南水北調(diào)中線一期工程邢石段電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙 欣

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京 100000)

南水北調(diào)中線一期工程邢石段電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙 欣

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司,北京 100000)

對(duì)南水北調(diào)中線一期工程邢臺(tái)至石家莊段總干渠沿線降壓站的電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì).對(duì)電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的組成、繼電保護(hù)的配置方案和對(duì)電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)的介紹.并針對(duì)長(zhǎng)距離35kV專線供電系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，實(shí)現(xiàn)全線供電線路的保護(hù)、故障清除和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證了供電線路的連續(xù)性和安全性.

35 kV；電力監(jiān)控；繼電保護(hù)

0 引 言

南水北調(diào)中線一期工程總干渠采用35 kV專線供電，全線供電系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，邢石段總干渠電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與全線保持一致.在邢石段供電區(qū)段北沙河中心開(kāi)關(guān)站設(shè)置1套監(jiān)控子站，在中心開(kāi)關(guān)站和降壓變電站設(shè)置完善的保護(hù)自動(dòng)裝置、智能終端模塊、短路故障指示器、測(cè)量及計(jì)量設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)段內(nèi)中心開(kāi)關(guān)站和降壓變電站35 kV設(shè)備的監(jiān)控，并且通過(guò)和相鄰區(qū)段中心開(kāi)關(guān)站監(jiān)控子站后臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)全線的供電線路的保護(hù)、故障清除和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)(故障識(shí)別、隔離、清除、非故障區(qū)段供電恢復(fù))，保證本區(qū)段及全線供電的安全性和連續(xù)性.

1 項(xiàng)目概況

南水北調(diào)中線一期工程主要解決鄂、豫、冀、京、津等五省市的城市生活和工業(yè)用水，并兼顧沿線生態(tài)和農(nóng)田灌溉用水，多年平均調(diào)水量95億m3，屬特大型長(zhǎng)距離調(diào)水工程.

南水北調(diào)中線一期工程總干渠供電系統(tǒng)采用35 kV中心開(kāi)關(guān)站和中心開(kāi)關(guān)站間互為備用并沿總干渠堤外架設(shè)35 kV專用輸電線路構(gòu)成的分區(qū)段專用網(wǎng)供電方案，在負(fù)荷點(diǎn)設(shè)置降壓變電站向負(fù)荷供電.

工程用電負(fù)荷主要為各類閘門(mén)的啟閉設(shè)備、倒虹吸檢修排水設(shè)施、通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備及管理生活用電負(fù)荷等，對(duì)供電可靠性和連續(xù)性要求較高.邢石段總干渠用電負(fù)荷共合并為24個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，設(shè)置24座35/0.4kV降壓變電站.每座降壓站用電容量均在50～400 kVA之間，邢石段降壓站用電總?cè)萘考s3800 kVA.

邢石段總干渠在北沙河倒虹吸出口設(shè)置1座中心開(kāi)關(guān)站，由元氏縣泉村110 kV變電站引1回35 kV線路至北沙河中心開(kāi)關(guān)站的母線上，再由北沙河中心開(kāi)關(guān)站母線引出2回35 kV專用線路向總干渠的上下游兩側(cè)輻射供電.北沙河中心開(kāi)關(guān)站與相鄰的10號(hào)中心開(kāi)關(guān)站和唐河中心開(kāi)關(guān)站互為備用.中心開(kāi)關(guān)站之間設(shè)置了午河渡槽聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)站和永安村聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)站.正常運(yùn)行時(shí)，午河渡槽聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)站和永安村聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)站聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于“斷開(kāi)”位置，各中心開(kāi)關(guān)站之間彼此獨(dú)立供電；當(dāng)35 kV輸電線路發(fā)生故障或某中心開(kāi)關(guān)站失去系統(tǒng)電源時(shí)，通過(guò)切除故障線路或故障點(diǎn)、閉合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等一系列操作實(shí)現(xiàn)相鄰兩中心開(kāi)關(guān)站之間的互為備用.根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)和重要程度，負(fù)荷點(diǎn)降壓變電站35 kV側(cè)采用典型的“π”形或“T”形接線方式接入供電專網(wǎng).

