环网运行（共5篇）
环网运行 篇1
1 前 言
变电站直流系统是十分重要的电源系统, 为电力系统的控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及事照明等提供可靠稳定的不间断电源, 它还为断路器的分、合闸提供操作电源。由于直流电源在二次系统所处的重要地位, 直流系统自身的可靠及安全直接影响到整个系统的安全, 尽管直流电源十分稳定可靠, 但实际应用中, 由于电力系统直流电源的特殊性, 特别是在控制回路和保护回路中的应用, 使直流系统的故障成为电力系统更大故障的事故隐患, 这就是我们常说的直流系统接地故障危害。近年来随着电网的发展与技术的进步, 对于直流系统的在线检测技术日益完善。但对于直流环路运行下的接地, 用一般的查找方法查找故障点是比较困难, 目前应用中的无论是直流绝缘监测系统还是直流接地查找装置, 绝大部分也都无力处理这些问题。因而变电站如何判断直流系统是否存在环路运行尤显重要。
2 直流系统运行方式
220kV变电站直流系统一般的运行方式如图1所示。在图1中, 正常运行时两段直流系统分列运行, 每一段直流母线的电源分别通过充电模块与一路交流电源连接, 两组独立的蓄电池组分别对应供入Ⅰ、Ⅱ段直流母线。
3 对比分析
要分析直流系统是否存在环路, 可以通过对直流系统的潮流分布来判断。这样就需要采集几个数据, 分别如下:蓄电池组充电电流I1 (取流入蓄电池组的电流为正电流, 反之则为负电流) 、母线电流I2、充电机充电电流I3 (取流入母线的电流为正电流, 反之则为负电流) 。对应图1的运行方式, 可以取Ⅰ段充电模块充电电流总和作为Ⅰ段直流系统的充电机充电电流, Ⅱ段充电模块充电电流总和作为Ⅱ段直流系统的充电机充电电流, 电流表A12的电流值作为Ⅰ段直流系统的母线电流, 电流表A22的电流值作为Ⅱ段直流系统的母线电流, 电流表A11的电流值作为Ⅰ段直流系统的蓄电池组充电电流, 电流表A21的电流值作为Ⅱ段直流系统的蓄电池组充电电流。当然对于直流系统有微机型直流系统监控模块的, 这些电流数据可以直接在监控模块上读取。
通过对两个220kV变电站的直流系统的实际数据来进行对比分析。这两个变电站中A变电站直流系统不存在环路运行, 而B变电站是确认存在直流环路的。首先, 收集在正常运行方式下的各组数据;然后, 断开Ⅰ段直流系统的交流充电模块或者断开交流充电模块与直流母线连接的切换开关, 即Ⅰ段母线仅有蓄电池组供电得, 得到两个变电站的各组数据, 如表1所示。
在变电站不存在环网运行时, 无论是Ⅰ段直流系统是在正常运行方式 (即由交流充电机和蓄电池组同时供电) 下还是在Ⅰ段直流系统仅蓄电池组供电的情况下, 在考虑有损耗和误差的情况下, 对于Ⅰ段直流系统、Ⅱ段直流系统都有:I1 +I2 =I3, 而且Ⅱ段直流系统潮流分布对于Ⅰ段直流系统运行方式的变化没有任何变化。潮流分布下如图2、3而在变电站存在环网运行时, 在Ⅰ段直流系统在正常运行方式 (即由交流充电机和蓄电池组同时供电) 下, 在考虑有损耗和误差的情况下, 对于Ⅰ段直流系统、Ⅱ段直流系统都有:I1 +I2 =I3。与不存在环网的直流系统潮流分布没有较大的差别。但在断开Ⅰ段直流系统交流充电机, 即Ⅰ段直流系统仅由蓄电池组供电时, Ⅰ段直流系统母线电流和蓄电池充电电流降至接近于零, 但此时Ⅰ段直流系统以及下面所带的负荷均运行正常。同时也发现Ⅱ段直流系统母线电流和充电机充电电流增大, 而且近似等于运行方式改变前的Ⅰ、Ⅱ段的对应电流之和。此时的直流潮流分布如图4。
在断开Ⅰ段母线交流充电机后, 该段母线转由蓄电池组直接供电, 蓄电池组的放电就会导致蓄电池组电压会逐渐下降, 导致Ⅰ段母线电压低于Ⅱ段母线电压。若此时Ⅰ、Ⅱ段直流母线存在环路运行的情况, 则Ⅰ段母线所供符合通过环路转由Ⅱ段母线代供, 则出现了Ⅰ段直流系统母线电流和蓄电池充电电流降至接近于零, Ⅱ段直流系统母线电流和充电机充电电流增大。
4 建立直观判断的数学模型
对于运行方式如图1或者类似图1的两段母线分段运行的直流系统, 要判断该直流系统是否存在环网运行, 可以简单的通过以下的模型来判断。
1) 分别通过电流表或者集中监控器抄录正常运行方式下的两段母线各自对应的蓄电池组充电电流I1 (取流入蓄电池组的电流为正电流, 反之则为负电流) 、母线电流I2、充电机充电电流I3 (取流入母线的电流为正电流, 反之则为负电流) 。
2) 断开Ⅰ段直流系统充电机或者是充电机与直流母线连接的切换开关, 运行1分钟左右后, 采取同第一步的方法抄录两段母线各自对应的蓄电池组充电电流I1 (取流入蓄电池组的电流为正电流, 反之则为负电流) 、母线电流I2、充电机充电电流I3 (取流入母线的电流为正电流, 反之则为负电流) 。
3) 分别将两组数据抄录到表2, 然后分析:
a.若无论是Ⅰ段直流系统是在那种运行模式下, 在考虑有损耗和误差的情况下, 对于Ⅰ段直流系统、Ⅱ段直流系统都有:I1+I2=I3, 而且Ⅱ段直流系统潮流分布对于Ⅰ段直流系统运行方式的变化没有任何变化。则可以判定该直流系统不存在环网运行。
b. 若在Ⅰ段直流系统在正常运行方式 (即由交流充电机和蓄电池组同时供电) 下, 在考虑有损耗和误差的情况下, 对于Ⅰ段直流系统、Ⅱ段直流系统都有:I1+I2 =I3。但在断开Ⅰ段直流系统交流充电机, 即Ⅰ段直流系统仅由蓄电池组供电时, Ⅰ段直流系统母线电流和蓄电池充电电流降至接近于零, 但此时Ⅰ段直流系统以及下面所带的负荷均运行正常。同时也发现Ⅱ段直流系统母线电流和充电机充电电流增大, 而且近似等于运行方式改变前的Ⅰ、Ⅱ段的对应电流之和。则可以判断该直流系统存在环网运行。
5 结束语
在该模型的运用过程中, 主要存在的风险是断开交流充电机的该直流母线仅由蓄电池组供电, 若过程中发生蓄电池故障、熔断器熔断等故障时, 会导致该母失压, 造成部分保护、测控以及自动装置失电。
该模型能很好的被运用在直流系统新投产或者直流系统大修改造后的调试以及验收中, 该模型不需借助其他试验设备和大量的人力物力资源。在判断结果的支持下, 再采用拉路法并运用该模型查找出存在环路运行的支路, 这样就可以实现变电站直流系统的健康运行, 为设备、电网的安全稳定运行奠定了坚实的基础。此外, 该模型的功能还可以被直流系统集中监控模块所集成, 完善直流系统的自诊断功能。
参考文献
[1]杨书文.变电站直流系统接地故障分析与查找[J].湖北电力, 2008, 32 (1) :17-22.
