开关配置（共6篇）
开关配置 篇1
0 引言
农村配电网建设经济效益低、投入产出比低、供电可靠性程度不高一直是电网公司普遍面对的问题。目前,提高农村配电网供电可靠性的主要途径之一就是优化开关配置,在线路上安装分段开关、联络开关等环网设备,达到隔离故障、减少停电时间的目的[1,2,3],因而如何经济合理地配置开关至关重要。
配电网开关的优化配置,已经成为国内外研究的热点,其研究核心内容在于如何确定网络中开关安装的最优数量与位置。参考文献[4]根据建设费用确定拟增建开关的数量范围,将供电可靠性大于允许下限的待选方案中开关数量最少的规划方案作为最优方案。参考文献[5]基于全寿命周期管理思想,以配电网开关多阶段规划方案的总成本现值和最小为目标函数建立数学模型确定最优方案。参考文献[6]基于二分法的配置原则确定开关数量,以缺供电量为评价指标对开关安装位置进行优化。
我国农村配电网与城市电网有着很大的区别,其突出特征在于:农村地区负荷密度小,较分散,而农村配电网造价与运维成本高,其投入产出比极低;线路出线长,有的大大超过了供电半径要求;线路所处地理环境复杂,故障定位、检修等操作难[7]。
然而,上述传统的配电网开关优化配置方法均未考虑农网的这些特征,使得其在优化配置农村配电网开关时显得不尽合理了。本文根据农村电网的实际情况与现实需要,介绍了一种适合农村实际特征的开关优化配置的新思路。
1 配电网开关优化配置思路
1.1 传统配电网开关优化配置思路
传统的配电网开关优化配置方案主要考虑系统的可靠性与经济性两个方面:
(1)可靠性:通过优化线路开关配置,缩小故障范围,减少停电时间,提高系统的可靠性,使系统可靠性达到一定的要求。
(2)经济性:在满足系统可靠性要求的前提下,通过优化开关的数量及相应装设位置,实现综合费用最小。
传统的配电网开关优化配置方案以规划水平年的负荷预测和电源规划为基础,采用最小综合费用为目标函数,优选出合理的规划建设方案,以最小的投资来满足安全可靠供电需求。
1.2 农村配电网开关优化配置思路
农村配电网开关优化配置过程主要由2部分组成,总体思路如图1所示。由图1可知:Part1分两步组成。其中,Step1为变电站间整体联络架构的初建(需要说明的是:为综合考虑经济性与可靠性,在变电站的联络中按照一定的比例同时存在站间联络和站内联络,根据多年的规划经验,其中40%的出线为站内联络,60%的出线为站间联络[8],因此本文阐述的方法考虑的是站间联络),采用分区加权Voronoi图划分供电区域确定各变电站的相邻站能较好地考虑到农村地区负荷的密度差异大的特点。Step2为变电站整体联络架构的修正,基于农网供电线路长,转供能力差的特点对变电站初建联络架构进行修正。这两步由粗到细、循序渐进地完成变电站整体联络架构的构建。Part2为农网开关优化配置模型,在确定变电站间互相联络,保证系统总成本降低及系统可靠性的情况下,提出采用全寿命周期效能(LCE)指标为目标函数建立数学模型,能在保证开关设备投入后系统总成本降低的同时能较好地提高开关设备投入的效益。
2 变电站整体联络架构的建立
2.1 基于分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵
分区加权Voronoi图是常规Voronoi图的一种扩展形式。根据常规Voronoi图[9,10,11]的概念和性质,设平面上n个点的集合为S={P1,P2,…,Pn},对每个生成元Pi(i=1,2,…,n),以Pi为原点,水平向右为坐标轴正方向,建立极坐标系,将生成元Pi周围区域分为mi个扇区,以θ=αij(j=1,2,…,m)为扇区分界线,其中,0<αi1<αi2<…<αim≤2π,并且每个扇区赋以权重λij(j=1,2,…,m),称:
当j≠mi时,p在射线θ=αij与θ=αi(j+1)之间;当j=mi时,p在射线θ=αi1与θ=αimi之间;为Pi在第j扇区权重为λij的Voronoi区域。其中,D(p,pi)=d(p,pi)/λij,D(p,pi)为p和pi间的加权距离,d(p,pi)为p和pi间的欧氏距离。
设供电区域内有n座变电站,第i座变电站j个扇区信息采用(xi,yi,λij)的有序数对表示,其中(xi,yi)表示第i座变电站的地理位置坐标,λij表示第i座变电站j扇区的权重,其中为第i座变电站主变容量;为第i座变电站第j扇区平均负荷密度,则每个变电站扇区可抽象成平面上以λij为权数的分区加权Voronoi图。基于分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵的流程如图2所示。
从工程实际的角度出发,具有供电区域交集的2座变电站联络的可能性最大。为此,本文根据分区加权Voronoi图建立变电站初始联络矩阵。
2.2 变电站间联络约束条件
为了保证当一条馈线上发生故障时,将故障段隔离后,能够从与之通过联络开关联接的其他馈线得到足够的转移电量,即线路的转供能力应该控制在合理的范围内。基于此,建立如下线路转供能力约束条件:SLa≤Sab剩余(b∈Ωa a=1,2,…,n),其中:Ωa为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线集合;SLa为馈线a上的总负荷;Sab剩余为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线b的剩余容量。n为可以与馈线a通过联络开关相联接的其他馈线数。
