DQZHAN技術訊:綜合配電自動化終端的設計及實現
摘 要 配網運行經驗表明，配網故障一般位于分支線路上，主線路發生故障的概率不高。針對目前配網自動化系統的結構和特點，從配網改造和建設實際出發，提出一種綜合配電自動化終端設計方案，在分支線路配置集繼電保護、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端，快速隔離配網故障和動態改善配網電能質量，解決失電時配電終端設備工作和斷路器操作的電源問題，實現提高供電可靠性和供電質量的目的。
引言
配網是整個電力系統的末端，直接面向終端用戶，供電可靠性和供電質量要求越來越高。目前國內配網基礎設施和結構相對比較薄弱;供電質量較差，電壓水平低，網損率高;配電自動化程度還較低。配網的總體水平已不能滿足終端用戶日益增長的用電需求，大規模的配網自動化改造和建設正在積極展開。
配網自動化是建立在信息化的基礎上，將配電系統在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網及其設備正常運行及事故狀態下的監測、保護、控制以及用電和配電管理的自動化，*終實現以大幅度提高供電可靠性、改善電能質量為目標的對配電系統在線的、準實時的閉環控制[1]。配電自動化終端作為配網自動化系統的重要基礎部分，要求其功能完善、工作可靠、擴展簡單以及維護方便。
本文在分析典型配電自動化方案基礎上，結合配網運行實際，提出一種配電自動化終端方案，以期能夠解決配網當前存在的實際問題。
典型配電自動化方案分析
考慮到各地方配電網的復雜性，不失一般性，配電網可以以如下拓撲示意：
圖一中，變電站的10kV出線配置斷路器和相應的保護，主線路上采用分段開關分段，各分支線路采用負荷開關的配置，所有開關均帶電動分、合閘功能。由于分段開關和負荷開關均不能開斷短路電流，因此不配置保護。故障區段查找、隔離以及恢復供電目前大致有兩種方案：
其一，依靠自動化開關設備反復配合動作來自動實現。在故障情況下，由變電站出線斷路器配置的保護切除故障，這時會造成全線失電，然后分段開關、負荷開關由于失壓而跳閘，然后再由變電站的斷路器合閘后，依次合負荷開關和分段開關來檢測故障點，當然還存在斷路器再次跳閘、再次合閘的可能，造成對負荷(尤其是變壓器)的多次沖擊，停電時間長。
其二，依靠分布在分段開關上的FTU采集故障信息，通過通信網絡上傳調度集中控制，通過遙控將故障隔離并恢復非故障區段供電。該方案減少了開關的反復動作，提高了設備運行**，自動化程度高，對通信系統依賴很強。
已有的配網自動化方案[2~7]都是集中在配網主網架的故障隔離和網絡重構上，從理論上來說，這些方案都具有可行性，但在實際應用中都遇到了許多問題，導致系統并不能發揮其應有的效果，如：通信方式及通信系統穩定性、故障判別元件的靈敏度配合、環境適用性、電源的可靠性等方面或多或少存在問題，應用的效果并不好。
綜合配電自動化終端設計
根據配網系統實際運行的統計，故障一般位于分支回路上，主回路上發生故障的概率并不大，而改造配網的出發點應該是能夠實際解決問題，如果能將分支線路的故障快速切除，將可以解決配網大部分的問題，即故障快速隔離、提高供電可靠性。
配網供電質量較差，改善供電質量的通常做法是在配網上安裝無功補償裝置。為了能夠減少電力用戶內部各條配電線路的電能損耗，提高配網的功率因數，采用分散無功補償方式比較合適，即在分支線路公用配變低壓側、用戶的配電母線上安裝無功補償裝置。
考慮到上述情況，筆者提出分支線路配置集保護測控、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端。
首先，將分支線路的負荷開關更換為真空斷路器，為分支線路配置專門的保護。
在分支回路故障情況下，由分支線路斷路器切除故障，可以實現保護級的故障隔離。已有的配網自動化無論采用何種方案，故障隔離均不可能達到保護級(也就是能在1s內隔離故障)，一般的時間為幾十秒或數分鐘，而采用此方案，故障切除可以在1s內可靠完成，大大縮短了停電時間，提高了供電可靠性。
