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摘要:本文围绕配电保护自动化进行研究,介绍了重合器与分段器的基本概念及其工作原理。阐述了配电网自动化的现状及馈线自动化的实现方式,介绍了分段器在辐射网和环网中的应用。
关键词 :分段器;重合器;配电网;配电保护自动化
中图分类号:U665文献标识码: A
一、分段器在配电网中应用的研究现状
当前分段器的种类繁多,灭弧介质有空气、油、SF6和真空等幾种;动作方式有三相联动和单相跌落;控制装置采用液压或微电子方式;智能化功能的逻辑控制信息有电流-时间型(简称电流型),电压-时间型(简称电压型),电流、电压-时间型(简称电流、电压型),还有兼有重合器功能的重合分段器等[2]。
二、存在的问题
基于重合器和分段器配合的配电系统具有结构简单、建设费用低廉的优点,而且不需要建设通信网络,所有设备均是自具的,因此不存在电源问题。但是这种方式存在以下不足:
(1)这种方式虽然在发生故障时,能够判断故障区段,并能自动隔离故障区段,恢复健全区域供电,但是在正常情况下,却不能实时监视线路的负荷,在事故后配电网络重构时,无法确定最优恢复方案。
(2)在发生了单相接地的异常情况下,不能为单相接地的查找提供辅助信息。
(3)在多于两个电源的开环运行的网络中,当故障发生后,虽然可以自动隔离故障区段,但是在恢复健全区段供电时,无法优化确定最佳恢复方式;在环网闭环运行方式下,自动隔离故障区段的作用难以实现。
(4)在非正常运行方式下,需派人去现场重新设置定值,非常不方便。
(5)这种系统在线路故障时,分段开关不立即分断,而要依靠线路出口的重合器跳闸,这样做是不理想的。
三、 配电网的基本原理
3.1配电网自动化的基本概念
配电网自动化主要包括变电站自动化和馈线自动化。
3.2重合器的基本概念
3.2.1重合器的定义
重合器是一种自具控制功能的开关设备,它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作,并在其后自动复位闭锁[3]。
3.2.2重合器的功能与特点
(1)重合器在开断性能上具有开断短路电流、多次重合闸操作、保护特性的顺序配合选择、保护系统的复位等功能。
(2)重合器主要由灭弧室、操动机构、控制系统、合闸线圈等部分组成。
(3)重合器是本体控制设备,在保护控制特性方面,具有自身故障检测、判断电流性质、执行开合等功能,并能恢复初始状态,记忆动作次数,完成合闸闭锁等操作。
(4)重合器适用于户外柱上各种安装方式,既可安装在变电站内,也可安装在配电线路上。
(5)不同类型重合器的闭锁操作次数、分闸快慢动作特性、重合间隔等特性一般都不同,其典型的4次分断3次重合的操作顺序为:分→(T1)合分→(T2)合分→(T3)合分,其中T1、T2、T3可调,且随不同产品而异,它可以根据运行中的需要调整重合闸次数及重合闸间隔时间。
(6)重合器的相间故障开断都采用反时限特性,以便与熔断器的安-秒特性配合(但电子控制重合器的接地故障开断一般采用定时限)。
3.3分段器的基本概念
2.3.1分段器的定义
分段器是配电系统中用来隔离故障线路区段的自动保护装置,通常与自动重合器或断路器配合使用。
2.3.2分段器的结构
分段器通常需要几个部分组成,它包括带电动操作机构的开断装置,具有关合短路电流的能力,通常采用负荷开关[4]。RTU控制箱,用以完成分段器的信号采集和顺序操作。
2.3.3分段器的功能
(1)分段器可对上级保护,即重合器的跳闸次数,具有自动计数的功能,计数值最多为3次。
(2)分段器不能切除故障电流,但是与重合器配合可分断线路永久性故障。分段器可以切除满负荷电流,可作为手动操作的负荷开关使用。
