西北地区农网馈线自动化途径

摘要：近几年，西北地区乡镇企业异军突起，农村经济有了较大发展。用电负荷逐年增加，农村用电不仅要求改造后的农网运行有良好的经济性，而且也对供电可靠性和供电质量有了进一步要求。本文通过对比分析，提出采用重合器和过流脉冲计数型分段器相互配合的馈线自动化系统来实现西北地区农网的馈线自动化。以提高改造后的农网供电可靠性和供电质量，满足当前及今后一段时期西北地区农村经济发展的需要。 关键词：农网 重合器 过流脉冲计数分段器配合 馈线自动化系统 1 引言对于电网架空配电线路，58％左右故障是暂时性故障。重合闸是在发生暂时性故障后迅速排除故障并恢复供电的有效手段，大部分主变电站的10kV出线均配备了重合闸设备。随着城乡电网改造的进行，10kV配电网被改造成多分段、多连接多供电途径的网格网，东部发达地区的城区配电网基本实现了配电自动化，在沿线主要开关处装设馈线终端单元（FTU）。在此情况下，线路发生暂时性故障时，依赖FTU的重合闸策略可有效地排除故障并恢复供电。但是过去很长一段时期，由于我国西北地区经济比较落后，农网改造中，人们更多的关注是放在经济性上的，对农网的供电可靠性和供电质量重视不够。因此，西北地区部分改造完成的农网虽然使农民用电负担减轻，但供电可靠性和供电质量仍停留在原有的水平上。随着近年来我国经济高速增长，西北地区的农村乡镇企业也获得了长足发展，用电负荷不断增大，对供电可靠性和供电质量要求也在不断提高。如果我们对当前农村用电的变化情况不加深入了解，做长远考虑，势必造成在农网改造完成后其已经又落后于现实发展要求的不良后果。鉴于此，西北地区的农网改造，应当在考虑经济性的同时，必须对供电可靠性和供电质量加以足够的重视，尽可能在不大幅增加改造费用的情况下，选择合理方案，实现西北地区农网馈线的自动化,确保农村电网供电的可靠性和供电质量。 2 两种馈线自动化系统的比较当前国内外电网中常采用的馈线自动化系统有两种: 一种是采用配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统; 另一种为基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统。 2.1基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统典型的基于馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统的工作流程是：各终端设备FTU分别采集相应柱上开关的运行情况，如负荷、电压、功率和开关当前位置、储能完成情况等，并将上述信息经由通信网络传至远方的配电自动化控制系统，各FTU还可以接受配电网络自动化控制中心下达的命令进行相应的远方倒闸操作以优化配电网络的运行方式。在故障发生时，各FTU记录下故障前及故障时的主要信息，如最大故障电流和故障前的负荷电流、最大功率等，并将上述信息传至配电自动化控制系统，经计算机系统分析后确定故障区段和最佳供电恢复方案，最终以遥控方式隔离故障区段，恢复健全区段供电。因此，作为以计算机和通信网络为基础的馈线终端设备（FTU）的馈线自动化系统。其主要功能是在正常情况下，远方实时监视馈线开关的状态、馈线电流和电压情况，实现线路开关的远方合闸和分闸操作，在负荷不均匀时，通过负荷均衡化达到优化运行方式的目的。在故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域的供电。该系统所需的主要设备为FTU、通信网络区域工作站、配电自动计算机系统。它的主要优点集中体现在: ①故障时隔离故障区域，正常时监控配网运行，可优化运行方式，实现安全经济运行;②恢复健全区域供电时，可以采取安全和最佳措施; ③可以和GIS（Geographic Information System配电地理信息系统）等联网，实现全局信息化。该系统的主要缺点是结构复杂、建设费用高，同时还需要建设通信网络。适合于城网等供电途径多的网格状配电网和对供电可靠性要求高的区域，由于成本高，因此不适合于西部地区农网。 2.2基于配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统基于配电自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统其关键设备为重合器（Recloser）和分段器（Sectionalizer）。