[2]董明, 魏秉政.变电站直流系统运行现状及存在问题分析[J].继电器, 2006, 34 (3) :82-84.
[3]丁文敏.直流系统接地危害与查找方法.河北电力技术[J], 2005, 24:35-36.
[4]罗志平, 熊迪, 谢智浩, 乐予仲.变电站中直流系统存在的环网问题及解决方法[J].继电器, 2008, 36 (3) :71-74.
[5]李均甫, 张剑能, 任雪涛.浅谈变电站直流系统运行维护的几个问题[J].继电器, 2004, 32 (17) :75-77.
环网运行 篇2
1前言
随着国内城市电网建设与改造的加快，高压进入市区，直接深入负荷中心，环网供电成为解决城市负荷密度增加而呈现的必然结果。配电电压从以前的380V提升到10kV，进而从l0kV上升到20kV。《全国供用电规程》规定，凡送电容量超过160kVA，或用电容量超过250kW，则要求上高压。随着城市高楼大厦的崛起，生活小区的形成以及生产的集团化和规模化，需要高压送电给负荷中心。有关资料显示，如果将电压从380V提高到万伏级(10kV)，可以减少线路损耗60％，又可减少用铜量及总投资52％，技术效益相当可观。
环网柜属二次配电设备。二次配电设备是指将高压变压器受电的一次配电设备的电能进行再分配的中压开关设备。二次配电设备基础元件为负荷开关和限流熔断器，不但经济，而且保护特性好（如限流熔断器保护变压器）。我国传统二次配电设备是用断路器，不但价格贵，保护性也不好。改革开放后，从珠江三角洲开始，引进的以负荷开关和熔断器为基础的二次配电设备已日益深入人心。我国中压断路器与负荷开关(含接触器)比例已由1980年前的10：l，降为2003年的2.1：1，这是我国二次配电设备政策的革命性变化。但与国外相比，我国断路器与负荷开关之比相去甚远，国外(如德国、日本等)断路器与负荷开关之比为l：5～6，而我国现未达到1：1，要达到1：5～6还要付出巨大努力。
2环网柜发展趋势
在城乡电网改造和建设中，推行环网供电，即用电缆、走地下、呈环路，可以减少供电的中断，同时大大减少临时性的故障。因而，这种环网供电单元(环网柜)应运而生。
环网柜英文叫环网供电单元（RMU），它因城市推行环网供电而问世。在国外上世纪80年代初就已推出环网柜。此后世界高压开关制造商纷纷推出自己的环网柜。今天在中国市场上的环网柜，有国外及合资企业的产品，也有国内研制的产品。
我国目前的中压配电电压为l0kV，近年来，由于电力负荷的急剧增加，尤其城市生活用电和乡镇企业用电迅速增长，10kV配电电压已不能满足城乡经济发展的需要。这从国网公司推广20kV配电电压等级中可以看出。去年，根据国家电网公司“关于推广20kV电压等级的通知”的精神，20kV电压等级很快升温。江苏省率先在省内13个市推广20kV电压等级试点供电项目。早在l993年，苏州新加坡工业园区在中国第一个采用20kV电压供电。而目前我国中压配电网基本以10kV为主。随着经济的快速增长，特别是在经济发达地区，现有10kV配电系统容量小、损耗大等问题日益突出，已经很难承受急剧增长的用电负荷。与传统的10kV配电网相比，20kV配电网不但可以增加供电能力，加长供电距离、节约电能、降低75％的电力损耗，还具有显著的环保效益。
据测算，输送同等功率20kV供电线路的有色金属耗量可减少50％，节约建设投资约
40％。20kV等级早已列入国际电工委员会标准（IEC38一1983）中，已被数十个国家和地区采用，我国与1993年将24kV配电电压列入GBl56—93标准中。
20kV配电电压的推广，将给高压开关制造带来很大的商机。24kV环网供电单元(环网柜)必然走俏。如ABB于2008年11月宣布为江苏省泰州市靖江地区的24kV配电网提供24kVSafe系列充气环网柜。这是ABB继1993年中标中国第一个24kV供电项目——苏州新加坡工业园区后，第二次参与国内20kV供电项目的建设。
国外制造商早就制造有24kV环网柜，如西门子、ABB等80年代初就推出12/24kV环网柜。这是由于国外许多国家和地区以24kV作为中压配电的主电压。如欧美的美、法、英、德、意、独联体；亚洲的日本、新加坡、印度、韩国．、越南、老挝、缅甸、印尼、孟加拉、伊朗；非洲的埃及、赞比亚、安哥拉等国。因此对国内企业来说，急切需要开发和生产24kV环网柜，这不仅是国内市场的需要，也是国际市场的需要，应抓住这一商机。
3国内环网柜的生产现状
我国1998年实施城乡电网建设与改造，由于高压直接进人市区，深入负荷中心，推行环网供电，这就加速了环网柜的研发与生产。于是环网柜特别是12kV环网柜产量剧增。根据高压开关行业协会统计，2003年12kV环网柜产量为9265台，而2006年产量达87955台，几乎为2003年的10倍，而这仅仅过了3年。2006年的87955台相比2005年的69445台，增加185l0台，增长率为27％。生产环网柜的企业多达133家。产量3000台以上的企业有5家，分别为亚洲电力设备（深圳）有限公司（12380台）、宁波天安（集团）股份有限公司（8957台）、苏州阿海珐开关有限公司（4675台）、上海天灵开关厂（3698台）、北京科锐配电自动化股份有限公司（3150台），这些企业产量合计占行业总量的37％。而40.5kV环网柜仅84台，24kV环网柜产量空缺。在国网公司推广24kV电压等级的今天，必须加快24kV环网柜的生产。
