3馈线自动化系统的构成
在实施馈线自动化时,应作为一个集成系统技术来考虑,只考虑单一的部件、局部的功能是不行的。系统的任何一个环节出现问题都会影响整体的功能。例如,分段器的操动机构不可靠,即便有再好的 SCADA监视系统,也达不到可靠控制分段器的目的。国内外的实践都证明了这一点。
馈线自动化系统可分为一次设备、控制箱、分散多点通信、 FA控制主站及 SACDA /DMS(配电管理系统)主站等五个层次。图2给出一个典型的系统的例子,其中 FA控制主站可设在变电站内,也可单独设置在主控制室内。
图 2 馈线自动化系统结构
3.1一次设备 3.1.1开关
实现馈线自动化首先要求配电网采用环网、分段供电结构。故障区段的隔离及恢复供电按顺序重合及SCADA监视系统配合遥控负荷开关、分段器两种方式。采用的开关设备有自动重合器、负荷开关及分段器等。
自动重合器是早期使用得比较多的馈线自动化一次设备。这种开关应用V-T(电压-时间)配合原理,在配电线路故障后逐个自动重合,若再次重合到永久性故障,便自动闭锁,隔离故障点。自动重合器的优点是无需通信设备,这在早期电子、通信设备相对较贵的情况下有利于减少投资,但用它恢复供电需要较长的时间,对开关开断能力要求高,有可能多次重合到永久故障点,短路电流对系统冲击较大。众多开关反复动作及负荷冷起动要从配网上摄取大量功率,给配电网带来了不利影响。
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随着电子技术的发展,电子、通信设备的造价愈来愈低,将会广泛的采用 SCADA监视系统配合遥控负荷开关、分段器来实现故障区段的定位、隔离及恢复供电,这样就克服了上述使用重合器方式所带来的缺点,同时也为实现馈线自动化的其他功能奠定了基础。
馈线自动化所选用的负荷开关、分段器要具备电动操作功能。在电缆线路中采用台式安装方式,而在架空线路上采用柱上安装方式。从实现故障区段的隔离及恢复供电的功能角度来说,线路开关是在变电站内断路器切除故障后,线路处于停电状态下操作的,可选用无电流开断能力的“死”线(deadline)分段开关,以减少开关的投资。
3.1.2电压、电流互感 (传感)器
传统的电压、电流互感器体积大、成本高,不适于在变电站外的线路上使用。馈电线路监控系统对电压、电流变换器的负载能力及精度要求相对较低,一般使用电压、电流传感器装置。这些传感器体积小、造价低,它们内嵌在绝缘子内,配套安装在柱上开关上或线路开关柜内。 3.2控制箱
控制箱起到联结开关与SCADA监视系统的桥梁作用。它主要包括的部件有:
(1)开关操动控制电路
该电路应具有防止误操作安全闭锁的功能,能够选择遥控或当地手动操作,并有手动开、合开关按钮,还应 AC电源或 DC蓄电池电压指示。
(2)不间断供电电源
不间断供电电源为开关操动机构及二次电子设备提供电源,一般是采用两组 12V直流可充电蓄电池串联供电。它可由电压传感器(互感器)的二次侧 100V交流电充电,也可由220V低压电网充电。在交流电源停电时蓄电池应能维持一段时间的工作。
(3)控制箱体
在使用台式配电开关柜时,控制箱一般配套安装在柜内或柜体的一边;在使用柱上开关时,它安装在电力线柱上。控制箱体一般是户外安装,需要有较强的防腐蚀能力,由自然通风保持内部器件干燥,在气候特别潮湿的地区,可在箱内
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装一小功率电加热器,以防止内部器件上凝露。
(4)远方终端(FA-RTU)
又称馈线自动化监控器,是馈线自动化系统的一个关键单元。 (5)通信终端
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4几种馈线自动化方式
4.1就地式馈线自动化 4.1.1重合器方式
主要依靠自具一定功能的开关本身来完成简单的自动化,它与电源侧前级开关配合,在线路具备其本身特有的功能特性时,在失压或无流的情况下自动分闸,达到隔离故障恢复部分供电的目的。
这种开关一般或者有“电压-时间”特性,或者有“过流脉冲计数”特性。 (1)基于重合器与“电压-时间”分段器方式的馈线自动化
基于电压延时方式,对于分段点位置的开关,在正常运行时开关为合闸状态,当线路因停电或故障失压时,所有的开关失压分闸。在第一次重合后,线路分段一级一级地投入,投到故障段后线路再次跳闸,故障区段两侧的开关因感受到故障电压而闭锁,当站内断路器再次合闸后,正常区间恢复供电,故障区间通过闭锁而隔离。
而对于联络点位置的开关,在正常时感受到两侧有电压时为常开状态,当一侧电源失压时,该联络开关开始延时进行故障确认,在延时时间完成后,联络开关投入,后备电源向故障线路的故障后端正常区间恢复供电。两侧同时失压时,开关为闭锁状态。
(2)基于重合器与“过流脉冲计数”分段器方式的馈线自动化
当发生故障时重合器跳闸,分段器维持在合闸位置,但是经历了故障电流的分段器的过流脉冲计数器加一,若计数值达到规定值,则该分段器在无电流间隙分断,当重合器再次重合时,即达到隔离故障区段和恢复健全区段供电的目的。
案例:
在处理如图2所示配电网结构,A为重合器,B、C、D为过电流脉冲计数分段器,其计数次数均整定为2次。
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正常运行时,重合器A,分段器B、C、D均为合,当C之后的区段发生故障时,重合器A跳闸,分段器C计过电流一次,由于没有达到事先整定的2次,因此分段器保持合闸,经过一段时间后,重合器进行第一次重合。若为瞬时性故障,重合成功,恢复系统正常供电,再经过一段确定的时间(与整定有关)后,分段器C的过电流计数值清零,又恢复至其初始状态,为下一次做好准备;若为永久性故障,再次重合到故障点,重合器A再次跳闸,分段器第二次过电流而达到整定值,于是,分段器在重合器跳闸后无电流时期分闸;再经过一段时间,重合器A进行第二次重合,由于此时分段器C处于分闸状态,从而将故障区段隔离开,恢复对健全区段的供电。 4.1.2智能分布式
智能分布式的就地式馈线自动化是在重合器方式的就地式馈线自动化的基础上,增加局部光纤通信,使得环网内的各FTU互相交互信息,在故障后ms级的时间内直接跳开离故障点最近的两侧开关,变电站出线开关不需要跳闸,使得停电区域最小,同时联络开关自动合闸转供。可实现多开关串联无级差保护配合,快速准确地实现故障隔离和转移供电,达到停电范围最小、停电时间最短的目的。在保护通道故障时,可自动转为重合器方式的就地式馈线自动化工作模式,可靠性高,可应用于供电可靠性要求高的骨干网络。配电主站和子站可不参与处理过程。
4.2集中式馈线自动化
集中式馈线自动化的故障处理方案是基于主站、通信系统、终端设备均已建成并运行完好的情况下的一种方案,它是由主站通过通信系统来收集所有终端设备的信息,并通过网络拓扑分析,确定故障位置,最后下发命令遥控各开关,实现故障区域的隔离和恢复非故障区域的供电。
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