同时,为了保证线路进行站间负荷转供时线路末端负荷点的电压质量合格,要求限制转供线路的长度,即变电站间的互联线路的总长度应该控制在合理范围之内[12]。基于此,建立如下变电站间转供线路长度约束条件:
其中:dmin表示供电区域内变电站间合理的转供线路长度;lo、lc分别表示满足末端电压损耗要求的架空和电缆线路转供总长度;η表示地区线路的平均曲折系数。
2.3 变电站间联络矩阵的建立
结合变电站间初始联络矩阵Ub和变电站间线路转供能力约束与转供线路长度约束等条件,确定变电站的联络矩阵Us,构建供电区域内变电站间的整体联络架构,基本流程图如图3所示。
变电站联络矩阵Us的计算方法如下:
上式中dij为变电站i、j间的距离。
特别指出,当变电站i和变电站j间存在不可跨越的天然屏障(如高山、河流等),则可认为dij=∞。
3 基于全寿命周期效能的开关优化配置模型
3.1 全寿命周期成本
1)设备的一次性投资费用
开关设备的一次性投资费用由式(1)给出:
式(1)中CI'为开关的一次性投资费用;M为开关规划项目中的各种开关设备的集合,ni为第i种开关的数量,Ci为第i种设备采购成本和施工安装成本;Ci O为开关规划项目其他费用。
2)设备一次性投资现值对应的等年值
在全寿命周期成本计算中,需要对投资进行等年值的转换,其公式由式(2)给出:
式(2)中i为贴现率;n为开关的经济使用年限。
3)运行维护费用
开关每年的运行维护费用按其投资的百分数给出:
式(3)中Ko为一个固定比值,通常取5%。
4)停电损失费用
系统每年的停电损失费用由式(4)给出[5]:
式(4)中m为系统的负荷数;Ri为节点i每千瓦负荷的平均停电持续时间对应的平均停电损失费用;Li为节点i的负荷容量;λi为负荷点i的故障率。
5)报废残值
开关设备报废残值等年值费用由式(5)给出:
式(5)中KD为残值系数;
6)全寿命周期成本
开关规划项目的全寿命周期成本由式(6)给出:
3.2 全寿命周期效能
为提高农村配电网的投入产出比、开关设备投入产生的效益,定义全寿命周期效能如式(7)所示:
式(7)中:ES为设备投入的效益。设备投入的效益ES可以是多方面的,只要是投入寿命周期费用后取得的效果,都可视为效益,通常包括经济效益、价值、效果等。开关设备投入后,由于线路负载率的提高、供电量的增大而直接获得电费的收入,由于供电可靠性的提高、故障停电情况的减少所带来的优质优价及“少供电量”的减少等,还有隐形效益如企业形象提高所产生的品牌价值等等,均是设备投入的效益。
本文主要考虑由负载率提高与故障率减少两方面产生的效益:ES=ES1+ES2=k(W-Wp)cprice+μ(χENSPχENS)cprice。
上式中,k=i/[(1+i)n-1]为终值转换为等年值;ES1=k(W-Wp)cprice为寿命周期费用投入后,系统供电量从Wp增大到W直接获得的等年值售电收入,cprice为售电价格,ES2=μ(χENSP-χENS)cprice为寿命周期费用投入后,系统每年售电量不足期望从χENSP下降到χENS后,减少的故障成本以及相对于的赔偿金额,μ为比例因子,与赔偿、不良影响有关[13]。
3.3 数学模型的建立
基于全寿命周期效能的开关优化配置数学模型如下:
约束条件为R≥R0且CLCC≤CLCC0。其中,R0为预定达到的可靠性指标,CLCC0为未投入开关时的初始成本。对式(8)这类非线性规划问题的求解,可采用参考文献[14]中的改进的粒子群算法进行求解。具体计算过程,这里不再赘述。
4 算例分析
某规划区域内包含3座35 k V变电站,编号为S1、S2、S3,三者均为IEEE RBTS-BUS6主馈线F1~F3系统,为简化与一致性,将S1、S2、S3三个变电站的扇区以平均角度划分为3等份,S1、S2、S3变电站的空间坐标分别为:(3.52 km,3.97 km)、(3.68 km,0.94 km)、(7.64 km,1.22 km),系统馈线长度和负荷数据参见参考文献[15],开关设备投资现值为2.5万元 / 台,经济使用年限为20年,贴现率为0.1,每年的运行维护费用按投资费用的10% 计算,残值系数为5%,平均售电价格取0.52元 /(k W·h),线路和负荷点的平均故障率分别为0.1次 /(km·a)、0.01次 /(km·a),其中平均修复时间分别为4 h/ 次、10 h/次,预定达到可靠率为0.999 8。系统接线图如图4所示,其中F1、F2两条主馈线为环网线路,主馈线F3为单辐射线路。
1)基于变电站空间坐标,生成表征变电站供电范围的分区加权Voronoi图,如图5所示。
在此基础上,建立变电站初始联络矩阵:
2)计算变电站间联络约束条件
分析区域内10 k V中压线路的参数、线路负载、线路转供能力,线路参数、负载、线路转供能力如表1所示。
分析区域内10 k V中压线路的参数与负荷分布模型,计算站间合理转供线路长度如表2所示。
由表1、表2可知,线路满足转供能力约束条件,线路转供约束条件为dmin=3.608 km。