环网柜有空气绝缘柜和气体绝缘柜。在这两种柜中，气体绝缘柜用的最多，成为主导产品。气体绝缘柜主要是SF6环网柜。SF6环网柜因利用绝缘性能优异的SF6气体绝缘，故整个柜子不受外部环境的影响，同时SF6气体的绝缘性能是空气的三倍，因而SF6环网柜体积小，占地面积少，备受用户的青睐。
4环网柜的结构
环网柜是因高压直接进入市区，深入负荷中心，形成“高压受电——变压器降压——低压配电”的供电格局而兴起。环网柜一般由三间隔组成：即两个环缆进出线间隔和一个变压器间隔。在这里，高压开关面临对变压器故障时的保护问题。对变压器的保护，一般有两个途径：一是利用断路器；另一个是利用负荷开关+限流熔断器。但实践证明，后者保护效果更好。其原因主要是负荷开关+限流熔断器能保护故障时的变压器，这早已被国外做的短路试验所证实。这里保护的变压器一般为小容量变压器。当变压器内部发生故障时，为使变压器油箱不爆炸，必须在20ms内切除故障。这时若用断路器来切除故障，断路器的全开断时间由三部分组成：继电保护时间+固有分闸时间+燃弧时间，一般需要三周波（60mms），因此断路器因动作时间长，难以在20ms内有效保护变压器。而限流熔断器有速断功能，能在l0ms内切除故障，并与负荷开关联动，令负荷开关三相动作，有效保护。这就是环
网柜普遍使用负荷开关+限流熔断器的最主要原因。
在负荷开关+限流熔断器组合电器中，对负荷开关提出比一般负荷开关更高的要求。它必须能够开断远大于其额定电流的转移电流和交接电流。
现代负荷开关有两个明显的特点：一是三工位，即合一分一接地，完成开断、隔离和接地任务；二是灭弧与载流分开。灭弧系统专门灭弧，不承受动热稳定电流，而载流部分专门承载正常电流，不参与灭弧。
负荷开关在结构上有多种多样，其中油负荷开关与磁吹负荷开关已被淘汰。目前，负荷开关主要有以下4种：产气式、压气式、真空式、SF6式。而这4种中，从使用的情况看明显趋于SF6式。
SF6式负荷开关有了很大发展，这主要表现在如下方面：（1）灭弧方法更加丰富，除了原先用得多的压气式，最新出现了灭弧栅式和旋弧式，这使灭弧更加简单，不像压气式那样需由操动机构提供压缩功；（2）壳体原先多为浇铸树脂壳体，现又出现了不锈钢壳体。不锈钢壳体强度大、且可接地，更加安全；（3）原先SF6负荷开关模块中将母线外露，现有的已装入气室内，不会触电，增加了安全感；（4）原SF6负荷开关的动刀位置主要靠指示，现在壳体内设有大视窗，可直接观察到动刀位置，更直观。这些特点在ABB负荷开关中可明显看出。ABB负荷开关经历了SFL一SFG—Safering。其中SFL为浇注树脂壳体，回转压气式；SFG型为浇注树脂壳体，灭弧栅灭弧，设有大视窗，Safering型环网柜内SF6负荷开关为不锈钢壳体，开有大视窗，用灭弧栅灭弧，母线置于气室内。
环网柜的绝缘有用空气绝缘和气体绝缘。而以SF6绝缘的环网柜成为主流产品。国外打入中国市场的环网柜多是SF6环网柜。这些产品在2002年11月13日至l6日在北京举行第系列、8DH系列和SIMOSEC型，ABB的RGC型、Uniswitch型、SFG型及Safering型和Safeplus型，Schneider公司的RM6和SM6型，葡萄牙易发公司的Normofix型，VEI公司的UNIFLUORC型，Areva公司的FBX、Fluokite24型，日本东芝的VRM一1型，德国Drischer公司的MINEX型及ORMAZABAL公司的CGM型等。
除SF6环网柜，还有用于干燥空气绝缘的环网柜，如Eaton的Xiria型环网柜，用于干燥空气绝缘，配用小型真空断路器。此柜尺寸小且环保、安全。
从中国市场上看，可将环网柜分为两种：一种为外资和合资产品，另为国内联合设计和自主开发的产品。联合设计的产品如HXGN6型、HXGN9型、XGN15型等，自主开发的产品如HXGN1型、HXGN2型、HGN24型、HXGN26型、XGN68型等。
5典型产品介绍
由以上可见，中国市场上的环网柜类型很多。作为典型产品，这里介绍4种：一种为中标泰州市靖江地区20kV配电网的ABBl2/24kVSafe系列SF6环网柜，另二种为列入上海电器行业名优产品汇编中新秀产品的LMG、LCG系列环网柜和ELA／MINEX系列SF6环网柜，第4种为Eaton公司Xiria（西瑞）型干燥空气绝缘且配小型真空断路器的环网柜。
目前国内外环网柜参数达到额定电压l2、24、40.5kV，额定电流200，400，630，1250A，额定短时耐受电流16，20，25kA，柜宽：空气式多为350mm，最小210mm，空气绝缘式为600mm左右。
（1）ABB12／24kVSafe系列环网柜
2008年3月11日，ABB宣布为江苏省泰州市靖江地区的20kV配电网提供Safe系列充气环网柜。这是ABB继l993年中标中国第一个20kV供电项目——苏州新加坡工业园区后，二次参与国内20kV供电项目的建设。
Safe系列环网柜所有带电部件和开关的封闭在不锈钢壳体内，整个开关装置不受外界环境条件的影响，从而可以确保运行可靠性及人身安全，并且实现了免维护。
