刍议10kV配电网控制与保护系统

刍议10kV配电网控制与保护系统

李艳丽

(山东电力工程咨询院有限公司山东济南250013)

摘要：10kV配电线路是电力系统中很重要的一部分。该线路的功能是直接向用户端配送电能，是保障电力系统稳定运行的关键环节。10kV配电线路在实际运行中的主要作用表现为，根据不同区域的用电需求，将已经由变压器处理过的电能进行及时输送，在此过程中，既要保障电能的充足供应，满足用户的用电需求，又要避免电能的过量输送造成能源浪费。

关键词：10kV配电网；控制与保护；系统

引言

近些年来，随着社会各方面对于电力的需要逐步上升，所以配电项目的数目得到增多。这就对于配电网项目，尤其是10kV配电网项目的建设提出更加高的需要。10kV配电网的建设进程当中，施工工艺管理为一个极其重要的任务。假如施工工艺没有管理好，那么非常容易导致发生返工以及工期延误等问题，从而对于10kV配电网安全以及质量造成严重的影响。所以，电力企业应当强化对于10kV配电网的控制与保护工作，对电力体系安全有效的运行供给基本保障。

110kV配电网常见故障

1.1接地故障

一是线路通道不畅造成接地故障。主要是在10kV配电网线路通道保护区中因树木的影响，或者在交叉跨越时，导线安全距离不能符合相关线路运行规程，在大风、雨雪天时，易导致接地故障发生。二是绝缘子击穿导致接地故障。三是避雷器击穿导致接地故障。四是导线和绝缘子之间、导线和设备连接不紧固，二者接触不良，在运行中受热胀冷缩以及导线摆动摩擦或闪络烧蚀等因素，易导致扎线脱落，致使搭在铁横担或设备外壳上造成接地。五是导线因外力破坏导致接地故障等。

1.2主线跳闸故障

在10kV配电网中，为了提高供电运行的安全性，在配电网中安装有自动跳闸装置，通过此装置在线路出现短路故障时能及时切断供电，从而保护供电设备与人身安全。在自动跳闸装置的运行中，其对故障反应迅速、动作可靠性也得到共识，通过分析发现，自动跳闸次数大约占10kV配电网全部故障的20%-30%，而引起主线跳闸故障发生主是因配电系统异常、线路受外力破坏、电气设备损坏等原因引起。但在实际运行中也发现，自动跳闸装置仍无法实现对10kV配电网全部线路保护等功能。

2基于ARM的10kV配电网控制与保护系统

2.1馈线自动化解决方案及终端实现功能

馈线自动化终端设备，简称FTU。以FTU为基础的馈线自动化，无论在辐射型，还是环形、多电源网络式中都适用。其应用原理是将柱上FTU分别安装在变电站出口断路器和户外馈线分段开关部位，借助通信网络，将其与SCADA系统连接，充分发挥计算机软件后台处理作用，构建有效的智能式馈线自动化系统。运行时的配电网，能够监控柱上开关部位馈线电压和电流及馈线分段状态等。依托通信网络优势，熟悉全网运行信息，继而优化配电网，借助FTU远方遥控分段开关转移负荷或重构网络，凸显设备容量优势，降低线损。一旦配电网发生故障，FTU会向主站上传故障信息，后者经故障分析和处理后，借助FTU遥控分段开关，分别隔离故障及恢复供电。以FTU为基础的集中式馈线自动化系统应用界面广，分层结构往往是其优选。

该方案背景下，集中式在配电主站实现了故障远程处理，故障定位和恢复快捷准确。FTU控制和监测功能兼备，不仅具备智能化特点，而且便于信息集成，将这一系统与地理信息系统等同步使用，效果好，即便配电自动化网络复杂，也具备适用性。

处于正常运行状态下的配电网，具备实时监测配网运行、控制断路器、故障隔离等性能，能够在第一时间恢复供电。该系统具备遥测、遥信、遥控、对时、通信、远方闭锁和手动操作、自检和自恢复功能，而且能够记录事故、事件顺序、修改和召唤定值等。

2.2FTU硬件总体设计

FTU主要硬件功能模块主要构成元素有CPU主模块、电源管理模块、数据采集模块、开关量输入输出模块、通信模块和无线遥控模块。CPU主模块是FTU系统中的关键要素及核心内容，该过程中会用到ARM7核心的LPC2138处理器，与CPLD相互配合，发挥主体功能；电源管理模块的价值在于通过双电源切换，保持蓄电池电源充足，继而进行过放保护；数据采集模块除了对PT进行监测之外，还会输入CT信号等；开关量输入输出模块，主要是输入监测储能信号、开关状态等，并对出口实施继电保护；通信模块，负责FTU和通信板接口，调试PC机；无线遥控模块，主要被用于FTU本地无线遥控。

2.3FTU各功能模块设计

2.3.1CPU主模块

主CPU为ARM7核心LPC2138，其不仅处理速度快，而且片内资源和外设都非常丰富，仅少量外部资源，便可对所需功能进行满足，抗干扰能力强。LPC2138含2个8路10位A/D，无论是精度，还是转换速度，都比较弱，而FLASH和RAM空间容量比较大，使FTU功能复杂，不需要外扩。该背景下，FTU具备RTC、32768Hz晶体、纽扣锂电等精准的时钟参数，ISP为软件仿真调试提供便利，开发周期短。确保复位电路可靠性，ARM芯片方能正常工作，当系统掉电时，无论是电源监控电路，还是复位电路，均能对存储器和系统控制器予以保护。

2.3.2电源管理模块

该模块中包括FTU电源供电和蓄电池监控电路两个方面的设计内容。断路器中PT为FTU提供电源，稳定性强，为使FTU在故障状态下仍能正常工作，需要设置蓄电池。故而，电源管理模块具备切换双电源、为蓄电池充电、保护等功能。选择密封免维护铅酸蓄电池，辅之以浮充电压，并设计专用充电电路，以免出现过充及过放情况，使蓄电池使用寿命延长。

2.3.3数据采集模块

这一背景下，既要设计信号调理电路，还要进行硬件同步采样设计。测量模拟量，方能充分发挥FTU测量及保护功能。具体实施过程中，需要依托计算机软件，对模拟量输入、PT、CT、零序电压、零序电流等进行设计。优选某10kV线路作为试验线路，开展研究工作，分别对正常运行状态下的电流及最大故障电流进行设置，在各指标已知的情况下开展设计工作。执行硬件同步采样设计工作时，可选择全波傅氏算法，使数据采样更加准确。

2.3.4开关量输入输出模块

线路分段开关选用具备短路电流断开功能的断路器，该过程中，开关数字控制依据为永磁机构。FTU设计过程专业性强，且非常严谨，要借助ARM，对各开关量输入信号实施监测，兼顾电平转换，并进行相关隔离。光耦隔离将输入信号转换至3.3V逻辑信号，在ARM或CPLD的I/O口中进行输入。选用TIP521-4作为光电隔离芯片。

结语

综上所述，10kV配电网控制与保护系统中涵盖的技术及工艺要素比较多，设计过程复杂。该过程执行能够提升该系统整体质量，达到良好的应用效果。具体操作过程中，要明确我国当前10kV配电网现状，以ARM为基础，提出具体控制及保护思路，达到良好的设计效果，为后续各项操作的实施奠定良好基础，提高电力系统稳定性，减少10kV配电网运行和控制过程中的各类故障和问题，实现系统保护目标。

参考文献:

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