(3)分段器可进行自动和手动跳闸,但合闸必须是手动的。分段器跳闸后呈闭锁状态,只能通过手动合闸恢复供电。
(4)分段器有串联于主电路的跳闸线圈,更换线圈即可改变最小动作电流。
(5)分段器与重合器之间无机械和电气的联系,正因如此,其安装地点不受限制。
(6)分段器没有安-秒特性,故在使用上有特殊的优点。从而弥补了在多级保护系统中有时增加步骤也无法实现配合的缺点。
3.4重合器与分段器的配合使用
重合器和分段器的配合使用可实现排除瞬时故障,隔离永久性故障区域,保证非故障线段的正常供电。由于重合器与分段器的功能不同,首先应根据系统运行条件合理确定线路的分段布局,以提高配电线路自动化程度和供电可靠性[5]。
3.4.1重合器、分段器配合的原则
(1)分段器必须与重合器串联,并装在重合器的负荷侧。
(2)后备重合器必须能检测到并能够动作于分段器保护范围内的最小故障电流。
(3)分段器的启动电流必须小于其保护范围内的最小故障电流。
(4)分段器的热稳定额定值和动稳定额定值必须满足要求。
(5)分段器的启动电流必须小于80%后备保护的最小分闸电流,大于预期最大负荷电流的峰值。
(6)分段器的记录次数必须比后备保护闭锁前的分闸次数少一次以上。
(7)分段器的记录时间必须大于后备保护的累积故障开断时间。后备保护动作的总累积时间(TAT),为后备保护顺序中的各次故障通流时间与重合间隔之和。
3.4.2重合器、分段器配合使用的工作方式
重合器和分段器配合的馈线自动化系统是在变电站出线处安装自动重合器,在馈线分段开关和联络开关处安装自动分段器,在发生故障时通过重合器和分段
器的动作配合,达到隔离故障区段和恢复健全区段供电的目的。
根据采用的分段器的不同,又可以分为重合器与电压-时间型分段器配合型和重合器与过流脉冲计数型分段器配合型两种方式。
四、分段器在配电网中的应用
配电网溃线自动化对各种设备的选择是十分关键地,不同设备的配置,可形成不同的自动化方案。我国配电网方案一般是重合器与分段器相配合,重合器具备多次重合功能,分段器具有短路故障次数记忆功能,只需要回路中的动作电流和动作次数符合分段器技术条件即可与重合器配合。
配电网的接线一般有辐射型和环形两大类[6],它们的配合形式主要以重合器(或断路器)与分段器、熔断器的配合使用,这样对提高供电可靠性,减小运行费用,提高电网自动化程度能起到显著作用。
4.1重合器与分段器在辐射网中的应用
重合器与分段器配合根据用户负荷,配电线路的不同结构有不同的组合,以辐射网为例,说明电流-时间型重合器与跌落式过流脉冲计数型分段器在线路出现故障时的动作过程。
图4.1重合器与分段器在辐射网中的应用
4.2重合器与分段器在环网中的应用
随着配电自动化及电力市场的迅速发展,环网式网络结构已成为近几年来发展的主要趋势。以图4.2为例,正常运行时联络重合器不接通,两个变电所的主干线建立起相互备用的联络关系。
图4.2 重合器与分段器在环网中的应用
4.3分段器与重合器用于馈线自动化中的方案介绍
从提高供电可靠性的程度和造价方面对4个方案的技术经济指标进行了比较,结果见表4.1。
表4.14种方案技术经济指标比较
方案 方案1 方案2 方案3 方案4
适用馈线 单电源辐射馈线 单电源辐射馈线 双电源环网馈线 双电源环网馈线
配置方式 电流型分段器和重合器配合,分支线上装电流型分段器 重合器和电流型分段器配合,主干线用重合器分段,分支线装电流型分段器 电压型分段器和重合器配合,主干线用电压型分段器分段 分段器与重合器配合,主干线用电压型分段器分段,分支线装电流型分段器
全线分段器 4 4 6 6
