浅谈10kV供电新技术理论及应用
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作者: 谢伟 白秀丽
[关键词]10kv供电新技术;理论;应用
目前供电网广泛采用环网接线来取代放射型供电方式，从当前配电网馈线自动化的几种发展模式来看，由改进后的重合器和分段器相配合来构成一种新的实用的配合方式，可大大提高配网供电的可靠性。该模式具有无须通信设备支持、易于配合、投资较少、可靠性高，故障停电时间短等优点，避免了同类配合方式的不足。该供电新技术的探索必将为我国电力系统的发展起到一定的引领作用。
我国原来的配电网大多采用放射型供电。这种供电方式已不能适应社会经济发展和满足用户供电质量要求，因为一旦在某一点出现线路故障，便会导致整条线路停电，并且由于无法迅速确定故障点而使停电检修时间过长，大大降低了供电的可靠性。为此，现在供电网广泛采用环网接线，即两条线路通过中间的联络开关连接，正常运行时联络开关为断开状态，系统开环运行；当某一段出现故障时，可以通过网络重构，使负荷转移，保证非故障区段的正常供电，从而可大大提高配网供电的可靠性。
一、馈线故障的定位、隔离及恢复供电模式
配电网自动化主要包括变电站自动化和馈线自动化。在配电网中由馈线引起的停电时有发生，故障发生后，如何尽快恢复供电是馈线自动化的一项重要内容。实际上，配电自动化最根本的任务也就是在最短的时间内完成对故障的定位、隔离和恢复供电。它们的发展可分为3个阶段：
1.利用装设在配电线路上的故障指示器，由电力检修人员查找故障区段，并利用柱上开关设备人工隔离故障区段，恢复正常区段的供电。该方式的停电时间长，恢复供电慢。
2.利用智能化开关设备（如重合器、分段器等），通过它们之间的相互配合，实现故障的就地自动隔离和恢复供电。该方式的自动化水平较高，无须通信就可实现控制功能，成本较低。缺点是开关设备需要增加合、分动作的次数才能完成故障的隔离和恢复供电。
3.将开关设备和馈线终端单元（FTU）集成为具有数据采集、传输、控制功能的智能型装置，并与计算机控制中心进行实时通信，由控制中心以遥控方式集中控制。该方式采用先进的计算机技术和通信技术，可一次性完成故障的定位、隔离和恢复供电，避免短路电流对线路和设备的多次冲击。存在的主要缺点是：要依赖于通信，结构复杂，影响配电系统可靠性的因素较多。
配电网馈线自动化的目的是提高供电的可靠性，所以系统的功能固然重要，但其自身的运行可靠性和经济性则是电力部门最关心的问题。因此，相对而言，以上3种模式中的第二种模式最为符合我国电力行业的实际情况。其主要特点是：
（1）可利用重合器本身切断故障电流，实现故障就地隔离，缩小停电范围；
（2）无须通信手段，可利用重合器多次重合以及保护动作时间的相互配合，实现故障的自动定位、隔离和恢复供电；
（3）可直接从电网上获取电源，不需要外加不间断电源；
（4）对过电压、雷电、高频信号及强磁场的抗干扰能力强，可靠性高。
二、几种以重合器和分段器为主构成的馈线自动化方式的比较
以重合器和分段器为主构成的环网配电模式中，又可以分成3种方式：断路器＋电压型分段器、重合器＋分段器（以分段器作为联络）、完全采用重合器。这几种方式各有优缺点，具体分析如下。
1.“断路器＋分段器”和“重合器＋分段器（以分段器作为联络）”的配电模式。
特点：无须通信设备，由分段器对线路进行分段，通过分段器检测电压信号，根据加压时限，经断路器或重合器的多次重合，实现故障自动隔离，投资少，易于配合。
缺点：隔离故障需要多次重合，增加了对系统的冲击次数；隔离故障时会波及非故障区段，造成非故障区段的停电；馈线越长，分段越多，逐级延时时间越长，从而使恢复供电所需时间也越长。
2.“完全采用重合器”的配电模式。
特点：无须通信设备，利用重合器本身切断故障电流，通过多次重合以及保护动作时限的相互配合，实现馈线故障就地自动隔离，避免了因某段故障导致全线路停电的情况，同时减少了出线开关的动作次数。
缺点：投资大，分段越多，保护配合越困难，变电站出线开关的速断保护延时就越长，当出线端发生故障时，对系统的影响较大。
三、保证环网供电新技术的措施
对于配电自动化来说，自动化程度的高低和功能的强弱固然重要，但整个系统的可靠性应该放在第一位，此外还要考虑到经济性。为了保证上面介绍的以分段重合器为联络开关的“重合器＋分段器”模式的可靠性，采取了以下措施：
1.重合器的开关本体为真空断路器，采用真空灭弧室外装复合绝缘的专利技术。它具有无油、无气、免维护、寿命长、无火灾、无爆炸危险的优点，机构采用电机快速储能的弹簧操作机构，无须高压合闸线圈。
2.选用高性能PLC（可编程逻辑控制器）作为重合器和分段器的控制中心。简化了外围线路，大大提高了整机可靠性和抗干扰能力。
3.直接从线路上获取电源，无须任何外加电源。选用美国的开关电源模块，抗干扰能力强，工作范围广，可在30％～120％输入范围内输出稳定的额定电压。此外还有冗余设计和降额使用等措施，也可以提高整机的可靠性。为了减少这种配电模式中的停电时间，采取了以下措施：（1）快速切除瞬时故障，减少停电时间在电力系统中，线路故障的62％～85％为瞬时性故障，如果把瞬时性故障按永久性故障等同处理，则会造成较长时间的停电。（2）故障区段的两端同时完成闭锁，传统的分段器当线路发生故障时，只能一次闭锁故障线路的一端，改进后的分段器可以在线路发生永久性故障时使故障区段的两端同时实现隔离，避免了非故障区段的停电，使恢复正常供电的时间缩短，同时减少了重合器或断路器的重合次数，对系统的冲击也就相应地减少了。（3）躲涌流功能。配电系统最主要的负荷是变压器和高压电机，所以在重合器首次合闸或重合时，会出现比额定电流高得多的启动电流，有可能导致重合器的误动。改进后的重合器在软件和硬件两个方面增加了躲涌流措施，可以自动地区别合闸产生的涌流和故障电流，很好地解决了涌流问题。用以“重合器＋分段器”为主构成的配电系统，是一种新的实用的配电方式，既可以减少故障时的停电时间和短路电流对线路的冲击次数，又易于实现保护时间的配合。推行这一供电新技术，对我国的电力系统的发展是十分有利和必要的。□
(编辑/穆杨)
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