動作跳閘全線停電（影響客戶1442戶）。這樣既擴大停電范圍，又增加搶修復電難度。

3、線損方面

2016年線損完成情況如表4.1所示。

配電網建設滯后整體經濟發展，放射狀輻射，多條分支線和多臺變壓器T接，饋線開關智能化程度低造成故障范圍擴大，復電緩慢，供電能力降低，線路損耗大，配電網故障診斷及故障隔離技術手段不足，處理客戶抱怨訴求效率低下或無法及時響應。由此可見，10kV富都線迫切需要提高配網裝備技術水平和智能化水平，提高供電可靠性和供電服務水平，最終提升客服滿意度。

（二）10kV富都線饋線開關升級改造工程項目內容：

1、更換10kV富都線磷肥廠支#9桿9T1開關為負荷開關1臺。

2、更換10kV富都線南郊支#70桿70T1開關為負荷開關1臺。

3、更換10kV富都線南郊支#136桿136T1開關為負荷開關1臺。

4、新建10kV富都線#168桿168T1負荷開關1臺。

5、新建10kV富都線南郊支#197桿197T1斷路器1臺，控制石英砂場支線。

6、更換10kV富都線污水處理廠支#1桿1T1斷路器1臺。

7、更換10kV富都線南舜礦業支#1桿1T1斷路器1臺。

8、更換10kV富都線山湖居支#46+3桿46+3T1斷路器1臺。

9、更換10kV富都線寶利塑料支#1桿1T1為斷路器1臺。

10、新建10kV富都線南郊支線#159桿與長嶺線#172桿聯絡，安裝負荷開關1臺。

11、#4塔4T1開關短接只作停送電操作。

（三）項目實施后開關設置明細如表4.2所示。

4.2 項目實施后開關設置明細表

五、實用化驗收與應用測試

2016年12月開始試點建設10kV富都線配電網饋線開關智能化，歷時一個月，2017年1月正式投產運行。

（一）運行分析

2017年全年共發生10次故障，其中4次造成10kV變電站開關跳閘，重合閘動作4次（其中0次重合成功），重合閘成功率為0。另外6起線路故障為分支線路相間短路故障引起，分支線斷路器開關動作6次，準確率100%，越級跳閘率為0，由于已對各柱上開關保護定值進行了合理的設置，發生時該區域的柱上斷路器都能夠準確的隔離故障電流，達到了縮小停電范圍的目的，也更便利運維人員快速搶修復。

（二）總體效益對比

1、經濟效益

本文所提出智能化饋線開關方案的投資成本主要從以下幾方面進行估算（本工程資本金為靜態投資的10%）：

新建（更換）饋線開關10套×50000=500000元。

建設安裝費按20%計算。

通信方式利用原有的集成型配電自動化主站，軟件平臺費用不分攤。

本項目靜態總投資600000元，動態總投資650000元。

對比表4.2與表5.1計算可得：

年節電量（2017年比2016年）

2017年供電量14052000×（2017年線損率11.22%-2016年線損率6.67%）=639366千瓦時

年節省電費（每千瓦時0.68元測算）

639366×0.68=434768元

靜態投資回收期1.38年，動態投資回收期1.50年。

電網投入產出比（該指標用來反映智能配電網建設所投入資金的回報程度）計算公式如下：

投入產出比（%）=運行收益/初始投資=434768/600000=72%

2、社會效益

2016年和2017年用戶停電時間統計詳見表5.1。

我國采用配電系統用戶供電可靠性標準為《供電系統用戶供電可靠性評價規程》（DL/T836-2003）。其中最常用和最重要的指標為供電可靠率、用戶平均停電時間及用戶平均停電次數等[4]指標考核，按規程計算：

2016年用戶平均停電時間=（每次停電持續時間×每次停電用戶/總用戶數）= 10250/1442=7.1

2016年用戶平均停電次數= （每次停電用戶數/總用戶數）=680/1442=0.47

2016年供電可靠率=（1-用戶平均停電時間）/總用戶數）×100%

=（1-7.1/1442）×100%=99.51%

2017年用戶平均停電時間=（每次停電持續時間×每次停電用戶/總用戶數）=300/1442=0.2080

2017年用戶平均停電次數= （每次停電用戶數/總用戶數）

=150/1442=0.1040

2017年供電可靠率=（1-用戶平均停電時間）/總用戶數）×100%

=（1-0.2080/1442）×100%=99.99%

由此得出10KV富都線供電可靠性數據如表5.2所示。

配電網饋線開關智能化后，供電可靠性得到有效提高，停電次數減少，停電時間縮短，供電質量提高，有效增加當地政府和用戶對供電部門的滿意度，從而改善電力部門的社會形象，也有利于今后招商引資發展當地經濟。

六、結束語

縣級區域采用就地式智能化饋線開關，故障定位功能作用明顯，饋線開關的作用不局限于作為分配電能，更是優化系統結構、靈活調度系統資源的有效手段。在沒有進行配電網大規模改造前提下，10kV富都線只新建（更換）10套智能化饋線開關，快速監測隔離故障，就實現最大供電量減少損耗，提升了開關智能管控能力，提升了運檢管理分析能力，另外更推遲了新配電網建設的需求。從應用效果來看，其功能簡潔、實用，證明本文提出的縣級配電網饋線開關智能化方案可行。

參考文獻

[1]趙璟.智能配電網在電網中的發展[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2012（3）：292-294.