摘要：在分析了當(dāng)前配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的幾種發(fā)展模式的基礎(chǔ)上，提出了一種新的實(shí)用的配合方式。該模式由改進(jìn)后的重合器和分段器構(gòu)成，具有無需通信設(shè)備支持、易于配合、投資較少、可靠性高，故障停電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，避免了同類配合方式的不足。該配合模式已經(jīng)投入試運(yùn)行，效果良好。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化 重合器 分段器

　　我國原來的配電網(wǎng)大多采用放射型供電。這種供電方式已不能適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足用戶供電質(zhì)量要求，因?yàn)橐坏┰谀骋稽c(diǎn)出現(xiàn)線路故障，便會(huì)導(dǎo)致整條線路停電，并且由于無法迅速確定故障點(diǎn)而使停電檢修時(shí)間過長，大大降低了供電的可靠性［1］。為此，現(xiàn)在供電網(wǎng)廣泛采用環(huán)網(wǎng)接線，即兩條線路通過中間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)連接，正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)開關(guān)為斷開狀態(tài)，系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行；當(dāng)某一段出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，使負(fù)荷轉(zhuǎn)移，保證非故障區(qū)段的正常

供電，從而可大大提高配網(wǎng)供電的可靠性。

　　目前，我國投入巨額資金來改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)，以提高整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性。在這種形勢(shì)下，選擇一種符合我國電力行業(yè)的實(shí)際情況，既有較高可靠性又有較好經(jīng)濟(jì)性的配電方式是擺在我們面前的一項(xiàng)迫切任務(wù)。

1　饋線故障的定位、隔離及恢復(fù)供電模式

　　配電網(wǎng)自動(dòng)化主要包括變電站自動(dòng)化和饋線自動(dòng)化。在配電網(wǎng)中由饋線引起的停電時(shí)有發(fā)生，故障發(fā)生后，如何盡快恢復(fù)供電是饋線自動(dòng)化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。實(shí)際上，配電自動(dòng)化最根本的任務(wù)也就是在最短的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)故障的定位、隔離和恢復(fù)供電。它們的發(fā)展可分為3個(gè)階段［2］：

　　（1）利用裝設(shè)在配電線路上的故障指示器，由電力檢修人員查找故障區(qū)段，并利用柱上開關(guān)設(shè)備人工隔離故障區(qū)段，恢復(fù)正常區(qū)段的供電。該方式的停電時(shí)間長，恢復(fù)供電慢。

　　（2）利用智能化開關(guān)設(shè)備（如重合器、分段器等），通過它們之間的相互配合，實(shí)現(xiàn)故障的就地自動(dòng)隔離和恢復(fù)供電。該方式的自動(dòng)化水平較高，無需通信就可實(shí)現(xiàn)控制功能，成本較低。缺點(diǎn)是開關(guān)設(shè)備需要增加合、分動(dòng)作的次數(shù)才能完成故障的隔離和恢復(fù)供電。

　　（3）將開關(guān)設(shè)備和饋線終端單元（FTU）集成為具有數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制功能的智能型裝置，并與計(jì)算機(jī)控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，由控制中心以遙控方式集中控制。該方式采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，可一次性完成故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，避免短路電流對(duì)線路和設(shè)備的多次沖擊。存在的主要缺點(diǎn)是：要依賴于通信，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響配電系統(tǒng)可靠性的因素較多。

　　配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的目的是提高供電的可靠性，所以系統(tǒng)的功能固然重要，但其自身的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性則是電力部門最關(guān)心的問題［2］。因此，相對(duì)而言，以上3種模式中的第二種模式最為符合我國電力行業(yè)的實(shí)際情況。其主要特點(diǎn)是：

　　（1）可利用重合器本身切斷故障電流，實(shí)現(xiàn)故障就地隔離，縮小停電范圍；

　　（2）無需通信手段，可利用重合器多次重合以及保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的相互配合，實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)定位、隔離和恢復(fù)供電；

　　（3）可直接從電網(wǎng)上獲取電源，不需要外加不間斷電源；

　　（4）對(duì)過電壓、雷電、高頻信號(hào)及強(qiáng)磁場的抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；

　　（5）增加通信設(shè)備可很容易升級(jí)到上述第3種模式，使配電網(wǎng)自動(dòng)化分步進(jìn)行。

2　幾種以重合器和分段器為主構(gòu)成的饋線自動(dòng)化方式的比較　　

　　以重合器和分段器為主構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)配電模式中，又可以分成3種方式：斷路器＋電壓型分段器、重合器＋分段器（以分段器作為聯(lián)絡(luò)）、完全采用重合器。這幾種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下［3］。

　　（1）“斷路器＋分段器”和“重合器＋分段器（以分段器作為聯(lián)絡(luò)）”的配電模式。

　　特點(diǎn)：無需通信設(shè)備，由分段器對(duì)線路進(jìn)行分段，通過分段器檢測電壓信號(hào)，根據(jù)加壓時(shí)限，經(jīng)斷路器或重合器的多次重合，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)隔離，投資少，易于配合。