3)结合变电站初选联络矩阵和变电站间联络约束条件,建立变电站联络矩阵Us:
由变电站联络矩阵可知,变电站S1与变电站S2可以通过增加联络开关形成站间联络。
4)在确定变电站间相互联络的情况下,分别对S1系统与S3系统建立基于全寿命周期效能指标的开关优化配置数学模型,采用改进的粒子群算法进行求解,计算结果如表3所示。
由表3可知,S1与S3系统配置开关后,与系统未配置开关时相比,系统的总成本明显降低。S1系统的全寿命周期效能大于1,说明该系统单位收益大于单位LCC,而S3系统的全寿命周期效能小于1,说明S3系统的单位LCC收益小于S1系统的单位LCC收益。这是由于系统S1与系统S2形成了站间联络,同时,其可靠性也高于S3系统。
5 结语
本文将开关优化配置问题与农村电网实际相结合,首先根据线路转供能力限制与线路转供长度限制确定变电站的整体联络架构,然后在此基础上,保证系统总成本降低与系统可靠性的情况下,以系统全寿命周期效能指标最大的方案作为最终方案。该方法能较好的结合农村电网的特征,为农村电网的开关优化配置提供了一个合理方法。算例表明提出的方法是可行的。
江阴市配电网开关优化配置的研究 篇2
城市配电网是一个高负荷、多用户的复杂系统。配电网规划应与城市发展规划相互配合, 以满足社会经济发展和人民生活水平不断提高的电力需求。
如果简单的追求导线绝缘化率、电缆化率以及配电变压器的低损耗率等指标, 而忽视配电网中网络结构, 那配电网的运行水平和可靠性将难以得到提升。因此需要对配电网线路的结构进行优化调整, 而对线路分段和联络开关的调整, 适当增加开关数量将有效的提高线路的负载率和负荷转移能力, 提高配电网可靠性。因此分段开关的优化配置已成为配电网规划设计的一个重点。
1中压配电网分段开关优化配置的研究
1.1配电网分段开关优化配置的数学模型
配电网分段开关的优化配置是在原有配网网架与开关设备安装的基础上, 通过选择新增分段开关的数量、安装位置的优化配套, 使得系统综合年费用最小并满足供电可靠性要求。系统综合费用一般由分段开关投资费用、运行维护费用和停电损失费用组成。
1分段开关的投资费用:分段开关投资现值可以转化为等年值进行经济评价:
式中:Nj—分段开关的数量, CS—分段开关单台费用;i—投资回收率;Pj—分段开关使用年限。
2运行维护费用。分段开关每年的运维费用CW可以由投资费用的占比给出:CW=CNC1, 式中:CN-年运维费用占费用的百分比。
3停电损失费用。
用户停电损失的确定相当复杂, 它与许多因素有关, 主要停电发生的时间、停电提前通知时间, 停电持续时间和停电频率四个方面组成。用户的停电损失和很多的相关因素有关, 主要与缺电时间、缺供电量、缺电持续时间及负荷类型相关。而停电损失评估方法主要为平均电价折算倍数法、产电比法和总拥有费用法。通过上述两个方法的加权平均来计算停电损失费用CL:
式中:WENS—期望缺供电量;K—产电比;α1—产电比加权系数;α2—平均电价折算倍数法加权系数;b—单位停电电量电价与平均电价的比值;d—平均电价。
综合分析分段开关配置的投入费用、运维费用和停电损失费用的数学模型为:
目标函数:min C=min (C1+CW+CL)
约束条件为:
(1) 可靠性约束:用户可以选择不同的可靠性要求, 配电网的可靠性需满足用户要求, R≥R0
式中:R—在分段开关优化配置方式下的可靠性指标;R0—用户所要求的最低可靠性水平。
(2) 节点电压约束:Vimin≤Vi≤Vimax
式中:Vi—第i节点电压;Vimin—第i节点电压的最小值;Vimax—第i节点电压的最大值。
(3) 线路电流约束:Ii≤Iimax
式中:Ii—第i条支路电流;Iimax—第i条支路允许的最大安全电流。
(4) 缺供电量约束:
式中:Wmax—最大缺供电量;8760—每年的小时数;SA—供电可用率;P—线路总负荷。
1.2遗传算法在分段开关优化配置使用的流程
遗传算法是根据优胜劣汰的方法进行搜索和优化, 需要考虑目标函数和条件, 采用“0, 1”变量进行优化, 在配电网分段开关优化配置中应用一般遗传算法的流程:
1染色体的编码:采用二进制编码, 每个优化方案对应遗传算法中一个个体, 开关的位置为基因个数, 开关位置对应染色体中的一位基因值, 基因值取0、1表示是否安装分段开关。
2群体初始化:遗传算法随机产生600个个体, 组成一个初始种群, 为保证初始个体基因间关系正确, 可以按照染色体编码中基因顺序来随机生成每一个基因, 在生成过程中逐个调整基因间的相互的关系。
3适应度计算:适应度是衡量个体作为全局最优解的可接受程度的一个非常重要的指标。适应度函数由目标函数变换而成的, 系统综合费用越少则代表个体越优秀, 因此我们选取它的倒数为适应度函数, 适应度最高的情况也是出现最优解的情况。
适应度函数:
4遗传操作:选择算子时, 采用适应度比例选择法, 设群体大小为N, 个体适应度fi, 个体i被选的概率Psi, 概率Psi反映i的适应度值在群体适应度总和的比率, 个体的适应度值越大, 则越容易选中。
交叉操作采取一点交叉, 交叉概率为Pc, 在个体串中随机选择一个交叉点, 在随机变量在[0, 1]间, 当随机变量的值小于Pc时, 两个个体在改点前后进行部分互换, 形成新个体。