Safe系列环网柜中，Safering为紧凑型，Safeplus为扩展型。两者有相同的用户界面。其额定电压为12／24kV，额定电流630A／1250A。Safe环网柜的90％～95％材料可以再生利用，塑料被单独加以标识，以利回收利用。
（2）LMG、LCG系列SF6环网柜
该产品被列为2007年上海电器行业名优产品汇编中新秀产品。
该产品是上海天灵开关厂有限公司应用德国当代先进技术设计开发的新一代小型化SF6环网柜。其参数做到额定电压12—40.5kV。额定电流630A～2500A。
LMG系列为紧凑型，单气箱结构，用SF6气体绝缘，LCG系列为扩展型，多间隔共箱结构，用SF6气体绝缘。两种系列产品可任意组合，左右可灵活扩展。
该产品具有如下特点：
①不受外界环境影响。所有高压带电部位全部密封在充以低压SF6气箱内，实现全绝缘。
②模块化设计。由不同模块组合实现各种主接线，实现小型化，模块化。
③采用硅橡胶连接器，方便且可靠地实现柜与柜之间机械和电气连接。
④采用全屏蔽电缆进出线。
⑤可配用高压监视元件、综合数字式继电器。
⑥可采用无源数字式继电器。
⑦两个回路进线单元可加装自投装量。
（3）12／24kVGISELA／MINEX系列SF6环网柜
该产品被列入2007年上海电器行业名优产品汇编中新秀产品。
该产品是许继德理施尔电气有限公司在引进德国德理施尔公司最新技术和工艺基础上，使用国内外整套高精尖生产加工设备和试验设备、自行生产的新产品。
该产品是由不锈钢壳体制成的完全密封的完整系统。其所有带电部件及开关密封于不锈钢壳体内。扩展母线完全绝缘和屏蔽，整个开关装置不受外部环境的影响，实现了免维护。通过选择可扩展母线，产品还可以任意组合，达到全模块化设计。该产品参数做到额定电压12／24kV，额定电流630A／l250A。
该产品具有如下特点：
①灭弧原理先进。GISELA／MINEX系列SF6环网柜采用先进的吸气活塞和去离子栅灭弧原理。
②独特的双重气室。开关的灭弧室是独立的、密封的，因此灭弧介质与绝缘介质独立于SF6气体之中。该技术的优越性在于，即使外壳失效，整个开关的开断能力也能得到可靠的保证，在最大程度上确保了设备的正常运行。
③体积小巧。GISELA／MINEX系列SF6环网柜的负荷开关柜宽度只有315mm，最小可做到210mm，深度只有518mm，高度仅为l300mm。
④柜体中安装了内部故障电弧限制装置，对人身和设备提供了最大程度的保护。该保护装置通过安装在电缆室内的自动快速接地开关来完成。接地开关将在故障电弧产生的几毫秒内迅速动作熄弧。该装置具有多种优势：没有高温气体从SF6绝缘部分散逸，提供了最好的人身及设备保护；无需单独设置泄压通道，柜体结构变得简单经济；内部故障电弧限制装置安装在电缆室内，可使设备损坏降至最低；故障排除后只需对开关柜进行检查即可继续投用。
⑤充气压力低。气箱内用于绝缘的压力只有0.017MPa，同体积下使用SF6气量少，既经济又环保，充气后箱体也不会变形。
⑥同一气箱的单元数量多，一个气箱内可以做到6个单元，最多可以做到10个单元。
（4）Xiria（西瑞）型环网柜
该产品由荷兰Holec公司研制成。在2003年举行的第17届国际配电网会议上，Holec公司以其论文《创新的环网供电单元设计：安全性与适用性》介绍新研制的Holec（西瑞）型环网供电单元（环网柜），后又在2005年第l8届国际配电网会议上，该公司展出了Xiria型环网柜产品。Holec公司为了将它的产品打入北美市场，特别是美国和加拿大，加入了美国Eaton（伊顿）公司电力部，并于2004年在美国成立了EatonHolec公司，现Eaton公司又将Xiria环网柜拿到中国，交给属于它的森源开关公司，本土化生产。
Xiria型环网柜分l2kV和24kV，额定电流630A。其主要特点如下：
①用干燥空气绝缘，不用SF6气体；
②使用小型真空断路器，而不用三工位SF6负荷开关+限流熔断器；
③终身密封设计。一次带电元件与操动机构终身密封在钢板箱体内，使其不受环境影响；
④周全的保护和控制。配备了新设计的和最佳化的电子保护；
⑤最大操作安全性。单元接地的完成，通过真空灭弧室从工作位置转换到断开位置，转换隔离开关到接地位置和再合上真空灭弧室。这种接地安全，因为真空灭弧室的设计能够关合短路电流；
⑥小型化。这是通过优化电场、优选绝缘材料及采用小型化真空灭弧室达到的。例如3单元环网柜尺寸（mm）为1100（宽）×600（深）×1305（高）；
⑦抗内部故障电弧。Xiria型环网柜经受了内部故障电弧试验。其中12kV级通过了20kA/s，24kV级通过了16kA/s。
环网运行 篇3
上世纪以前, 我国主要的配电网络形式有放射式和树干式配电网络两种, 但是随着工业化进程的加速, 传统的树干式和放射式的配电网络已经无法满足当前的社会发展需要, 环式配电网络形式应运而生, 作为环网中最主要的环网柜和箱式变压器, 其有着占地面积小且性能较为稳定的优点, 在越来越多的供电网络中得到了运用。
1 环网柜及箱变的概述
1.1 环网柜概述优越性