分支線路配置保護大大簡化了保護配合，所有分支回路的保護獨自整定，不需要和其他回路配合，如果分支回路下還有分支(如開閉所)，則可以同下面的分支回路的保護進行時間上的配合即可，變電站的線路出線保護只需要同所有分支回路保護的*長延時配合，有一定級差即可，保護整定和配合都非常簡單。
分支線路配置保護減少了對線路負荷的沖擊，分支斷路器切除分支回路故障后，變電站線路保護元件返回，如果分支回路帶重合閘，僅對該分支存在沖擊的可能(合閘到長久故障)，提高了設備運行**。
其次，分支線路配置集成靜止無功發生器SVG，實現分支線路動態無功補償。
SVG并聯于電網中，相當于一個可變的無功電流源，通過調節逆變器交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流的幅值和相位，迅速吸收或者發出所需要的無功功率，實現快速動態調節無功的目的。當采用直接電流控制時，直接對交流側電流進行控制，不僅可以跟蹤補償沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。
再次，提供完善而可靠的自供電功能，裝置自帶免維護的電池及完善的電源管理程序，在進線故障情況下可保證裝置的正常工作及跳閘，解決失電時配電終端設備工作和斷路器操作的電源問題。
*后，支持多種標準自動化接口，支持多種通用遠動規約，自動化接口模塊插拔式獨立設計，方便更換和配置。
綜合配電自動化終端實現
綜合配電自動化終端，采用高性能DSP處理器硬件平臺和嵌入式實時操作系統，集成保護測控、SVG、無源自供電、通訊功能于一體，是智能化、網絡化、數字化的低壓配電終端。
本終端配備以下保護功能，如圖二，三所示：
1)瞬時速斷、定時限過流保護和接地保護，接地保護的零序電流可由三相電流計算或外接零序CT輸入。
2)反時限過流保護，符合IEC255-4標準的反時限特性。
3)具備二次諧波閉鎖功能，避免投入變壓器時過電流保護誤動作。
本終端配備SVG，橋式變流電路結構采用當前主流的電壓型結構，SVG實時檢測負載電流的正序、負序、零序、有功、無功和諧波分量，由可關斷電力電子器件(IGBT)控制，輸出一個與所需補償電流大小相同，方向相反的電流與之抵消，IGBT開關頻率達到6000HZ，可實現連續、快速的大范圍無功感性與容性雙向調節，使終端所配置的SVG不但具有良好的無功補償能力，補償基波無功電流，也可同時對諧波電流進行補償，達到改善電能質量的目的。
本終端配備自供電源，包括CT取能或PT取能，系統工作采用以電網電流或電壓供電為主，太陽能作為后備，鋰電池，鉛電池，操作電容輔供電。大容量的電池組系統采用電源泵技術，先進的線路電流控制充電技術和數控定期自動完全放電活化處理技術，大大延長電池使用壽命。當線路電流低于額定值的5%時，由電池組供電。終端在非跳閘時功耗小于4MA，使電池容量至少維持裝置正常工作一周時間。在外部失電時，低能量脈沖跳閘方式所需能量由電容儲能提供，可保證至少兩次合-跳輸出，滿足配電網故障恢復過程中智能控制策略的需要。
本終端支持無線擴頻、GPRS、SMS短消息服務等多種自動化接口，為配網自動化提供多種通訊解決方案。自動化接口模塊插拔式獨立設計，方便更換和配置。所配置的GPRS無線數據傳輸模塊內部集成TCP/IP協議棧、支持自動心跳、鏈路支持長久在線、透明傳輸、遠程參數配置，長久保存。
結束語
我國目前的配電網很薄弱，絕大多數為樹狀結構，且多為架空線，供電距離長，導致供電可靠性差，供電損耗大，電壓質量差。配電設備比較陳舊，大多是不可遙控的。配電網運行狀態監測設備少。這些導致事故處理自動化程度低、處理時間長，事故后恢復供電慢。
根據配網實際運行經驗，提出了一種在分支線路配置集繼電保護、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端設計方案，以實現配網故障快速隔離，提高供電可靠性，及配網無功功率就地補償，改善供電質量，可以較好的滿足配網改造的需求。
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