为形成特征的新特点, 需要采用变异操作, 从而形成全局最优, 可采用随机节点的方法进行变异, 在[1, n]间采取产生的随机数已制定染色体的基本变化位置, 变异概率为Pm, 当随机变量的值小于Pm时, 所在位置的基因因此就发生了变异。
1.3改进遗传算法在开关优化配置中的应用:
本改进遗传算法为自调节遗传算法, 通过提出调整算子来实现防止遗传算法陷入“早熟”的情况。配电网分段开关优化配置过程中采用一般遗传算法经过交叉、变异算子操作后, 每个染色体基因值就发生了一定的改变, 可能会与约束条件相违背。这种问题出现时, 在交叉和变异操作之后, 立即采用调整算子进行调整约束, 对变异概率采用调节算子进行动态调整, 具体操作过程如下:
(1) 调整算子:
经过交叉算子或变异算子操作, 新产生的染色体集合, 取出第一个个体;记录该个体发生交叉或者变异的基因位置K;由个体的第一个基因至最后一个基因为止, 分别与第K个基因进行校验, 看是否满足约束条件, 如果满足就通过, 不满足就进行修正;接着校验个体中发生交叉或变异的第K+1个基因到该个体最后一个发生变化的基因为止, 如果最后所有个体均已校验结束, 就完成了调整过程, 跳转到下一个体并进入第二阶段。
(2) 调节算子
变异概率Pm将影响算法的收敛性, 如果Pm取值过大, 遗传算法就变成了纯粹的随机搜索活动, 很大程度下降低了遗传算法的效益, 如果Pm取值过小, 产生新的个体结构将十分困难, 将使遗传算法陷入到搜索局部最优解中, “早熟”可能性将大幅增加。在遗传算法趋于早熟时, 如果提高变异的概率值, 将获得多样性的群体, 对于群体中任意a, b个体和整个群体的相异度分别为:
式中:l—基因链长度;αj—α基因连锁的第j位基因;bj—b基因连锁的第j位基因;N—群体中个体总数。
将调节算子安排在每次迭代过程中变异操作之前来对变异概率P进行动态调整, 其调整过程为:
式中:dt—群体的相异度;σ—群体相异度门槛值;△Pm=0.1;Pm0—变异概率P的初始取值;Pmˊ_Pm上一次迭代的取值。
2基于改进遗传算法的配电网分段开关优化配置在江阴的应用
10千伏定山线与10千伏龙潭线线路互联, 其中定山线主干线路长度4.83公里, 其中架空型号为LGJ-185, 电缆截面300, 装见容量14100k VA, 负荷3.545MW, 安装分段开关1台, 负荷主要为工业和居民用电;10千伏龙潭线主干线路长度1.41公里, 架空型号为LGJ-185, 电缆截面为300, 线路装机容量10435k VA, 平均负荷为3.956MW, 主干线安装开关1台, 分支线安装开关3台, 主要为周西工业集中区工业负荷。任意线路故障时合上联络开关可以满足负荷转供要求, 两条线路主干线的分段均2段。
对两条线路示图分别进行简化, 线路的节点长度和负荷数据省略。设分段开关每台投资限值为2万元, 投资回报率为10%, 经济使用年限为30年, 分段开关年运行维护费用为投资费用百分数的3%, 产电比法的加权系数为0.36, 平均电价折算倍数法的加权系数为0.64, 产电比为6.65元/千瓦时, 电价倍数为25, 平均电价为0.52元/千瓦时, 线路平均故障率为0.1次/年, 线路平均修复时间为3小时/次, 分段开关倒闸时间为30分钟/次, 上述地区属于乡镇工业和居民区, 供电可靠率下限取值为99.99%, 见图1。
对开关优化配置方案后进行分析, 10千伏龙潭线分别在4-6、10-12、16-18安装3台分段开关时, 综合总费用最小, 可靠性达到0.999955;10千伏定山线分别在28-31、33-35、37-39、43-45安装4台分段开关时, 综合总费用最小, 可靠性达到0.999937。而原两条线路分别安装在8-10、35-37各安装了一台分段开关, 开关数量明显不足, 位置也不太合适, 更难以满足可靠性和经济性要求, 因此可以在今后的改造工作中应予以完善。
结语
本文针对城市配电网主馈线分段开关设置的非线性问题, 提出了基于改进遗传算法的分段开关优化设置分析方法, 通过引入增加调整算子和调节算子的自调节遗传算法, 以综合费用为目标函数, 将可靠性转化为缺供电量作为约束条件, 提出了基于改进遗传算法的分段开关优化设置分析方法, 消除了算法的局限性, 并通过在江阴地区10千伏单环网线路分段设置进行优化计算, 验证了改进方法的可行性。
摘要：配电网是电力系统的重要组成部分, 配电网规划的是电网建设基础。本文针对城市配电网主馈线分段开关设置的非线性问题, 提出一种遗传算法分段开关优化设置的分析方法, 通过引入增加调整算子和调节算子的自调节遗传算法, 以综合费用为目标函数, 将可靠性转化为缺供电量作为约束条件, 并对线路分段开关优化配置进行了验证。利用分段开关优化配置算法方法, 对江阴地区典型单联络架空线路的分段设置进行了计算和分析。
关键词：江阴电网,改进遗传算法,分段优化配置
参考文献
[1]李敏强, 寇纪凇, 林丹, 等.遗传算法的基本理论与应用.北京:科学出版社, 2002
开关配置 篇3
为保证供电的可靠性,10 kV开关站配有专门的继电保护装置,但在实际运行过程中仍存在问题。本文结合上海郊区10 kV开关站的具体情况就其保护配置展开讨论,并提出几点可行的改进意见。