环网柜是用于环网接线的开关柜, 从当前我国的环网开关柜的使用状况来看, 其在使用过程中有着较为明显的优势:1) 投入资金较少。当前所使用的负荷开关加熔断气柜的平均造价在两万元左右, 与传统中应用的接线柜相比, 在造价上具有着投入资金少的特点。2) 动、热稳定。在采用负荷开关配限流熔断器向变压器进行馈电时, 其对变压器会产生优于断路器的保护作用, 且熔断器有切除短路迅速和限流的作用, 使得同一回路内的其他部分元件也获得了较好的保护, 不用过多地考虑动、热稳定性的要求。
1.2 箱式变电站概述
伴随着城市住宅小区的快速发展以及人民生活水平的不断提高, 各种家用电器数量日益剧增, 对供电可靠性提出了更高的要求, 传统的架空线路和变压器台已经不能满足当前住宅小区的发展需求, 箱式变电站凭借着其综合投资少、占地面积小且维护费用相对较低的特点, 得到了较为广泛的运用。
2 环网柜的结构组成及优点
由于具有接线方式灵活的特点, 环网柜能够满足不同配电网络的结构性要求。环网柜的负荷开关装置以及硬母线通常情况下都采取全部或者部分密封的形式, 固定在不锈钢金属外壳内, 较常采用的灭弧介质和绝缘介质为SF6。同时, 其采用三相联动的三工位负荷开关, 额定电流为630 A, 在短时可承受高达20 k A/3s的电流。当前我国所采用环网柜及环网供电单元大多为RM6型、SM6型、Safe Plus型等国外品牌, 另外还有国内生产的空气绝缘环网柜以及SF6环网供电单元。
2.1 环网柜结构组成
如果按照结构对环网柜进行划分, 其主要可分为共箱式和单元型两类。其中共箱式环网柜一般情况下由3到6路负荷开关共箱组成, 接线方式较为灵活, 能够满足不同配电网络的节点需求。另外, 由于其负荷开关装置和硬母线进行了密封处理, 具有良好的绝缘性, 对外部环境有着较强的适应能力, 主要运用于地下室等运行环境相对较差的场所。除此之外, 由于单元型环网柜母线以及电缆搭接处通常采用空气绝缘的方式, 较多地运用于地面土建站等运行环境稍好的地点。
2.2 环网柜的优点
环网柜具有着体积小、占地面积少、安装简便、操作简单、运行安全等众多优点, 另外大多数环网柜具有着电动及手段双重操作机构, 且能实现配电自动化, 具有着较强的扩展性能。
3 环网柜故障类型及处理
根据现阶段国内环网柜运行故障处理情况来看, 环网柜的主要故障类型有以下几种:
1) PT、TC故障。PT、TC主要是指在配电网自动化结构的环网柜中, 一般配有PT、TC从而为开关操作电源和配网自动化提供相应的数据信息。导致PT、TC故障主要是由于生产厂家产品质量问题所引起的, 所以应加强对元件供应商产品的质量监测和监督共工作。2) 避雷器故障。环网柜箱变中的避雷器故障主要表现为环网柜中由于避雷器爆炸或者击穿造成的电缆室内相间短路或者电缆头对环网柜外壳放电的现象。3) 操作机构失灵。操作机构故障主要是由于在相对潮湿地区, 由于长时间没有对环网柜进行操作, 容易造成弹簧、控制回路开关等辅助触点出现生锈或者老化的现象, 造成操作机构失灵。针对这一问题, 对于运行环境较差的环网柜应进行定期维护和巡视工作, 确保其操作机构的有效性。4) 二次回路故障。二次回路故障的原因是由于线路接触不良或者其他影响因素造成的二次回路线损毁。5) 负荷开关故障。负荷开关故障主要是因为在当前环网柜中大多采用负荷开关组合来进行中小容量配电变压器的保护, 当熔断器在熔断时造成顶针不能正常触发机构跳闸, 从而使故障进一步扩大[1]。
科学技术水平的不断进步以及分布式电源的逐渐兴起, 使得箱式变压器凭借占地面积小、安装与检修简便且性能卓越等优势对传统的变电站形成造成了巨大的冲击, 在未来一段时间内很可能会改变整个配电网的布局。但是这一目标的实现应建立在对当前环网柜箱变运行中的运行检修和故障处理基础之上, 与此同时应将当前阶段的箱变结合计算机技术、网络通信技术, 进一步促进箱变技术发展, 从而解决当前运行过程中出现的故障问题, 从而开展检修和故障处理工作, 最终达到整个配电网络布局的优化。
4 故障处理措施
4.1 技术措施
根据以上对于环网柜箱变的主要故障类型及故障原因分析来看, 应针对性地从环网柜、电缆终端、安装工艺以及土建等方面分别采取相应的措施进行故障分析和解决:首先, 在位置布置上, 可以适当地提升共箱式环网柜电缆室的位置高度或者对环网柜的基础进行提高。其次, 加强各电缆固定的牢固程度。第三, 基于环网柜安装过程中的安装工艺进行严格把关。第四, 处于环网柜在室外环境运行时的考虑, 对于室外环境运行或者是运行环境较为恶劣的环网柜外壳, 应采取不锈钢材料进行制作。第五, 可以采用在环网开关面板上加装SF6气压仪的方式, 减少由于操作问题造成的开关不能正常灭弧所导致的故障问题[2]。
4.2 管理措施
主要可以通过加强对于环网柜设备的定期维护和巡视, 从而实现对运行中特别是位于潮湿或者其他恶劣环境中运行的环网柜温度的监测, 及时发现所存在的问题, 并安排技术人员进行故障检修与处理。
摘要：配电系统中环网柜的出现, 取代了传统的树干式和放射式的配电网络, 环网柜中的环网柜箱变运行情况对环式配电系统的运行产生了直接影响, 当前对于不同原因下产生的环网柜箱变故障的运行检修和故障处理, 成为了配电网建设企业应主要解决的问题。
关键词：环网柜,配电网络,环网柜箱变,运行检修
参考文献
[1]卢启沛.配电环网柜箱变的运行检修与故障处理[J].科技风, 2014 (10) :56-56.
