10kV中压配电网网格式接线开关站的二次设计

10kV中压配电网网格式接线开关站的二次设计

李海花

惠州电力勘察设计院有限公司 广东省惠州市 516000

摘要：根据《高可靠性配电网建设技术要求》，A+类供电区域的中压配电电缆网主干目标网架除了推荐采用双环网接线方式外，还可以采用网格式接线方式，分析这种网格式接线，是由几组“双花瓣”接线方式组合而来。“网格式”接线方式为双环网合环运行带环间联络，通过开关站实现组网。通过与国内外先进配电网网架结构的分析对比，“网格式”双环网合环运行带环间联络接线系统供电可靠性可达99.9999%以上，可保证接线网络上的开关站在电源电缆（进线、环线）发生N-2故障时仍可为用户提供连续性供电。因此，本文研究10kV中压配电网网格式接线开关站的二次设计具有十分重要的意义。

关键词：10kV中压配电网；网格式接线开关站；二次设计

引言

网格式接线开关站中除变压器以外的一次设备，包括断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端、进出线套管等，经优化设计有机地组合成一个整体。它具有结构小型化、元件全封闭、安装维护方便等优点。网格式接线开关站总体来说运行稳定，故障相对于电厂其他设备来说较少，但因其在供电输电系统中的重要地位，因此一旦发生缺陷将会直接影响电厂机组状态。根据工作经验，总结了网格式接线开关站的二次设计，以供同行从业者借鉴、参考。

1 10kV开关站管理面临的问题

当前开关站的发展仍不完善，虽然部分确保了必要的可靠性，但问题对人们生活的影响不容忽视。平均功耗因环境或居住区而异。由于很难预测不同用户所需的功耗，这可能会导致低需求用户过度消耗电力，而高能耗用户消耗的电力较少，从而导致用户体验不佳。突如其来的停电，又称为“刹车失灵”，往往造成大量损失，维修时间更长，增加了停电对用户的影响，造成更多的损害。此外，变电所往往位于偏远的地方，导致在检查开关组件和性能参数时出现问题，例如b .对无法及时调查的线路损坏和设备损坏。

2网格式接线运行方式简介

正常运行方式下，环网合环运行，通过联络线连接的环网互为热备用，每条联络线均设两台联络开关，联络开关Ⅰ常闭、联络开关Ⅱ常开。故障或检修情况下运行方式，分为以下4种情况。当双环上任一段电缆故障（或检修）情况下，停电线路两侧开关跳开，环网解列，由合环运行转为开环运行，运行方式发生变化，而与停电线路密切相关的用户负荷仅改变了供电方向，网络连续供电。当双环内任一电源变电站10kV母线计划停电或故障状态时（以A变电站3A#10kV母线为例）。A变电站3A#10kV母线故障，所带单环所有进线及环线开关跳开（所有4#母线短时停电），其所带负荷可通过本开关站站内4#母线联络开关Ⅱ的自投装置倒入对端开关站供电，确保供电快速恢复，网内不损失负荷。A变电站3A#10kV母线检修，所带单环负荷转供通过开关站站内的合环保护装置实现不停电倒闸操作。当双环内一电源检修，另一电源发生故障状态时（以A变电站3A#10kV母线检修时B变电站3A#10kV母线发生故障为例）。双环1内所有开关站进线及环线开关全部跳开，双环1短时停电，受影响负荷通过本开关站站内4#、5#母线联络开关Ⅱ的自投装置倒入对端开关站供电，确保供电快速恢复，网内不损失负荷。当双环内任一开关站母线故障，母线保护装置动作，母线上开关全部跳开，并闭锁本段联络开关Ⅱ的自投装置，仅本站故障母线停电，故障隔离，其它开关站不受影响。

2 10kV中压配电网网格式接线开关站的二次设计

2.1主接线方式

主接线方式设计要综合考虑多种因素。常见的有负荷性质、负荷等级、用电容量、电网接入方式、城市电网规划设计、供电系统性能与规模等。秉承的原则是简单明了，最大限度地减少电能损耗，也方便后期的维护与设备检修。当前，城市10kV配电网系统供电半径不宜大于3km，因此开关站主接线建议单母线分段接线，2回进线优选。每个开关站建议采用2回路进线方式设计，以2-1型主接线方式接线，构建多条供电线路的环网系统，确保线路之间的转供稳定。

