浅议县级配电网馈线开关智能化设计及应用

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　　摘要：本文通过系统论、联系论、统计学、比对法等方法研讨配电网馈线开关智能化方法方案，运用配电网馈线开关智能化常规建设方案结合工程现场施工英德市英城街道110kV富强站10kV富都线，该线路馈线开关智能化采用就地控制型-级差保护方式，精准选点安装，正确计算开关继保定值解决线路越级跳闸扩大故障的难题。
　　关键词：配电网;馈线开关;智能应用
　　一、前言
　　依据广东电网有限责任公司生产设备部《广东电网十三五配网自动化建设原则》指导意见，结合国内外建设经验，经投资效益分析，配电网在线路上设置智能化馈线开关，监测和控制配电网运行状态，对提高供电可靠性效果最佳。
　　二、工作原理
　　智能馈线开关配有电子设备、传感器和执行器就具有了监测和诊断功能的开关设备和控制设备。线路故障时根据监测到的故障电流或故障电压，判断故障发生的区域，并控制智能化开关（负荷开关或断路器）实现隔离故障和恢复非故障区域供电。负荷开关开合正常的负荷电流、隔离故障和转接负荷，具有简单灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但不能断开短路电流，需借助熔断器短路保护，线路故障时依靠前级断路器跳闸。断路器主要用于切断故障电流，开合可带负荷。短路大电流（一般10-12倍）产生磁场克服反力弹簧，脱扣器拉动操作机构动作，开关瞬时跳闸。过载时电流变大，发热量加剧，双金属片变形到一定程度推动机构跳闸动作。通过单片机的输入端口，智能馈线开关将电子式互感器的二次侧信号载入通过滤波A/D转换等处理后传输给控制中心进行故障判断。开关的开合状态也可以通过开关量输入电路反馈给单片机再由单片机传输远控中心。远控中心也可以向智能開关发出跳闸闭锁等控制命令由开关量输入电路实现。配电网现在主要通过成套智能化终端（FTU或DTU）实现对配电线路运行状态的监测。电压型开关控制逻辑：得电合闸，失电分闸。电流型开关控制逻辑：故障电流远大于正常电流跳闸。
　　三、馈线开关智能化建设模式
　　建设配电网智能化馈线开关，要注重成本和实用性，根据供电可靠性的需求异同，采用差异化的智能化建设模式：
　　高端建设模式综合运用光纤纵差、云系统等先进保护技术，通信主要采用光纤通信方式。
　　简易建设模式综合运用远传型故障指示器、配电线路故障定位装置等设备，实现配电线路故障区间的简单判断定位。
　　常规建设模式则对配电网关键节点进行智能化改造，完成故障区间就地定位隔离，实现遥控或现场操作快速复电非故障区域。
　　根据线路开关设备的装设位置，智能化开关设置原则如下：
　　（一）主干线：线路长度<15公里，分段开关设置2台自动化开关。长度>15公里，智能化分段开关数量可加1台。分段开关采用具备馈线自动化和三遥功能的负荷开关，联络开关采用具备三遥功能的负荷开关。
　　（二）分支线：开关采用具备保护和三遥功能的断路器。
　　（三）专变用户分界的公用开关以负荷开关为主，故障出门较多可将该开关改造为断路器。容量315kVA及以上的用户分界开关安装断路器宜选用普通柱上断路器。小水电分界开关应选用柱上断路器自动化成套设备，且配置过流保护不重合，实现“三遥”。
　　四、110kV富强站10kV富都线馈线开关智能化建设
　　为发挥英德市配电网设备的能力，最大限度满足英德市经济发展及人民生活用电的需求，保证英德市配电网安全、优质、经济运行。2016年12月，广东电网清远英德供电局结合年度配网规划以及片区网架优化规划，以110kV富强站10kV富都线（位于英德市英城镇）为试点，开展配电网馈线开关智能化建设。
　　（一）2016年线路情况
　　1、线路基本数据
　　10kV富都线接入110kV富强站，投运2014年，全长25.25km（架空线路24.9Km），主干线#1-#198全长14.6km，分支线14条，主线型号为LGJ-120，3km以上分支线1条为南舜矿业支。配变74台（公变19台，专变55台），线路总容量12675kVA（负荷性质工业0kVA，非工业3675kVA，商业11855kVA，农业0kVA，小水电0kVA）。2016年线路最大电流为278A，最大负载率为83.23%，用户1442户。线路运行方式主要接线方式2-1单环网，中性点接地方式不接地。整改前馈线开关共8台（局属开关6台，用户分界开关2台），其中智能化开关0个，普通开关8个，架空线路型故障指示器0只（含通讯终端）。
　　2、运行情况
　　2016年10kV富都线合计跳闸15次。线路故障时，柱上开关由于配置和保护定值设置不合理而且智能化功能欠缺而拒动，无法满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求，最终导致15次线路故障均越级跳闸，无论事故原因、事故大小变电站开关保护动作跳闸全线停电（影响客户1442户）。这样既扩大停电范围，又增加抢修复电难度。
　　3、线损方面
　　2016年线损完成情况如表4.1所示。