环网运行 篇4
我国山区电网还在大量采用35 k V电压等级送电, 35 k V电网为中性点不接地系统, 线路保护主要配置为电流保护[1]。福建北部南山片区电网带有大量小水电机组, 小水电的存在使得线路故障跳闸后重合闸成功率低, 恢复送电慢, 尤其在雷雨季节, 线路频繁雷击跳闸, 对于径流式电站, 要求能迅速恢复发电显得极为迫切。
为满足电站用户的要求, 针对该片电网结构及保护配置等状况, 采用环网运行以提高电网的可靠性。环网运行将使电网继电保护整定计算复杂化, 尤其是电流保护受运行方式影响大。整定规程建议电网“环网布置, 解环运行”, 因此如何整定、配合以及如何解决整定中存在问题成为能否满足环网运行要求的关键因素。
1 南山片区35 k V电网示意图
示意图如图1所示。
2 设备状况
南山变为110 k V三圈变电站, 单台主变31.5 MVA, 该站为本片区35 k V电网的主电源系统;其余站为35 k V降压变或电站, 电站为地区小型水电厂, 单个站装机容量在0.5~2 MW之间, 机端电压为0.38~10k V。南山、洋后、迪口变为环网布置, 其中南迪线:27.9 km, 南洋线:19 km, 迪洋线:14.9 km。35 k V线路保护均为微机保护装置, 均配置有三段式电流保护, 各站主变、发电机均配置微机保护装置。
3 计算运行方式选择
电流最大值、最小值及分支系数均基于“常见的运行方式”计算所得, 即考虑正常运行方式和被保护设备相邻近的一回线或一个元件检修的正常检修方式。
4 电流保护整定主要原则
三段式电流保护整定原则如下[2]:
Ⅰ段: (1) 躲本线路末端故障最大电流; (2) 灵敏度按大方式出口故障不小于1即可。
Ⅱ段: (1) 躲本线路末端变压器低压侧故障最大电流; (2) 与相邻线路电流Ⅰ或Ⅱ段配合; (3) 按本线路末端相间金属故障的灵敏度满足要求整定:50 km≥1.3, 20 km~50 km≥1.4, 20 km≥1.5; (4) 动作时间按配合关系整定。
Ⅲ段: (1) 躲负荷电流; (2) 与相邻线路电流Ⅲ段配合; (3) 对相邻线路末端相间故障的灵敏系数力争不小于1.2; (4) 动作时间按配合关系整定。
电流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段电流值均应检验能否躲过反方向母线故障电流, 无法躲过时, 投入方向元件。
5 整定过程中遇到的问题及解决方法
5.1 整定顺序[3]
对于环网运行等较复杂电网的整定计算, 从整个网络上进行综合考虑, 对辐射型线路, 先从对侧为末端变的间隔开始整定, 本网中大禄电站306, 山羊坑电站322, 然后逐级向上整定。
对环网线路小系统侧电流Ⅰ段一般比较小, 如迪口变372、洋后变341电流Ⅰ段较小, 这样的保护可先整定。
5.2 边界限额及时间级差
根据福建省变压器反措要求, 110 k V主变高压侧过流时间≤2.3 s, 逐级下降, 主变中压侧过流跳35 k V母联开关时间≤1.7 s, 这就要求南山变35 k V片区所有35 k V线路保护时间≤1.4 s。
在1.4 s的网络中, 时间级差不可取太大, 否则末级时间就不够使用, 在微机保护配合中, 可取0.3 s, 不建议取小于0.3 s的时间级差。
尽管取0.3 s级差, 很多35 k V站的10 k V线路保护时间按逐级原则仍不够使用, 现提出解决建议如下。
(1) 主变10 k V侧后备过流保护与10 k V出线电流Ⅰ段配合, 出线电流Ⅱ、Ⅲ段时间则可重新布置, 如迪口变主变10 k V侧后备过流保护定值为510 A 0.3 s (时间与洋后变342保护0.6 s配合) , 按正常配合洋后变10 k V线路电流Ⅲ段时间≤0 s, 0 s可能无法躲过励磁涌流而造成送电困难, 可以考虑将洋后变10 k V线路电流Ⅰ段整为464 A 0 s, 电流Ⅱ、Ⅲ段时间可选取1~2 s, 电流值按躲负荷电流整定, 这种做法可大大缓解因时间不足造成保护失配问题, 在广大农村电网中值得推广。
(2) 合理设置失配点, 减小影响范围。失配点设置应遵从“保主干网、保重要用户、考虑线路出现故障概率”等方面考虑, 本网迪口、洋后变属于重要用户, 南迪、南洋、迪洋线属主干网, 不应设置失配点, 洋禄、大桥、洋坑、浮坑线线路较短, 出现故障概率较低, 同时大禄、桥下、山羊坑、浮峰口电站属于小水电, 失压后对用户影响相对小, 因此这些地方可设置为失配点, 如大禄电站306与洋后变343电流Ⅲ段时间失配, 山羊坑电站322与洋后变344电流Ⅲ段时间失配。
5.3 相继动作
配置电流保护的环网运行电网, 需考虑因故障电流分流可能导致继电保护相继动作产生越级误动问题, 在整定时间时需规避[4,5,6]。
本网南迪、南洋、迪洋线属于环网线路, 要求南山变352Ⅲ段时间 (1.1 s) +迪口变372Ⅲ段时间 (0.3 s) , 南山变354Ⅲ段时间 (1.1 s) +洋后变341Ⅲ段时间 (0.3 s) , 洋后变342Ⅲ段时间 (0.6 s) +迪口变371Ⅲ段时间 (0.8 s) 均≤1.7S-0.3 s, 即1.4 s, 否则在小方式下环网线路两相故障可能出现因相继动作造成南山变主变中压侧过流1.7 s越级跳闸从而导致该片区35 k V系统失压的现象。