北沙河中心開(kāi)關(guān)站共有3種供電方式.方式一：正常運(yùn)行方式.供電范圍為河北邢石段的24座降壓變電站和京石段的7座降壓變電站，最大用電容量約4720 kVA.中心開(kāi)關(guān)站上游供電距離約33.4 km，下游供電距離約41.7 km.方式二：作京石段備用方式.供電范圍為河北邢石段的24座降壓變電站和京石段的24座降壓變電站，最大用電容量約6645 kVA.中心開(kāi)關(guān)站上游供電距離約33.4 km，下游供電距離約107.6 km.方式三：作邢臺(tái)段備用方式.供電范圍為河北邢石段的24座降壓變電站、京石段的7座降壓變電站和邯邢段的12座降壓變電站，最大用電容量約6295 kVA.中心開(kāi)關(guān)站上游供電距離約107.1 km，下游供電距離約41.7 km.

北沙河中心開(kāi)關(guān)站各種供電方式的供電系統(tǒng)接線及負(fù)荷點(diǎn)降壓變電站典型接線詳見(jiàn)圖1.

2 電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

為了保證35kV供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，設(shè)置電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)，使監(jiān)控中心實(shí)時(shí)掌握各降壓站的運(yùn)行情況，直接對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行操作，及時(shí)了解故障情況，并迅速進(jìn)行處理，使整個(gè)供電系統(tǒng)的管理科學(xué)化、規(guī)范化.

2.1 電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)可分為系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件、微機(jī)保護(hù)測(cè)量裝置、系統(tǒng)連接的第三方系統(tǒng)及裝置.

系統(tǒng)硬件包括相關(guān)計(jì)算機(jī)主機(jī)、監(jiān)控子站、光端機(jī)、外部設(shè)備等；系統(tǒng)軟件包括相關(guān)系列后臺(tái)軟件、系統(tǒng)操作軟件、通訊軟件、相關(guān)應(yīng)用支持軟件等；微機(jī)保護(hù)測(cè)量裝置包括微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置、電流電壓保護(hù)測(cè)控裝置、智能終端采集模塊等；系統(tǒng)連接的第三方系統(tǒng)及裝置包括變壓器溫控器、斷路器狀態(tài)節(jié)點(diǎn)、斷路器控制機(jī)構(gòu)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)控制機(jī)構(gòu)等.

2.2 降壓站設(shè)備配置

在各個(gè)降壓站根據(jù)功能不同配置不同的設(shè)備，為電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)功能的構(gòu)成奠定硬件基礎(chǔ).

在北沙河中心開(kāi)關(guān)站配置電力監(jiān)控子站、智能終端采集模塊、微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置、電流電壓保護(hù)測(cè)控裝置、短路故障指示器、通信設(shè)備等；在斷路器站設(shè)置智能終端采集模塊、微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置、短路故障指示器、通信設(shè)備等；在負(fù)荷開(kāi)關(guān)站設(shè)置智能終端采集模塊、短路故障指示器、通信設(shè)備等.

3 繼電保護(hù)配置方案

圖1 繼電保護(hù)配置示意圖

3.1 保護(hù)配置

如圖1所示，本系統(tǒng)中心站進(jìn)線配電流電壓保護(hù)測(cè)控裝置，投入過(guò)電流保護(hù)功能；中心站出線配線路差動(dòng)保護(hù)裝置，投入線路縱差保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)和重合閘功能；環(huán)網(wǎng)斷路器柜配線路差動(dòng)保護(hù)裝置，投入線路縱差保護(hù)和重合閘功能.

3.2 線路差動(dòng)保護(hù)介紹：

保護(hù)功能：分相電流差動(dòng)保護(hù)、相間過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù).

系統(tǒng)保護(hù)(用于就地判別)：相電流突變量保護(hù)、零序電流突變量保護(hù)、欠電流保護(hù).

其它功能：?jiǎn)?雙斷路器的單/三相重合閘、故障錄波、事件記錄、交流輸入量監(jiān)視.

3.3 保護(hù)間的配合及動(dòng)作行為：

環(huán)網(wǎng)中的斷路器兩兩相鄰構(gòu)成電流差動(dòng)，保護(hù)范圍是兩斷路器之間線路.

中心站出線斷路器投入定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，作為差動(dòng)保護(hù)的后備保護(hù).

3.4 保護(hù)裝置與電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的連接

保護(hù)動(dòng)作后輸出動(dòng)作信號(hào)至智能終端采集模塊，通過(guò)智能終端采集模塊將信號(hào)上傳至監(jiān)控系統(tǒng).監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)來(lái)啟動(dòng)故障判別程序.