1 10 kV开关站的保护配置
按照《上海电网10～220 kV继电保护整定原则》相关规定:对于架空线路,35 kV变电站10 kV出线配有电流速段保护、反时限过流保护和重合闸;对于纯电缆线路,则其10 kV出线仅配置反时限过流保护,并保证10 kV出线保护与上级主变压器过流保护具有选择性。
10 kV开关站内,所有出线均应配置电流速断保护,但部分地区考虑到与下级用户熔断器配合,也可配置反时限过流保护或在电流速断保护中增加一定的短时延时,保证当下级用户发生故障时,下级熔断器先熔断。作为变电站10 kV母线的延伸,10 kV开关站内部接线方式一般为单母分段接线,通过两段母线之间装设分段开关,提高开关站运行的灵活性和可靠性。分段开关配置基于电压鉴定的备用电源自动投入装置(以下简称备自投)保护,即当一段母线一相失压,另一段母线三相有压,且分段开关在分位时,备自投保护动作,合分段开关,同时启动分段开关低压过流后加速保护。此时在1 s时间内若分段开关流过故障电流,则保护动作,跳开分段开关,保证无故障母线可以继续运行。10 kV开关站接线方式示意图如图1所示。
2 10 kV开关站保护配置存在的问题
由于实际工程设计中,根据线路走廊的需求,尤其在郊区,存在10 kV开关站进线为架空线电缆混合线路和纯电缆两种类型。当二回进线中存在一回及以上的线路为架空线电缆混合线路时,若一条母线或母线设备发生故障时,备自投投入后加速保护将无法及时切除故障,以致造成全站失电,具体分析如下。
10 kV开关站Ⅱ母线故障示意图如图2所示。在图2中,电源线S1为架空线电缆混合线路,电源线S2为纯电缆线路。
在图2中,当Ⅱ母线k点处发生短路故障时,上级变电站10 kV电源线S2反时限过流保护动作,断路器QF2跳开,10 kVⅡ母线失压,备自投通过电压鉴定,经过4.5 s后合上分段开关。此时,由于故障仍然存在,电源线S1开关保护流过故障电流,其电流速断保护动作,跳开QF1断路器,启动重合闸,经0.7 s重合闸动作,S1断路器QF1重合并闭锁电流速断保护,电源线S1反时限过流保护动作,跳开S1断路器QF1,此时,开关站两条电源线全部失电。
10 kV开关站Ⅱ母线故障后保护动作情况流程图如图3所示。
通过对该开关站保护动作过程的分析,得出以下几点结论。
1) 由于为混合线路的10 kV电源线的前加速过流保护仅考虑躲过断路器合闸时的线路最大励磁涌流及线路出口相间短路有足够的灵敏度,其保护范围必然超出线路全长,延伸到10 kV开关站出线。因此,当10 kV开关站母线分段断路器在合位、Ⅱ母线存在故障时,电源线S1前加速过流保护必然动作。
2) 根据整定原则规定,为了保证分段断路器与出线之间保护的选择性,分段断路器后加速过流保护仅开放0.8～2 s,实际应用中开放为1 s,且动作时间为0.2～0.3 s。在事故案例中,前加速过流保护动作后,经0.7 s重合闸动作,由于断路器本身动作需要约0.2 s,已超过后加速过流保护动作开放时间,因此未及时跳开分段开关,导致事故扩大化。
3 改进意见
1)在变电站10kV馈线上增加纵差保护,纵差保护以线路两端的电流值比较作为判断依据,不仅能够很好地约束过流速断保护的保护范围,且保证了变电站10kV馈线与开关站10kV出线之间保护的选择性。但目前纵差保护的应用还未完善,通信通道等经常出现问题,并且其安装成本较高。
2)将10kV架空线与电缆的混合线路改为纯电缆线路。由于混合线路易受雷击等天气因素影响,会发生瞬时故障,引起过电压,对设备损害很大,因此必须快速切除故障,并配备重合闸功能。纯电缆线路一般发生相间永久性故障,仅配置反时限或延时过流保护,若开关站进线均为纯电缆线路,可避免非故障侧进线失电,依靠分段断路器保护动作切除故障。但因进线的更改耗费很大,因此,该措施应在开关站设计时予以考虑。
3)延长分段断路器后加速低压过流保护开放时间。根据上述分析,造成开关站全站失电的主要原因为分段断路器后加速保护开放时间过短,保护来不及动作已被闭锁。对此,延长其开放时间至1.5～2s,以保证后加速保护能够正确动作。但开放时间延长易造成在后加速开放时间内,若开关站10kV出线故障,后加速低压过流保护将与出线配置的速断保护之间失去选择性而同时跳闸,且备自投后加速保护开放时间由装置内部固定,这需要装置厂家协助设置。
4 结语
10 kV开关站承担着扩展10 kV走廊,重新分配出线的重任。本文结合工作中实际遇到的问题提出通过增加纵差保护、将架空线与电缆的混合线路改为纯电缆以及增加备自投后加速保护开放时间等措施,保证10 kV开关站内保护具有选择性的可靠动作,提高了保护的可靠性、选择性、灵敏性和速动性,对中低压配电网的稳定运行具有重要的意义。
摘要：上海郊区10kV开关站当两条电源线有一条及以上为混合线路时,一旦母线或母线设备发生故障,开关站内备用电源自动投入装置后加速保护无法正确动作,最终将造成全站失电。针对以上问题,提出了几点可行的改进意见。
关键词：10kV开关站,保护配置,备用电源自动投入,后加速保护
参考文献
[1]董张卓,杨杉,段欣.级联开闭所超短线路电流保护整定方法研究[J].陕西电力,2009,34(4):20-23.