5.4 电流Ⅱ段时间
为使上下级保护定值更易配合, 整个网络定值更合理, 对末端线路电流Ⅱ段可考虑取0~0.1秒, 使上一级电流Ⅱ段时间配合时缩短一个△t, 同时提高上一级电流Ⅱ段灵敏度。
如大禄电站306、山羊坑电站322电流Ⅱ段取0秒, 遇到线末主变内部故障时, 0秒可能越级, 可采用重合闸弥补。
5.5 电流Ⅲ段取值
小系统侧线路电流Ⅲ段定值经常出现为满足线路故障灵敏度而不满足反方向负荷电流要求问题[7], 如迪口变372、洋后变341为满足灵敏度要求电流Ⅲ≤300 A, 但反方向负荷电流>300 A。
电流值按灵敏度要求整定, 并通过投入电流Ⅲ段方向元件是一种解决措施, 但在母线PT断线时会导致电流Ⅲ误动或拒动 (通过保护控制字设置母线PT断线时退方向元件或退电流元件) 。
电流Ⅲ段定值按躲反方向负荷电流整定, 一般情况下, 负荷电流小于线路载流量, 当故障电流小于线路载流量时, 故障电流对线路不会造成多大的损害, 因此这种方式值得推荐。山区雷电频繁, 母线PT一、二次熔断或断线时常发生, 防止电流Ⅲ保护误动显得较重要。
6电网保护整定值示意图
根据整定计算的结果, 将该电网的继电保护定值绘于图纸上, 形成定值网络示意图, 便于分析电网的定值配合是否合理。本电网定值示意图如图2所示。
7结束语
在35 k V电网继电保护整定计算中, 对开环运行辐射型网络, 整定可按常规原则考虑;对环网运行的较复杂网络要考虑电流、相继动作、失配设置、时间配合等问题, 尤其是时间的配置, 受主网边界时间限制, 要求电流保护时限配置紧凑合理, 如何制定一个合理的方案成为整定计算成败的关键。
经过运行经验证明, 只要电网结构合理, 继电保护定值正确, 配合合理, 35 k V电网环网运行方式是安全可行、可靠的。
参考文献
[1]高国焰.35kV线路主保护配置的选择[J].电力设备, 2005, 6 (2) :120-121.
[2]DL/T584-95, 3～110 kV电网继电保护装置运行整定规程[S].
[3]GB/T14285-2006.继电保护和安全自动装置技术规程[S].
[4]王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社, 1997.
[5]岳地松.多电源网络继电保护定值的配合分析[J].电气应用, 2008, 27 (17) :16-19.
环网运行 篇5
一、10k V环网柜的特点及分类
环网柜主要指的是一组高压开关设备装在钢板金属柜中或者是将其作为拼装间隔式的环网供电单元的电气设备, 也将其称之为环网供电单位, 其核心部分主要是熔断器与负荷开关, 每个环网柜中具有三到五个总开关盒所形成的灵活连接模式, 用来满足不同电力分配网络的节点供电需求, 由于电源开关装置以及硬母线被封装于同一个封闭的金属外壳中, 其开光通常应用的是三相联动的三工位SF6气体断路器或者是负荷开关, 其高性能的弹簧机构能够实现快速分开关运作, 一个单独的环网单元主要由TV单位、计量单位、进线单位等不同的母线单元及模块所组成, 并可以依据实际应用中的各种不同的应用需求, 组合而成各种不同的方案。
10k V环网柜具有如下的基本特点: (1) 环网柜可以应用全密封、全绝缘的结构, 这使得其能够很好的适应各种户外环境; (2) 由于环网柜中各个部件的排列非常的紧凑, 这使得其具有重量轻、体积小的特点, 这使得其在实际应用中具有很小的土地占用面积, 使得土地使用效率明显提升; (3) 与其他形式的电气设备部件相比, 环网柜的组成比较简单, 安装、操作以及维护工作都非常的方便, 并且其具有安全、可靠的优点; (4) 环网柜的设备端口可见, 在操作的过程中, 能够快速、准确的确认开关的接触位置, 并且有利于相关工作人员的人身安全。正因为10k V环网柜具有这些优点, 使得其在工厂企业、大型公共建筑、高层建筑、城市住宅小区等各个领域的负荷中心的配电站及箱式变电站中具有非常广泛的应用。
通常情况下, 环网柜可以划分为SF6绝缘与空气绝缘两种类型, 其主要应用于开断变压器空载电流、短路电流、分合负荷电流的工作中, 并且能够在电缆线路的充电电流、一定距离的架空线路中起到控制与保护的作用, 其是环网供电及终端供电工作中非常重要的开关设备, 在环网的柜体中, 配空气绝缘的负荷开光主要有真空式、压气式、产气式几种, 配SF6绝缘的负荷开关主要是SF6式, 用于环网柜中的负荷开关, 通常需要可靠接地、隔离电路以及切断负荷的三工位, 对于SF6式、压气式、产气式负荷开关来说, 非常容易实现三工位, 而真空灭弧室只能实现开断, 不能进行隔离, 所以在实际的应用中, 真空负荷环网开关柜需要在负荷开关之前加一个隔离开关, 以便于形成隔离断口。
二、10k V环网柜的设计使用