2.2智能一体化电源系统

为提高开关站内继电保护、自动化装置及监控系统设备的供电可靠性，网格式接线开关站配置智能一体化电源系统，系统由交流电源、直流电源、交流不间断电源（电力专用UPS系统）组成，并统一监视控制，共享直流电源蓄电池。交流电源系统为双路电源供电，双路电源间实现互为自投，两条独立母线，实现电气和机械闭锁功能，具备防合环闭锁功能，交流电源系统为站内照明配电箱、UPS、直流充电高频开关、站用变温控箱等负荷提供交流电源；直流系统主要由交流配电单元、充电模块、直流馈线、集中监控单元、绝缘监测单元和蓄电池组等单元组成，设一组50A高频开关电源充电设备、1组110V300Ah（52×1只2.23V单体电池）免维护胶体电池，直流系统为站内的控制电源、合闸电源、保护电源、电锁电源、UPS电源、远动通信装置、通信设备、母线差动保护、公用母线测控装置等负荷提供直流电源；交流不间断电源设置一组5kVA电力专用UPS系统，内含有整流器和逆变器，正常运行时交流输入经整流器变为直流电后再经逆变器变为标准正弦波输出，开关站极端情况停电时可无间断地切换至蓄电池组供电，为站内微机五防、远动通信装置、通信设备、母线差动保护、公用母线测控装置等重要负荷提供干净可靠的不间断电源。

2.3配电自动化

在正常情况下，两路进线需要独立作业，因此断路器设置于断开处，两路进线各自供应一段母线，电源自动化投切设备安装在母线分段开关的位置，起到单独控制的目的。当其中一路进线出现故障，投切设备可以及时发出警示动作，从而快速地切断进线断路器，回路断路器快速闭合。如果是母线发生紧急故障，最直接的后果是分段回路断路器出现错误闭合的情况，通过自动化设备的自切设备短时加速保护功能及时对断路器进行切断处理。关闭自动投切设备后也避免了动作的反复出现。

2.4智能开关站的通信层设计

通信层主要包括将交换机连接到控制中心、连接光缆、更换设备等。为防止开关站被电磁信号干扰，系统设备通信链路采用2-adrig电源线，热点电路和路径按电压等级和电气单元划分，以减少设备通信故障对其他电路智能控制的影响。当一个通信链路出现故障时，另一个链路会自动发现并恢复通信，以满足交换机状态的实时通信和控制要求。

2. 5监控系统开关站

开关控制系统的总部主要由视频监控模块、环境监控模块、智能控制模块、安全报警模块、视频存储系统等组成。(请参见图1)。通过现场安装的传感器、探针等获取实时数据，通过远程通道(包括专用光纤通道、4G移动发射器等)访问数据库。)在开关状态下实现标准化，并使用旧通信通道将数据发送到辅助集成监视工作站。浏览器会移至「监督主要项目」的前端，以检视切换器连络人的相关作业资料，并透过功能表列显示适当的警告临界值设定值、相关的辅助媒体控制项等等。对于特别有趣的开关，可以设置组功能，通过实时批量查看数据来提高监控效率。

结束语

10kV中压配电网网格式接线开关站优势显而易见，功能的综合到结构的微机化到操作屏幕的可视化到运用管理的智慧化，其在故障快速隔离，停电区域控制，故障位置监测，故障原因排查等方面发挥了重要的作用。在今后的电力系统运行过程中，必须重视10kV中压配电网网格式接线开关站的择优配置，以自动化开关站建设奠定10kV线路用电的可靠性与稳定性。

参考文献

[1]王学奎,刘金永.基于PLC的机组DCS监控开关站方案研究[J].科技与创新,2019(10):40-41+44.

[2]牟洋.典型开关站智能断路器算法设计与应用研究[D].大连理工大学,2018.

[3]万要军.预装式开关站结构设计及其在光伏工程中的应用研究[D].郑州大学,2018.

[4]陈阳,赖林.110kV输变电工程开关站钢结构支架节点静力及疲劳性能分析[J].水电站设计,2018,34(01):50-55.

[5]刘铁.无线智能开关站技术研究[D].北京交通大学,2017.