开关配置 篇4
1 负荷开关-熔断器组合电器的保护原理及形式
由于负荷开关- 熔断器只有有效运行, 才能够对变压器实现恰当的保护。 一般情况而言负荷开关- 熔断器有三种较为有效的保护形式, 分别是手动或电动分离、 熔断器分离, 通过撞击器让负荷开关可以三相联动、 通过过游、 接地、 温度等信号让负荷开关分断。
1) 手动或电动分离。 在手动或电动分离的时候, 负荷开关的机构脱扣通过预先的弹簧储能, 可以通过手动或是电动的分闸信号, 实现脱扣分闸。 这种类型的负荷开关的结构设计方面很繁琐, 至少需要两根弹簧, 一根作为分闸的弹簧而另一根则作为储能弹簧, 当负荷开关的合闸发生短路的时候, 熔断器能够马上跳闸, 这就导致撞击器的联动负荷开关可以在50ms左右的时间内实现分闸, 从而可以把故障隔离开来, 维护机器的稳定运行。
2) 熔断器分离, 通过撞击器让负荷开关可以三相联动。 在高压熔断器进行型号的选择时候, 应该加强验证组合电器的实际转移电流需要比负荷开关断额定转移电流的能力要小。 此外, 如果在最小开断电流和额定电流之间的时候, 事实上有着一个熔断器不能开断的重要电流区域, 就应该让负荷开关开断, 从而能够更加良好的对变压器进行保护。
3) 通过过游、 接地、 温度等信号让负荷开关分断。 这种方式主要指的是通过过流、 瓦斯、 接地、 温度或者是其他的信号动作分离脱扣器运行, 导致负荷开关断开。 如果高于负荷开关的额定电流条件或是转移电流, 能够致使负荷开关开断失败的概率, 所以在负荷开关- 熔断器组合电器应该使用继电保护的过程中, 应该加强相互之间的配合。
2 10k V配电变压器高压侧的保护配置方案
断路器和负荷开关- 熔断器组合电器两种方式, 在10k V配电变压器高压侧的保护配置中经常使用。 断路器在电网的运行过程中, 一般是用来对正常运行时的负荷电流与故障时短路电流进行区分, 所以能够在实施的过程中, 起到自动的保护作用, 但是它的结构特别繁杂, 且价格高, 不能进行批量生产[1]。 负荷开关- 熔断器组合配置在运用的过程中, 可以根据实际需要分配额定负荷电流, 能够满足配电变压器在正常运行或是发生故障情况下的安全保护功能。 负荷开关- 熔断器组合配置的方式, 能够将简单的操作和较好的经济效益结合起来, 又能够弥补负荷开关不能开断短路不完善的方面, 还能够保持稳定的运行。
3 在变电站中负荷开关-熔断器组合电器的运用
在终端的变电站运行过程中, 一般在高压方向安装负荷开关- 高熔断器容量的后备形式限流熔断器组合方式, 从而能够对变压器进行完善的保护; 而在箱式变电站运行中, 一般情况下, 将负荷开关与高遮断容量的后备式限流熔断器进行统一使用; 在环网供电单元中, 对变压器馈线间隔和环网电缆馈线之间运用负荷开关从而起到保护作用。 经过实践的检验, 这是一种成本投入下, 有安全的变压器保护模式。
4 负荷开关-熔断器组合电器的优点
1) 开合空载变压器的性能较好。 由于环网柜能够承担大量的低压电器设备运行压力, 并且能够提供带能源, 一般情况下, 对电源的配电变压器容量在620k VA以下。 配电变压器的空载电流在大部分情况较小, 为额定电流的百分之二, 而容量更大的配电变压器的空载电流更加小, 所以在环网柜的开合空载变压器电流小的特点, 能够起到良好的效果, 所以不会产生特别高的过电压[2]。
2) 能够对配电变压器进行良好的控制。 由于高遮断容量后备式的限流熔炉断器有快速切断和限流功能, 能在十毫秒的时间内将短路故障切断, 并能将短路的电流进行限制, 从而能够保护电网的整体运行安全。 由于在断路器在进行电流且过的过程中, 应该通过继电保护装置的判断, 而且需要燃弧和熄弧的时间, 整体时间较长需要六十毫秒左右的时间。 所以运用负荷开关- 熔断器组合电器能够起到良好的作用。
5负荷开关-熔断器组合电器的主要要点
5.1撞击器的操作方法
由于负荷开关和撞击器的下流熔断器互相配合, 所以当熔断器发生熔断的时候, 可以从内置的撞击器进行操作, 让负荷开关的三相一起进行分闸, 所以这个分闸就可以被称作撞击器操作。 通过这种操作方式, 可以将电流断开, 它的具体特征是依赖于熔断器熔炉触发器而进行的。
5.2 脱扣器操作的方法
由于撞击器的操作方法有一定的缺陷, 所以为了解决实际的问题, 在进行负荷开关中, 搭配分离脱扣器, 能够为远距离的操作提供便利。通过配合负荷开关与熔断器进行二级保护, 让小于交接的电流在保护装置中通过, 通过继电保护装置, 将脱扣器和负荷开关分闸处理, 如果大于交接电流, 那么熔断器断开。 通过运用脱扣器操作, 可以较好的将上下级配电保护问题进行处理, 且不会造成熔断器损坏。