　　配电网建设滞后整体经济发展，放射状辐射，多条分支线和多台变压器T接，馈线开关智能化程度低造成故障范围扩大，复电缓慢，供电能力降低，线路损耗大，配电网故障诊断及故障隔离技术手段不足，处理客户抱怨诉求效率低下或无法及时响应。由此可见，10kV富都线迫切需要提高配网装备技术水平和智能化水平，提高供电可靠性和供电服务水平，最终提升客服满意度。
　　（二）10kV富都线馈线开关升级改造工程项目内容：
　　1、更换10kV富都线磷肥厂支#9杆9T1开关为负荷开关1台。
　　2、更换10kV富都线南郊支#70杆70T1开关为负荷开关1台。
　　3、更换10kV富都线南郊支#136杆136T1开关为负荷开关1台。
　　4、新建10kV富都线#168杆168T1负荷开关1台。 　　5、新建10kV富都线南郊支#197杆197T1断路器1台，控制石英砂场支线。
　　6、更换10kV富都线污水处理厂支#1杆1T1断路器1台。
　　7、更换10kV富都线南舜矿业支#1杆1T1断路器1台。
　　8、更换10kV富都线山湖居支#46+3杆46+3T1断路器1台。
　　9、更换10kV富都线宝利塑料支#1杆1T1为断路器1台。
　　10、新建10kV富都线南郊支线#159杆与长岭线#172杆联络，安装负荷开关1台。
　　11、#4塔4T1开关短接只作停送电操作。
　　（三）项目实施后开关设置明细如表4.2所示。
　　4.2 项目实施后开关设置明细表
　　五、实用化验收与应用测试
　　2016年12月开始试点建设10kV富都线配电网馈线开关智能化，历时一个月，2017年1月正式投产运行。
　　（一）运行分析
　　2017年全年共发生10次故障，其中4次造成10kV变电站开关跳闸，重合闸动作4次（其中0次重合成功），重合闸成功率为0。另外6起线路故障为分支线路相间短路故障引起，分支线断路器开关动作6次，准确率100%，越级跳闸率为0，由于已对各柱上开关保护定值进行了合理的设置，发生时该区域的柱上断路器都能够准确的隔离故障电流，达到了缩小停电范围的目的，也更便利运维人员快速抢修复。
　　（二）总体效益对比
　　1、经济效益
　　本文所提出智能化馈线开关方案的投资成本主要从以下几方面进行估算（本工程资本金为静态投资的10%）：
　　新建（更换）馈线开关10套×50000=500000元。
　　建设安装费按20%计算。
　　通信方式利用原有的集成型配电自动化主站，软件平台费用不分摊。
　　本项目静态总投资600000元，动态总投资650000元。
　　对比表4.2与表5.1计算可得：
　　年节电量（2017年比2016年）
　　2017年供电量14052000×（2017年线损率11.22%-2016年线损率6.67%）=639366千瓦时
　　年节省电费（每千瓦时0.68元测算）
　　639366×0.68=434768元
　　静态投资回收期1.38年，动态投资回收期1.50年。
　　电网投入产出比（该指标用来反映智能配电网建设所投入资金的回报程度）计算公式如下：
　　投入产出比（%）=运行收益/初始投资=434768/600000=72%
　　2、社会效益
　　2016年和2017年用户停电时间统计详见表5.1。
　　我国采用配电系统用户供电可靠性標准为《供电系统用户供电可靠性评价规程》（DL/T836-2003）。其中最常用和最重要的指标为供电可靠率、用户平均停电时间及用户平均停电次数等[4]指标考核，按规程计算：
　　2016年用户平均停电时间=（每次停电持续时间×每次停电用户/总用户数）= 10250/1442=7.1
　　2016年用户平均停电次数= （每次停电用户数/总用户数）=680/1442=0.47
　　2016年供电可靠率=（1-用户平均停电时间）/总用户数）×100%
　　=（1-7.1/1442）×100%=99.51%
　　2017年用户平均停电时间=（每次停电持续时间×每次停电用户/总用户数）=300/1442=0.2080
　　2017年用户平均停电次数= （每次停电用户数/总用户数）
　　=150/1442=0.1040
　　2017年供电可靠率=（1-用户平均停电时间）/总用户数）×100%
　　=（1-0.2080/1442）×100%=99.99%
　　由此得出10KV富都线供电可靠性数据如表5.2所示。
　　配电网馈线开关智能化后，供电可靠性得到有效提高，停电次数减少，停电时间缩短，供电质量提高，有效增加当地政府和用户对供电部门的满意度，从而改善电力部门的社会形象，也有利于今后招商引资发展当地经济。
　　六、结束语
　　县级区域采用就地式智能化馈线开关，故障定位功能作用明显，馈线开关的作用不局限于作为分配电能，更是优化系统结构、灵活调度系统资源的有效手段。在没有进行配电网大规模改造前提下，10kV富都线只新建（更换）10套智能化馈线开关，快速监测隔离故障，就实现最大供电量减少损耗，提升了开关智能管控能力，提升了运检管理分析能力，另外更推迟了新配电网建设的需求。从应用效果来看，其功能简洁、实用，证明本文提出的县级配电网馈线开关智能化方案可行。
　　参考文献
　　[1]赵璟.智能配电网在电网中的发展[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2012（3）：292-294.
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