重合器是一种自具控制及保护功能的开关设备，它能按预定的开断和重合顺序自动开断和重合操作，并在其后自动复位或闭锁。它可以代替变电站的出线断路器，其功能是: 当事故发生后，如果重合器经历了超过其定值的故障电流，则跳闸，并按预先整定的动作顺序作若干次合、分闸的循环操作，若重合成功则自动终止后续动作，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，只有通过手动复位才能解除闭锁。它可以避免瞬时性故障对电网的影响。分段器是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流情况下自动分闸的开关设备。当发生永久故障时，分段器可在预定次数的分合闸操作后闭锁于分闸状态从而达到隔离故障线路区段的目的; 若分段器未完成预定次数的分合闸操作，故障就被设备切除了，则其将保持在合闸状态，并经一段延时后恢复到预先整定状态，为下一次故障做好准备。分段器不能分段短路故障电流。当前有四种典型的配电自动化开关设备的相互配合实现馈线自动化的模式: 即重合器和重合器配合模式、重合器和电压－时间型分段器配合模式、重合器和电源－电流型分段器配合模式以及重合器和过流脉冲计数型分段器配合模式。基于自动化开关设备相互配合的馈线自动化系统的主要优点是结构简单，建设费用低，不需要建设通信网络，不存在电源提取问题。虽然存在着诸如: 仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化网络运行方式; 调整运行方式后，需到现场修改定值; 恢复健全区域供电时，无法采取安全和最佳措施；多次重合，对设备冲击大等缺点。但它因较低的建设成本和方便的维护措施，却能实现馈线的自动化,同时满足网络经济性和供电的可靠性，不失为着眼于发展、立足长远西北农网改造直接实现馈线自动化的最佳系统。 3 重合器和过流脉冲计数型分段器配合的馈线自动化系统工作情况 过流脉冲计数型分段器与前级的重合器配合使用，虽然它不能断开短路故障电流，但有在一段时间内，记忆前级开关设备开断故障电流动作次数的能力。在预定的记录次数后，在前级的重合器或断路器将线路从电网中短时切除的无电流间隙内，过流脉冲计数型分段器分闸达到隔离故障区段的目的。若前级开关设备未达到预定的动作次数，则过流脉冲计数型分段器在一定的复位时间后会清零而恢复到预先整定的初始状态，为下一次故障做好准备。该系统价格较低、工作可靠、维护方便。根据西北地区农网中负荷密度较小，负荷对供电质量要求不是很高的特点，我们对该配合系统进行了模拟实验，其工作可靠性令人满意，能较好的满足西北地区农网负荷对供电可靠性的要求，同时也可以保证农网的经济性要求。下面就基于实验对重合器与过流脉冲计数型分段器配合隔离永久性故障区段的过程作以简述。图（a）为网络中的部分辐射状网络正常工作情况，A为重合器，B和C采用过流脉冲计数型分段器，他们的计数次数均调整为2次。图（b）反映在b区段发生永久性故障后，重合器A跳闸，分段器B计过电流1次，由于未达到整定值（2次），因此，B不分闸而保持在合闸状态。图（c）描述经一段时间（延时）后，重合器A第一次重合。图（d）描述由于再次合到故障点处，重合器A再次跳闸分断，并且分段器B的过流脉冲计数值达到整定值2次，因此分段器B在重合器A再次跳闸后的无电流时期分闸。图（e）描述又经过一段延时后，重合器A进行第二次重合，而分段器B保持分闸状态，从而隔离了故障区段，恢复了健全区段供电。若在b区段发生暂时性故障，重合器A跳闸，分段器计过电流一次，由于未达到整定值（2次），因此分段器B不分闸而保持在合闸状态，经过一段延时后，暂时性故障消失，重合器A重合成功恢复了系统供电，在经过一段确定的时间以后，分段器B的过电流计数值清零，又恢复到其初始状态。综上所述，为满足农村经济发展的需要，西北地区结合农网改造，选择重合器和过流脉冲计数型分段器配合的馈线自动化系统，适时实行农网馈线自动化，既可以在不较大幅度范围内提高网改成本的前提下，确保网络的经济运行，减轻农民负担，又可以有效提高供电可靠性和供电质量，保证农村生产、生活正常安全用电。