6负荷开关-熔断器组合电器在运行过程中需要注意的方面
6.1 10k V负荷开关的选择
在负荷开关的选择上一般有两种形式分别是一般型和频繁型: 一般型包括压气式负荷开关与绝缘介质的产气式两种形式; 而SF6和真空负荷开关是属于频繁型的模式。 由于频繁型负荷开关的使用寿命长, 并且质量好, 所以使用范围要比一般型负荷开关要广。
6.2 开断转移电流对于负荷开关的具体要求
由于三相熔断器熔体熔化需要一定的时间, 如果当中的某相熔断器比其他的几段提前熔断时候, 它的撞击器能够用高压负荷进行开关分闸, 并且能够把其余两侧的过载电流降低90%左右, 而且由它进行切断, 所以转移电流值得是负荷开关转换职能与熔断器的三相对称电流, 如果比这个值低的时候, 首开相电流由熔断器开断, 其他两相电流由负荷开关开断。 需要重视的是, 如果有较多台配电变压器进行运行的过程中, 在组合电器的选用过程中一定要重视电流的效验问题。
7 结束语
随着我国经济的不断发展, 对于电力的需要也更加巨大, 所以在电力设备使用和安装的过程中, 不但应该提高相关的科技技术, 还应该借鉴国外的先进经验, 在今后推广应用的过程中, 不断积累经验。
参考文献
[1]魏建荣.负荷开关-熔断器组合电器的应用探讨[J].机电信息, 2015.
开关配置 篇5
1 断路器与负荷开关混合配置的智能分布式馈线自动化的配置架构
断路器与负荷开关混合配置的智能分布式馈线自动化实现方式, 需要合理布点断路器、负荷开关等一次设备, 将配电网络划分成若干个小区域, 一般以一个或双环网为单位, 只需在环网柜或开关站所的DTU上配置智能FA控制模块, 该模块与环网内各终端 (DTU FTU) 经“光缆通道”高速通信, 通过配电环网线路上断路器与负荷开关的合理配置, 环网柜或开关站所断路器过流保护与变电站出线开关过流保护的时限级差的合理配合, 根据区域内环网拓扑结构和逻辑判断, 实现故障完全快速隔离和非故障区域的快速恢复供电。该方式在配电环网线路靠近电源点两侧的环网柜或开关站所配置断路器, 其他配电开关为普通负荷开关配置 (典型配置如图1所示) 。
2 断路器与负荷开关混合配置的智能分布式馈线自动化的动作逻辑
如图1, 变电站A、B之间的双环网线路, 选择离变电站A、B最近的配电开关站A、B, 将配电开关站A、B内所有进出线配电开关采用全断路器配置。配电开关站A、B站内母联开关、A、B站之间的其它环网柜为传统的负荷开关配置。变电站A、B之间的双环网线路上断路器、负荷开关均由智能自愈式FA控制单元控制。如图典型运行方式下 (3#环网柜301、6#环网柜401为联络开关, 正常为分位, 配电开关站A、B内母联开关为分位) , 当f1点发生故障:
动作断面1:从故障点向电源点追溯, 故障点上游101、102、201、202出现故障电流, 并向DTU1智能自愈式FA控制模块上报故障信息, 分布式FA启动;
动作断面2:配电开关站A内102断路器 (由智能自愈式FA控制单元发分闸命令) 先于变电站A出线保护动作前跳开, 实现故障的一次初步隔离;该种故障一次初步隔离方式下, 变电站A出线未跳开, 不影响其对配电开关站A其它出线的供电, 减少了停电范围。
动作断面3:DTU2中的201、202开关上报故障信息, 而DTU3中的301开关未上报故障信息, 则故障点精准定位在202、301负荷开关之间, 在配电开关站A内102断路器跳闸初步隔离故障后, 智能自愈式FA控制单元下发202、301开关分闸命令, 实现故障的二次精准定位与隔离。
动作断面4:故障隔离成功后, FA控制单元下遥控命令给DTU4合3#环网柜联络开关401, 恢复2#环网柜的供电, 实现故障下游的负荷转供。
动作断面5:FA控制单元下发遥控命令给DTU1合配电开关站断路器102, 恢复1#环网柜的供电, 实现故障上游的负荷转供。
3 结论
断路器与负荷开关混合配置的智能分布式馈线自动化能实现故障的精准定位与分级隔离, 突破了传统智能分布式FA全断路器的局限, 只在配电开关站配置断路器, 节约了一次设备投资:对配电网架变更的适应性较好:一次网架变更后, 只需要修改智能自愈式FA控制单元的配置以及故障判断逻辑, 不需要逐个配电终端进行逻辑配置, 人工调试相对于广域保护智能分布式FA简单。
参考文献
[1]国家电网公司, 配电自动化试点建设与改造技术原则[Z].2009.