重合器 1 4 2 2
电流型分段器 4 3 4
电压型分段器 4 4
电压互感器 3 10 10
聯络开关 1 1
提高供电可靠性的程度 处理临时性故障不停电,对各分支线的永久性故障,迅速定位并隔离,迅速恢复故障段外的全线供电,主干线永久性故障时还需要全线停电 处理临时性故障不停电,对各分支线的永久性故障,迅速定位并隔离,迅速恢复故障段外的全线供电;主干线永久性故障时故障段以及远线段被隔离,故障段近线段恢复供电 处理临时性故障不停电,对各段永久性故障,迅速定位并隔离,通过线路重组恢复非故障段的供电;定位故障段时不区别是主干线还是分支线 处理临时性故障不停电,定位和隔离永久性故障时将主干线的故障和分支线故障区别处理,停电范围进一步缩小
设备总造价 造价最低 为方案1的2.2倍 为方案1的2.3倍 为方案1的3.1倍
其中,作造价比较时,按设备价格比为依据,如以分段器价格为1,则重合器为1.8,联络开关为1.8,电压互感器为0.23。
结束语:分段器是实现配电网自动化较为理想的自动保护设备,对于解决城市电网和农村电网的供电可靠性,迅速排除故障区段的停电事故,恢复正常供电,使停电损失范围缩减至最小等方面均起着更新换代的作用和必不可少的补充。
参考文献:[1] 丁毓山,金开宇.配电网新设备与新技术[M].北京:中国水利水电出版社,2006: 111-141
[2] 朱鸣海.馈线自动化方案及分段器的选择与应用[J].电力系统装备运行与维护,2003,3: 57-59
[4] 王兴伟,栗贵祥.跌落式分段器在配电系统中的应用[J].农村电气化,2001,3: 31-32
[5] 张宏山.县供电企业经济活动分析系统设计与开发[J].农村电工,2008,1: 19-20
[6] 刘敬东.重合器与分段器在配网自动化中的应用[J].农村自动化,2004,(8): 21-22
[7] 何明芳,唐敬权.分段器在配电网馈线自动化中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2002,7(3): 19-23
关键词 :分段器;重合器;配电网;配电保护自动化
中图分类号:U665文献标识码: A
一、分段器在配电网中应用的研究现状
当前分段器的种类繁多,灭弧介质有空气、油、SF6和真空等幾种;动作方式有三相联动和单相跌落;控制装置采用液压或微电子方式;智能化功能的逻辑控制信息有电流-时间型(简称电流型),电压-时间型(简称电压型),电流、电压-时间型(简称电流、电压型),还有兼有重合器功能的重合分段器等[2]。
二、存在的问题
基于重合器和分段器配合的配电系统具有结构简单、建设费用低廉的优点,而且不需要建设通信网络,所有设备均是自具的,因此不存在电源问题。但是这种方式存在以下不足:
(1)这种方式虽然在发生故障时,能够判断故障区段,并能自动隔离故障区段,恢复健全区域供电,但是在正常情况下,却不能实时监视线路的负荷,在事故后配电网络重构时,无法确定最优恢复方案。
(2)在发生了单相接地的异常情况下,不能为单相接地的查找提供辅助信息。
(3)在多于两个电源的开环运行的网络中,当故障发生后,虽然可以自动隔离故障区段,但是在恢复健全区段供电时,无法优化确定最佳恢复方式;在环网闭环运行方式下,自动隔离故障区段的作用难以实现。
(4)在非正常运行方式下,需派人去现场重新设置定值,非常不方便。
(5)这种系统在线路故障时,分段开关不立即分断,而要依靠线路出口的重合器跳闸,这样做是不理想的。
三、 配电网的基本原理
3.1配电网自动化的基本概念
配电网自动化主要包括变电站自动化和馈线自动化。
3.2重合器的基本概念
3.2.1重合器的定义
