“花瓣式”配电网是一种革命性的配电网络设计,它以独特的结构为电力供应提供了全新的解决方案。这种网络结构将每个“花瓣”由两组电源构成,形成相互连接的环状网络,犹如盛开的花朵,故称为“花瓣式”配电网。
在“花瓣式”配电网中,每个开关站都拥有两路电源,形成双电源供电的环状网络。这种结构使得电网在运行时更加稳定、可靠,同时也提供了更大的灵活性。这种设计可确保在任何情况下,电力供应都能保持稳定和可靠。
当线路中的任意一段发生故障时,位于故障区域的两个站点会立即切断故障部分,确保其他区域能够继续正常运行,不受任何影响。这种自我保护机制使得“花瓣式”配电网在面对突发事件时,能够迅速应对,保证电力供应的持续不断。
此外,“花瓣式”配电网还具有一些其他的优点。它能够根据实际需求进行灵活调整,满足不同的用电需求,符合现代电力系统的多元化需求。
“花瓣型”配电网,是指配电网采用花瓣式接线方式,闭环网络由两路变电站出线,闭环网络之间连接有联络线,形成花瓣式网络,全部电力用户实现“N-1”安全准则, 重要负荷提升至“N-2”,保证供电可靠性。花瓣式接线的网架的优点之一是在线路故障时,可以快速切除故障段线路,对非故障线路供电不影响,实行手拉手供电,有效避 免故障区域的非故障段短时停电,电力用户平均每年停电时间可以控制在1分钟以内,供电可靠性很高。
花瓣式闭环运行配电线路保护以“纵差保护自愈、集中式DA后备”为原则。配电线路均装设纵差保护,实现配电主干线路的故障自愈,主站采用集中式DA方式辅助决策。当单一线路故障时,纵差保护动作,切除故障,系统无短暂停电;当同一环两回馈线事故或变电站全停电时,通过闭合联络开关将整个故障花瓣负荷转移至另一花瓣,实现故障的快速隔离及自愈。
2.1 广州知识城20kV花瓣型配电网
广州知识城中压配电网花瓣接线示意如下图所示。
为降低短路电流,每个花瓣的两回电源线路来自于同一变电站的同一段20kV母线,每两个花瓣之间通过联络线形成联络。正常运行方式下,花瓣合环运行,联络线处于充电运行状态。
2.2 新加坡20kV花瓣型环网
线路配置有主保护单套导引线差动保护和定时限相过流保护、定时限零序过流保护;
20kV配电房出线配置定时限相过流保护和定时限零序过流保护。
线路故障时,主保护瞬时故障隔离并切除,拒动或检修退出时,则由后备保护隔离故障。
配电房出线故障时,由后备保护切除故障。
2.3 国网江苏苏州供电公司20kV花瓣型环网
线路配置有主保护光纤纵联差动保护和定时限相过流保护、定时限零序过流保护,20kV配电房出线配置定时限相过流保护和定时限零序过流保护。
线路和配电房出线发生故障时,故障切除过程与新加坡20kV花瓣型配电网相同。
2.4 国网江苏泰州供电公司10kV花瓣型配电网
基于配电自动化实现故障隔离。配电房配电自动化终端设备构成联动式方向过流保护,在环网线路故障时快速故障定位,跳开故障线路两侧断路器,切除故障。
2.5 南网广州20kV花瓣型环网运行的配电网
变电站与配电房之间、两配电房之间的联络线配置主保护光纤纵联电流差动保护,反映线路相间和接地故障。配电房配置1台一体化配电终端,作为配电房进出线相间和接地后备保护。
在新加坡配电网中,若花瓣接线的两路电源出自不同主变压器的低压侧母线,意味着不同主变压器通过花瓣并列运行。在三相短路电流计算时,忽略花瓣线路阻抗,两台并列运行的容量100MVA的变压器等值阻抗等效为一台容量200MVA的变压器的阻抗。根据三相短路电流的计算公式,三相短路电流必然会超过断路器遮断容量。
若花瓣电源出自于同一主变的不同母线,当主变压器“N-1”故障时,备自投动作导致两台主变压器通过花瓣合环运行,线路三相短路电流仍会超过断路器遮断容量。因此,正常运行时,两台主变压器应分列运行,花瓣两路电源必须相同,即选取相同主变压器低压侧的同一母线。
以广州知识城20kV花瓣型配电网为例,花瓣内部详细示意如图所示。
图中,按线路在花瓣内的作用,可分为站端出线(QF1、QF2、QF3、QF4)、联络线路(QF0)、其他线路。
花瓣在正常运行方式下具有两路电源供电,花瓣内任何设备“N-1”均不影响其他设备供电。若变电站侧20kV母线故障或检修,本花瓣负荷通过联络线(QF0)转相邻花瓣供。若变电站侧变压器故障或检修,则本花瓣负荷通过变电站内20kV母联(QF5、QF6)转相邻变压器供。
4.1 技术问题1——三相短路电流大
广州电网主网联系紧密,系统短路容量大,各电压等级短路电流易超标。知识城电网采用220kV直降20kV供电模式,在选用高阻抗变压器后,20kV电网三相短路电流仍接近25kA。若考虑分布式电源接入20kV电网,则三相短路电流会超过25kA。三相短路电流过大,既限制了运行方式的安排,也对配电网中20kV断路器的选择造成困难。为了抑制20kV电网的三相短路电流,需要考虑从运行方式(如变压器并列或分列运行)、变电站内主变压器参数(如容量和短路阻抗百分比)等方面采取措施。
为限制20kV电网三相短路电 流,在系统电压恒定的条件下,必 须增加故障回路中的阻抗值。故障回路主要阻抗是变压器阻抗,计算公式如下:
式中:Uk%为短路阻抗百分比,UN为变压器额定电压,SN为变压器额定容量。
根据上式可知,为增大变压器阻抗,应选择更大短路阻抗百分比或更小额定容量的变压器,以减 小三相短路电流。
4.2 技术问题2——单相接地短路电流小
知识城20kV电网配电线路均为 电缆线路,中性点选择经小电阻接地。若参考经小电阻接地的10kV电网,将单相接地最大短路电流限制在577A以内,则20kV电网发生接地故障时零序电流小(特别是高阻接地),反映接地故障的快速主保护纵联零序电流差动保护无灵敏度,导致其拒动而扩大事故范围。
因此,从继电保护灵敏度角度应增大20kV电网单相接地短路电流。由于中性点接地电阻对接地故障电流大小起着主导作用,所以应减小中性点接地电阻阻值。然而,除继电保护灵敏度外,小电阻阻值选择还必须综合考虑过电压倍数限制、接触电压、跨步电压和 对通信的干扰等诸多问题。
4.3 技术问题3——常规备自投所挽救的负荷有限
为进一步提高供电可靠性,需在失去上级电源的情况下,依靠备自投将本花瓣负荷通过联络断路器转由相邻花瓣供电。
以上图为例,若环网柜3仅配置基于就地信息的常规备自投,在变电站A 20kV母线故障时,该备自投动作后会切除线路1、2靠近环网柜3侧断路器,然后合上联络断路器QF0。
备自投动作合上联络开关QF0后仅能恢复环网柜3的负荷供电,环网柜1、2、4、5、6负荷供电会中断。因此,需要提出能保证更高供电可靠性的控制方案。
若花瓣电源出自于同一变低的不同的母线(如下图所示),当主变压器“N-1”故障时,备自投动作导致两台主变压器通过花瓣合环运行,三相短路电流会大于25kA。
因此,正常运行时知识城两台主变压器应分列运行,花瓣两路电源必须选取同一主变压器变低的同一段20kV母线。