　　缺點(diǎn)：隔離故障需要多次重合，增加了對(duì)系統(tǒng)的沖擊次數(shù)；隔離故障時(shí)會(huì)波及非故障區(qū)段，造成非故障區(qū)段的停電；饋線越長，分段越多，逐級(jí)延時(shí)時(shí)間越長，從而使恢復(fù)供電所需時(shí)間也越長。

（2）“完全采用重合器”的配電模式。

　　特點(diǎn)：無需通信設(shè)備，利用重合器本身切斷故障電流，通過多次重合以及保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的相互配合，實(shí)現(xiàn)饋線故障就地自動(dòng)隔離，避免了因某段故障導(dǎo)致全線路停電的情況，同時(shí)減少了出線開關(guān)的動(dòng)作次數(shù)。

　　缺點(diǎn)：投資大，分段越多，保護(hù)配合越困難，變電站出線開關(guān)的速斷保護(hù)延時(shí)就越長，當(dāng)出線端發(fā)生故障時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的影響較大。

　　針對(duì)以上3種配電方式的優(yōu)缺點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的較為實(shí)用的配電模式：環(huán)網(wǎng)供電的兩個(gè)變電站出線端為改進(jìn)后的普通型重合器，中間聯(lián)絡(luò)開關(guān)為聯(lián)絡(luò)型分段重合器（兼具聯(lián)絡(luò)開關(guān)、分段器和重合器的功能），線路以改進(jìn)后的分段器分段。這種方式雖然仍由重合器和分段器構(gòu)成，但是通過對(duì)這些重合器和分段器進(jìn)行改進(jìn)，將聯(lián)絡(luò)型分段重合器作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則可以使該配合方式具有以上3種模式的優(yōu)點(diǎn)，避免了大多數(shù)的不足。系統(tǒng)接線如圖1所示。

　下面分別以線路中區(qū)段b發(fā)生瞬時(shí)性故障和永久性故障來說明該模式的工作過程。

　　假設(shè)在區(qū)段b發(fā)生瞬時(shí)性故障。VW1分閘后延時(shí)T1重合，QO1～QO3失壓后延時(shí)T2再分閘，設(shè)定T1＜T2，因此當(dāng)VW1重合閘后，QO1～QO3仍未完成分閘動(dòng)作，處于合閘狀態(tài)。這樣，VW1就可以在T1（0．5s）內(nèi)切除瞬時(shí)性故障，避免了分段器的逐級(jí)延時(shí)，大大減少了發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)的停電時(shí)間。

　　假設(shè)在區(qū)段b發(fā)生永久性故障。VW1經(jīng)一次重合，使QO1合閘閉鎖，VW1再次重合，由變電站1供電到a段。在這個(gè)過程中QO2檢測到一個(gè)持續(xù)時(shí)間很短的小電壓，QO2在QO1合閘閉鎖的同時(shí)也執(zhí)行合閘閉鎖，這樣就將故障段b的兩端同時(shí)閉鎖住，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障的隔離。故障發(fā)生后，VW3在檢測到單側(cè)失壓后延時(shí)XL合閘，QO3在VW3合閘后延時(shí)X后也合閘，由變電站2供電到c、d段。

如果在這個(gè)過程中，c或d段又發(fā)生故障或者QO2未完成合閘閉鎖（這種情況出現(xiàn)的概率極小），則VW3合閘后檢測到故障又跳閘，在第一次重合閘后實(shí)現(xiàn)故障的隔離和供電恢復(fù)。所以，無論在哪種情況下，這種配電模式都可以避免VW3至變電站2線路段的停電。也就是說，在隔離故障區(qū)段時(shí)不會(huì)波及非故障線路，不會(huì)造成非故障線路段的無謂停電。發(fā)生故障后，在線路上重合器和分段器動(dòng)作的同時(shí)，裝設(shè)在變電站內(nèi)部的故障定位器根據(jù)各開關(guān)設(shè)備的動(dòng)作時(shí)間配合，可迅速地確定出故障區(qū)段的準(zhǔn)確位置，以便進(jìn)行檢修。

　　從上面的分析可以看出，這種配電方式雖然無法一次性完成對(duì)故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，但是它可以快速切除瞬時(shí)性故障；在發(fā)生永久性故障時(shí)，可以同時(shí)完成對(duì)故障區(qū)段兩端的閉鎖。這種方式與傳統(tǒng)的“重合器＋分段器”配電方式相比，縮短了停電時(shí)間，減少了短路電流對(duì)線路的沖擊次數(shù)。因?yàn)檎麠l線路中只在變電站出線端和線路中間裝設(shè)有重合器，所以保護(hù)配合易于實(shí)現(xiàn)；雖然線路分段較多，但變電站出線斷路器的速斷保護(hù)延時(shí)無需太長，所以當(dāng)變電站出線端發(fā)生短路時(shí)，對(duì)配電系統(tǒng)的影響也就較小。