4 電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行

4.1 正常供電情況

本線路處于正常供電狀態(tài)，無(wú)相間短路或者接地故障發(fā)生.北沙河中心開(kāi)關(guān)站監(jiān)控范圍上游至午河渡槽，下游至永安村分水閘.

永安村分水閘安裝兩套智能終端采集模塊及光端機(jī)，分別與北沙河中心開(kāi)關(guān)站和唐河中心開(kāi)關(guān)站的監(jiān)控子站通訊.

午河渡槽安裝兩套智能終端采集模塊及光端機(jī)，分別與北沙河中心開(kāi)關(guān)站和10號(hào)中心開(kāi)關(guān)站的監(jiān)控子站通訊.

4.2 事故情況

4.2.1 電源進(jìn)線事故

元氏縣泉村110 kV變電站至北沙河倒虹吸出口中心開(kāi)關(guān)站的引接線短路，進(jìn)線柜自動(dòng)斷開(kāi)，監(jiān)控子站采集到該信號(hào)后，控制永安村聯(lián)絡(luò)站合閘.此時(shí)，北沙河中心開(kāi)關(guān)站的正常供電范圍由下游的唐河中心開(kāi)關(guān)站供電.

4.2.2 主線路事故

線路上某點(diǎn)發(fā)生短路，故障點(diǎn)相鄰斷路器跳閘.電源至故障點(diǎn)之間的進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜中的故障指示器均會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，故障點(diǎn)至開(kāi)環(huán)點(diǎn)之間的開(kāi)關(guān)柜中的故障指示器不發(fā)出故障信號(hào).監(jiān)控子站采集到該變位信號(hào)，以此判斷出故障位置.

故障點(diǎn)位置查明后，監(jiān)控子站控制該點(diǎn)兩側(cè)最近負(fù)荷開(kāi)關(guān)分閘.同時(shí)控制之前斷開(kāi)的斷路器站合閘.

如果該故障點(diǎn)出現(xiàn)在北沙河中心站和永安村分聯(lián)絡(luò)站之間，監(jiān)控子站需要控制合永安村聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān).此時(shí)，北沙河中心開(kāi)關(guān)站正常供電范圍中的一部分降壓站由下游的唐河中心開(kāi)關(guān)站供電.

如果該故障點(diǎn)出現(xiàn)在北沙河中心站至午河渡槽聯(lián)絡(luò)站之間，監(jiān)控子站需要控制合午河渡槽聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān).此時(shí)，北沙河中心開(kāi)關(guān)站正常供電范圍中的一部分降壓站由上游的10號(hào)中心開(kāi)關(guān)站供電.

5 總 結(jié)

在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，相鄰配對(duì)使用的微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置在選型時(shí)應(yīng)該選擇同一品牌和型號(hào)的產(chǎn)品，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)縱差保護(hù)功能.而且微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置在選型時(shí)不僅應(yīng)滿足對(duì)保護(hù)功能要求，同時(shí)要考慮到對(duì)保護(hù)距離的要求.一般的微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置的保護(hù)距離在20 kM以內(nèi)，而由于南水北調(diào)工程的特殊性，大多數(shù)相鄰配對(duì)使用的微機(jī)式光纖縱差保護(hù)測(cè)控裝置的距離都大于20 kM，因此在選型時(shí)應(yīng)特別注意.且應(yīng)選擇單模光纖以滿足通訊傳輸距離的要求.

[1]長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.南水北調(diào)中線一期工程干渠供電初步設(shè)計(jì)大綱[R].武漢：長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2004.

The first phase of south-to-north water transfer project XingShi period of power monitoring automation system design

ZHAOXin

(Beijing urban construction design and development group co.,LTD.,Beijing 100000)

through the first phase of the middle route of south-to-north water transfer,xingtai to shijiazhuang section along the main canal decompression station power monitoring automation system design.On the composition of power monitoring automation system,relay protection configuration scheme and monitoring automation system for electricity has carried on the detailed introduction.And long distance power supply system of 35 kv line adopts full computer monitoring method,realize all the protection of the power supply circuit,fault removal and network reconfiguration,guarantee the continuity and security of the power supply circuit.

35 kv;Power monitoring;Relay protection

2016-04-11

趙欣(1985 -)，男，工程師，從事電力監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研究.

TM 7

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