配电网的建设与改造过程中, 应用到的主要的技术措施就是配电网的环网化、远动化与自动化, 对用户配变电所的主接线进行简化, 并积极改善其保护配合, 这对于提升其供电可靠性具有非常重要的作用, 能够为无人值守配变电所创造有利条件, 对于10k V配电网的运行与管理具有非常重要的作用, 在实际应用中, 相关的用电单位10k V配电所系统的接线应该尽可能的简单、可靠, 建议应用分段单母线接线或者是单母线接线, 其计量应该尽量的采用全国统一标准的电能计量柜, 柜中除了需要设置计量表之外, 还应该设置一只电流表, 并要在线电压上设置两只电压表, 实现监控的目的。手动弹簧储能操作方式的环网柜在日常应用中具有非常广泛的应用, 如果应用电动弹簧储能操作, 并设置具有信要求功能及继电保护功能的环网柜时, 应该依据实际的需求提供直流或者交流的二次电源, 通常情况下建议应用交流弹簧储能的操作方式, 交流二次电源可以由电压互感器来提供, 而直流二次电源是有维护酸性蓄电池屏或者是镉镍蓄电池屏来提供, 在小型的环网柜系统中, 适宜应用手动弹簧储能的操作方式, 在这种情况下, 信号显示、瓦斯保护、超温等所需的电源可以从变压器低压侧取用, 具有投资低的特点。
电源进线柜中应该设置串联间隙氧化锌避雷器, 其能够起到吸收操作电压与防治雷电波侵入的作用, 为了对变压器的出线柜实施有效的保护, 应该进行接地信号装置与接地开关的装设, 依据电能计量及相关的测量要求, 应该在相应的环网柜上安装计量表、电流表及电压表, 应该将联络柜、计量柜及电源进线柜中的电流互感器装设于两相上, 并要将统一各系统中所有的线路装设在想听的两相之上, 相关的保护装置与计量仪表、测量仪表不能共用电流互感器的二次线圈, 在接地线上, 不能安装具有开断可能的设备, 并且在环网配电系统中的用电单位配电所有系统的接线电源的进出线柜中不设保护装置, 在树干式或者是放射式的配电系统中用电单位终端配电所的进出柜中应该设置保护装置, 在实际的10k V环网柜设计工作中, 应该依据实际的需求来确定相关的设计方案。
三、10k V环网供电概述及其接线方式
10k V环网供电在我国提出比较早, 但是在上世纪八十年代之前, 很少在我国推广与应用, 这与我国的市场经济发展比较缓慢有关, 随着我国的高层建筑及大型公共建筑数量的增多, 城市供电系统中, 大多采用的是10k V的供配电源, 其供配电的接线方式主要采用的是树干式与放射式相结合的方式, 其供电与用户以及城市规划之间不存在矛盾冲突, 随着用户对于供电可靠性要求的提升, 用电负荷及供电回路的数量不断的增多, 这使得原有的供电方式及供电系统难以满足现代社会的供电需求, 如果继续采用原有的供电方式及供电系统, 就需要开展变配电所的新建或者是改扩, 其线路的铺设会加重城市的用地负担, 并且一旦其线路中出现相关的故障, 难以及时的进行故障的查找与排除, 这就需要在传统供电方式的基础上, 寻求一种新供电方式, 而环网供电具有其独特的优越性, 将环网开关柜及环网供电系统应用于城市民用建筑中, 能够有效的简化配电网络, 并且管理方便, 一旦出现故障, 查找起来非常的方便, 尤其是在只有一个电源而没有两个独立的电源的情况下, 应用环网供电的形式, 即使供电线路的一端出现故障, 也能够保证用户的正常供电, 这对于提升用户的用电可靠性具有非常重要的作用。
环网供电在国外的发展比较快, 很多国家的10~110k V电网大部分都应用的环网供电的方式, 近年来, 我国的环网供电发展非常快的, 很多城市的电网规划工作中都应用的是环网接线的方式, 将环网供电方式应用于城市建设中, 具有非常好的社会效益与经济效益, 实际应用中, 环形电网主要有闭环运行与开环运行两种方式, 其中闭环的运行方式, 能够有效的发挥不间断供电的优越性。
在实际的民用建筑电气设计中, 主要是对某一个环网的供电单元站来进行设计, 也就是某一栋高层建筑中或者是某一个建筑小区中的10k V高压配电室, 该换网站可以建于环网供电线路中的起点、中间或者是末端, 而换网站中的多回路环网开关柜的联柜主要指的是环网单元, 典型的环网单元的接线方式主要有一进、一出、一变, 由其派生出的接线可以分为一进、一出、两变或者三变, 在实际应用中, 需要根据实际的环网站负荷大小, 对其连接方式进行选择。
四、10k V环网柜的应用实例
例举某地区的电网改造工程作为实例进行分析, 由于其规划用地难以满足某街道3~4km五个10k V开闭所的实际用地需求, 在设计工作中需要充分的考虑10k V环网开关柜操作方便、接线简化、造价低、可靠性高、性能优越、体积小等优点, 最终确定了两个10k V开闭所、10k V环网开关柜外加箱变的供电方案, 每套10k V环网的开关柜设计成两进线四出线, 这既能够保证双电源进线的供电可靠性, 又能够在实际应用中起到环网的作用, 能够很好的满足众多箱变的进线电源供电方案, 由于该供电方案具有以上诸多的优点, 可以在给地区的道路改造工作中推广使用。
结语
随着社会市场经济的快速发展, 社会的电力需求在不断增大, 同时对于供电质量的要求越来越高, 在供电网络的建设过程中, 保证其供电安全可靠性非常的必要, 本文就主要对10k V环网柜的特点及性能进行了简单分析, 并简单分析了环网供电的实际应用, 对于实际的供电网络建设具有一定的参考作用。
参考文献
[1]王虎, 孙晓东.对环网型10kV配电系统应用的分析[J].电源技术应用, 2013 (6) .
[2]胡明红, 徐迅.环网供电及环网柜在城市民用建筑中的发展与应用[J].冶金矿山设计与建设, 2013 (5) .