开关配置 篇6
断路器失灵保护是指当故障线路的继电保护动作发出跳闸信号后, 断路器拒绝动作时, 能够以较短的时限切除同一发电厂或变电所内其他有关断路器, 将停电范围限制到最小的一种后备保护, 也称后备接线。
例如:在图1所示的图中, 线路L1上发生短路, 断路器QF1拒动。若由L2和L3的远后备保护动作跳开QF6、QF7, 将故障切除, 虽然满足了选择性的要求, 但延长了故障切除时间、扩大了停电范围甚至破坏系统稳定, 这对于重要的高压电网来说是不允许的。因此, 采用断路器失灵保护, 以较短的时限动作跳开QF2、QF3和QF5, 将故障切除。
产生断路器失灵故障的原因是多方面的, 如断路器跳闸线圈断线, 断路器的操作机构失灵等。高压电网的断路器和保护装置, 都应具有一定的后备保护, 以便在断路器或保护装置失灵时, 仍能有效切除故障。对于重要的220k V及以上主干线路, 针对保护拒动通常装设两套独立的主保护 (即保护双重化) , 针对断路器拒动即断路器失灵, 则专门装设断路器失灵保护。
2 郑州地铁1号线供电系统介绍及35k V开关柜断路器失灵保护配置
2.1 郑州地铁1号线供电系统概述
郑州地铁1号线一期工程采用集中式供电, 共设通泰、新华两座主变电站, 每个主变电站从城市电网110k V侧引入两回电源。
主变电站通过主变压器降压成中压35k V电源, 再通过中压环网把电能传输到各个牵引、降压变电所。郑州地铁1号线一期工程集中供电示意图见图2。
牵引变电所将交流35k V经降压整流变成直流1 500V送到接触网上, 为列车提供牵引用电。降压变电所将交流35k V降压变成交流220/380V电压, 为车站 (或车厂) 机电设备提供动力或照明用电。会展中心牵引降压混合变电所主接线图所示3所示。
2.2 郑州地铁1号线35k V开关柜断路器失灵保护配置
(1) 断路器失灵保护配置情况
郑州地铁1号线35k V开关柜采用ABB生产的REF542保护装置, 进出线环网开关采用ABB生产的RED615差动保护装置。其中35k V进出线环网开关及动力变、整流变馈线开关均配置有断路器失灵保护。
(2) 断路器失灵保护动作逻辑
郑州地铁1号线35k V开关柜断路器失灵保护动作逻辑见图4。
从图4可以看到, 当保护跳闸出口后200ms仍检测到断路器在合位时, 则判定为断路器失灵, 发出联跳信号。动力变、整流变馈线断路器失灵后联跳本站同段母线上35k V进、出线环网及母联开关, 35k V环网开关断路器失灵后联跳本站同段母线上其余的进、出线及母联开关。
3 对郑州地铁1号线35k V开关柜断路器失灵保护的逻辑分析
3.1 存在的问题
从图4中可以看出, 保护跳闸出口后仅检测断路器的合位信号, 经过延时即判定为断路器失灵, 此逻辑不够完善, 具体原因如下:
只有在供电时, 保护装置才能检测到故障信息, 发出保护跳闸信号, 而要保证正常供电除了要保证断路器在合位以外, 还要保证隔离开关在合位。
如果隔离开关不在合位, 仅检测断路器位置合位信息即判断断路器失灵, 在检修、保护校验时会造成越级跳开关, 造成误停电的隐患。如在动力变检修或保护校验时需要将相应的35k V馈线开关 (如304A) 进行维护接地, 为了保证作业时的安全, REF542会发命令断开断路器操作电源。此时接地开关在合位, 断路器在合位, 保护校验时保护装置会发出跳闸信号, 而此时断路器因失去操作电源无法分闸, 当延时满足后就会发联跳信号至同段母线上35k V环网进、出线及母联开关, 出现越级跳开关的情况。原本属于正常的停电检修、维护作业反而引起停电范围的扩大, 甚至酿成事故, 大大降低了供电可靠性。
3.2 优化方案
3.2.1 动力变、整流变馈线开关断路器失灵保护的优化方案
一方面为解决实际检修过程中碰到的问题, 另一方面为保证相应开关在断路器失灵后能够及时切除故障, 需要对相应断路器失灵保护逻辑进行优化:在原有仅检测断路器在合位信号的基础上, 增加检查隔离开关同时在合位的判据。优化后的逻辑见图5。
从图5中可以看到, 只有相应开关柜在正常供电情况时 (断路器在合位, 且隔离开关在合位) 才可能发出断路器失灵保护动作, 这样即能很好地解决检修过程中碰到的实际问题。
3.2.2 35k V环网进、出线开关断路器失灵保护的优化方案
由于每个环网开关均设置有过流保护, 上级多个变电站的环网开关均可作为某一网开关的后备保护, 灵敏度一般均能达到要求。在满足保护灵敏度要求的情况下, 尽量简化保护种类, 建议取消1号线35k V环网开关断路器失灵保护功能。
4 总结
本文通过对郑州地铁1号线35k V开关柜断路器失灵保护设置及动作逻辑的分析, 提出了优化方案。结合郑州地铁1号线的实际经验, 建议在后续线路设计时充分考虑此种情况。站在节约成本、减少维护时的工作量、降低保护误动机率的角度, 配置保护种类在满足相关要求的前提下应尽量简化, 优化保护逻辑, 以提高供电的可靠性。
参考文献