重合器是一种自具控制功能的开关设备,它能按预定的开断和重合顺序自动进行开断和重合操作,并在其后自动复位闭锁[3]。
3.2.2重合器的功能与特点
(1)重合器在开断性能上具有开断短路电流、多次重合闸操作、保护特性的顺序配合选择、保护系统的复位等功能。
(2)重合器主要由灭弧室、操动机构、控制系统、合闸线圈等部分组成。
(3)重合器是本体控制设备,在保护控制特性方面,具有自身故障检测、判断电流性质、执行开合等功能,并能恢复初始状态,记忆动作次数,完成合闸闭锁等操作。
(4)重合器适用于户外柱上各种安装方式,既可安装在变电站内,也可安装在配电线路上。
(5)不同类型重合器的闭锁操作次数、分闸快慢动作特性、重合间隔等特性一般都不同,其典型的4次分断3次重合的操作顺序为:分→(T1)合分→(T2)合分→(T3)合分,其中T1、T2、T3可调,且随不同产品而异,它可以根据运行中的需要调整重合闸次数及重合闸间隔时间。
(6)重合器的相间故障开断都采用反时限特性,以便与熔断器的安-秒特性配合(但电子控制重合器的接地故障开断一般采用定时限)。
3.3分段器的基本概念
2.3.1分段器的定义
分段器是配电系统中用来隔离故障线路区段的自动保护装置,通常与自动重合器或断路器配合使用。
2.3.2分段器的结构
分段器通常需要几个部分组成,它包括带电动操作机构的开断装置,具有关合短路电流的能力,通常采用负荷开关[4]。RTU控制箱,用以完成分段器的信号采集和顺序操作。
2.3.3分段器的功能
(1)分段器可对上级保护,即重合器的跳闸次数,具有自动计数的功能,计数值最多为3次。
(2)分段器不能切除故障电流,但是与重合器配合可分断线路永久性故障。分段器可以切除满负荷电流,可作为手动操作的负荷开关使用。
(3)分段器可进行自动和手动跳闸,但合闸必须是手动的。分段器跳闸后呈闭锁状态,只能通过手动合闸恢复供电。
(4)分段器有串联于主电路的跳闸线圈,更换线圈即可改变最小动作电流。
(5)分段器与重合器之间无机械和电气的联系,正因如此,其安装地点不受限制。
(6)分段器没有安-秒特性,故在使用上有特殊的优点。从而弥补了在多级保护系统中有时增加步骤也无法实现配合的缺点。
3.4重合器与分段器的配合使用
重合器和分段器的配合使用可实现排除瞬时故障,隔离永久性故障区域,保证非故障线段的正常供电。由于重合器与分段器的功能不同,首先应根据系统运行条件合理确定线路的分段布局,以提高配电线路自动化程度和供电可靠性[5]。
3.4.1重合器、分段器配合的原则
(1)分段器必须与重合器串联,并装在重合器的负荷侧。
(2)后备重合器必须能检测到并能够动作于分段器保护范围内的最小故障电流。
(3)分段器的启动电流必须小于其保护范围内的最小故障电流。
(4)分段器的热稳定额定值和动稳定额定值必须满足要求。
(5)分段器的启动电流必须小于80%后备保护的最小分闸电流,大于预期最大负荷电流的峰值。
(6)分段器的记录次数必须比后备保护闭锁前的分闸次数少一次以上。
(7)分段器的记录时间必须大于后备保护的累积故障开断时间。后备保护动作的总累积时间(TAT),为后备保护顺序中的各次故障通流时间与重合间隔之和。
3.4.2重合器、分段器配合使用的工作方式
重合器和分段器配合的馈线自动化系统是在变电站出线处安装自动重合器,在馈线分段开关和联络开关处安装自动分段器,在发生故障时通过重合器和分段
器的动作配合,达到隔离故障区段和恢复健全区段供电的目的。
根据采用的分段器的不同,又可以分为重合器与电压-时间型分段器配合型和重合器与过流脉冲计数型分段器配合型两种方式。
四、分段器在配电网中的应用