同時(shí)，由于采用分段重合器作為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，在隔離故障時(shí)就避免了非故障區(qū)段的停電。另外，這種配電方式雖然沒有象第3種配電模式那樣切除故障快和功能強(qiáng)大，但它也有自己的優(yōu)勢(shì)，即無需通信設(shè)備，完全依賴于線路中的智能化開關(guān)設(shè)備就地完成對(duì)故障的定位、隔離和恢復(fù)供電，簡化了配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也使影響可靠性的因素大大減少；并且這些智能化開關(guān)設(shè)備都留有通信接口，如有必要，可以方便地加上通信功能，使該配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化達(dá)到更高的水平。

 3　提高可靠性和減少線路停電時(shí)間的措施

　　對(duì)于配電自動(dòng)化來說，自動(dòng)化程度的高低和功能的強(qiáng)弱固然重要，但整個(gè)系統(tǒng)的可靠性應(yīng)該放在第1位。此外還要考慮到經(jīng)濟(jì)性［2］。為了保證上面介紹的以分段重合器為聯(lián)絡(luò)開關(guān)的“重合器＋分段器”模式的可靠性，采取了以下措施：

　　（1）重合器的開關(guān)本體為真空斷路器，采用真空滅弧室外裝復(fù)合絕緣的專利技術(shù)。它具有無油、無氣、免維護(hù)、壽命長、無火災(zāi)、無爆炸危險(xiǎn)的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)構(gòu)采用電機(jī)快速儲(chǔ)能的彈簧操作機(jī)構(gòu)，無需高壓合閘線圈。

　　（2）選用高性能PLC（可編程邏輯控制器）作為重合器和分段器的控制中心。簡化了外圍線路，大大提高了整機(jī)可靠性和抗干擾能力。

　　（3）直接從線路上獲取電源，無需任何外加電源。選用美國的開關(guān)電源模塊，抗干擾能力強(qiáng)，工作范圍廣，可在30％～120％輸入范圍內(nèi)輸出穩(wěn)定的額定電壓。

　　此外還有冗余設(shè)計(jì)和降額使用等措施，也可以提高整機(jī)的可靠性。

　　為了減少這種配電模式中的停電時(shí)間，采取了以下措施：

（1）快速切除瞬時(shí)故障，減少停電時(shí)間在電力系統(tǒng)中，線路故障的62％～85％為瞬時(shí)性故障，如果把瞬時(shí)性故障按永久性故障等同處理，則會(huì)造成較長時(shí)間（數(shù)十秒以上）的停電。為此，在重合器中增加了首次快速重合功能（可選），在分段器中增加了完全失壓后延時(shí)分閘功能。這兩者互相配合，可以在0．5～1s內(nèi)切除瞬時(shí)性故障，大大降低了瞬時(shí)故障時(shí)的停電時(shí)間。

（2）故障區(qū)段的兩端同時(shí)完成閉鎖

　　傳統(tǒng)的分段器當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，只能一次閉鎖故障線路的一端，改進(jìn)后的分段器可以在線路發(fā)生永久性故障時(shí)使故障區(qū)段的兩端同時(shí)實(shí)現(xiàn)隔離，避免了非故障區(qū)段的停電，使恢復(fù)正常供電的時(shí)間縮短，同時(shí)減少了重合器或斷路器的重合次數(shù)，對(duì)系統(tǒng)的沖擊也就相應(yīng)地減少了。

（3）躲涌流功能

　　配電系統(tǒng)最主要的負(fù)荷是變壓器和高壓電機(jī)，所以在重合器首次合閘或重合時(shí)，會(huì)出現(xiàn)比額定電流高得多的啟動(dòng)電流，有可能導(dǎo)致重合器的誤動(dòng)。改進(jìn)后的重合器在軟件和硬件兩個(gè)方面增加了躲涌流措施，可以自動(dòng)地區(qū)別合閘產(chǎn)生的涌流和故障電流，很好地解決了涌流問題。

4　結(jié)束語

　　本文介紹了配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的3個(gè)發(fā)展階段，經(jīng)過比較認(rèn)為，采用以“重合器＋分段器”為主構(gòu)成的配電系統(tǒng)較為符合我國目前電力行業(yè)的具體情況。分析了以“重合器＋分段器”為主構(gòu)成的配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化的幾種方式，提出了一種新的實(shí)用的配電方式，既可以減少故障時(shí)的停電時(shí)間和短路電流對(duì)線路的沖擊次數(shù)，又易于實(shí)現(xiàn)保護(hù)時(shí)間的配合。該配電模式已經(jīng)在浙江黃巖供電局試運(yùn)行，到目前為止，運(yùn)行效果是令人滿意的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

［1］　孫寄生．10kV環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)研究與應(yīng)用［J］．中國電力，1999，　　32（2）．
［2］　中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)自動(dòng)化專委會(huì)配電自動(dòng)化分專委會(huì)秘書組．配電自動(dòng)化分專委會(huì)學(xué)術(shù)討論會(huì)討論中關(guān)注的問題［J］．電網(wǎng)　　技術(shù)，1999，23（1）．
［3］　林功平．配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，21