配电网溃线自动化对各种设备的选择是十分关键地,不同设备的配置,可形成不同的自动化方案。我国配电网方案一般是重合器与分段器相配合,重合器具备多次重合功能,分段器具有短路故障次数记忆功能,只需要回路中的动作电流和动作次数符合分段器技术条件即可与重合器配合。
配电网的接线一般有辐射型和环形两大类[6],它们的配合形式主要以重合器(或断路器)与分段器、熔断器的配合使用,这样对提高供电可靠性,减小运行费用,提高电网自动化程度能起到显著作用。
4.1重合器与分段器在辐射网中的应用
重合器与分段器配合根据用户负荷,配电线路的不同结构有不同的组合,以辐射网为例,说明电流-时间型重合器与跌落式过流脉冲计数型分段器在线路出现故障时的动作过程。
图4.1重合器与分段器在辐射网中的应用
4.2重合器与分段器在环网中的应用
随着配电自动化及电力市场的迅速发展,环网式网络结构已成为近几年来发展的主要趋势。以图4.2为例,正常运行时联络重合器不接通,两个变电所的主干线建立起相互备用的联络关系。
图4.2 重合器与分段器在环网中的应用
4.3分段器与重合器用于馈线自动化中的方案介绍
从提高供电可靠性的程度和造价方面对4个方案的技术经济指标进行了比较,结果见表4.1。
表4.14种方案技术经济指标比较
方案 方案1 方案2 方案3 方案4
适用馈线 单电源辐射馈线 单电源辐射馈线 双电源环网馈线 双电源环网馈线
配置方式 电流型分段器和重合器配合,分支线上装电流型分段器 重合器和电流型分段器配合,主干线用重合器分段,分支线装电流型分段器 电压型分段器和重合器配合,主干线用电压型分段器分段 分段器与重合器配合,主干线用电压型分段器分段,分支线装电流型分段器
全线分段器 4 4 6 6
重合器 1 4 2 2
电流型分段器 4 3 4
电压型分段器 4 4
电压互感器 3 10 10
聯络开关 1 1
提高供电可靠性的程度 处理临时性故障不停电,对各分支线的永久性故障,迅速定位并隔离,迅速恢复故障段外的全线供电,主干线永久性故障时还需要全线停电 处理临时性故障不停电,对各分支线的永久性故障,迅速定位并隔离,迅速恢复故障段外的全线供电;主干线永久性故障时故障段以及远线段被隔离,故障段近线段恢复供电 处理临时性故障不停电,对各段永久性故障,迅速定位并隔离,通过线路重组恢复非故障段的供电;定位故障段时不区别是主干线还是分支线 处理临时性故障不停电,定位和隔离永久性故障时将主干线的故障和分支线故障区别处理,停电范围进一步缩小
设备总造价 造价最低 为方案1的2.2倍 为方案1的2.3倍 为方案1的3.1倍
其中,作造价比较时,按设备价格比为依据,如以分段器价格为1,则重合器为1.8,联络开关为1.8,电压互感器为0.23。
结束语:分段器是实现配电网自动化较为理想的自动保护设备,对于解决城市电网和农村电网的供电可靠性,迅速排除故障区段的停电事故,恢复正常供电,使停电损失范围缩减至最小等方面均起着更新换代的作用和必不可少的补充。
参考文献:[1] 丁毓山,金开宇.配电网新设备与新技术[M].北京:中国水利水电出版社,2006: 111-141
[2] 朱鸣海.馈线自动化方案及分段器的选择与应用[J].电力系统装备运行与维护,2003,3: 57-59
[4] 王兴伟,栗贵祥.跌落式分段器在配电系统中的应用[J].农村电气化,2001,3: 31-32
[5] 张宏山.县供电企业经济活动分析系统设计与开发[J].农村电工,2008,1: 19-20
[6] 刘敬东.重合器与分段器在配网自动化中的应用[J].农村自动化,2004,(8): 21-22
[7] 何明芳,唐敬权.分段器在配电网馈线自动化中的应用[J].重庆电力高等专科学校学报,2002,7(3): 19-23