饋線自動化技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用

楊建雄

（楚雄州供電有限公司，云南 楚雄 675000）

1 配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)自動化是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，完整的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)包含了供電網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)動系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、主站系統(tǒng)4個主要環(huán)節(jié)。

配電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架典型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 分析饋線自動化技術(shù)。饋線自動化(FA)指饋電線路的故障檢測、定位、故障隔離及正常線路的恢復(fù)供電，包括架空、電纜線路的饋線自動化和開閉所的故障處理。

針對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的普遍性，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)以主站、子站、FTU全以太網(wǎng)絡(luò)的方式形成"三網(wǎng)合一"的系統(tǒng)，將光纖優(yōu)勢與以太網(wǎng)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，既發(fā)揮光纖遠(yuǎn)距離、高速的可靠通信，又集成了通信組網(wǎng)的功能，以TCP/IP尋址和通信主網(wǎng)、子網(wǎng)的概念以及IEC-870-5-104通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)分組交換數(shù)據(jù)的功能，保證了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的快速性和實(shí)時性。這種分層型(即主站層、配電網(wǎng)子站層、站端層)的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，各層功能相對獨(dú)立，對極端情況有健壯的適應(yīng)性:配電網(wǎng)子站不僅具有當(dāng)?shù)厮刂品秶径嗽O(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸與上傳下達(dá)的功能，還具有故障診斷、隔離與非故障區(qū)域的恢復(fù)控制功能。當(dāng)主站癱瘓或子站至主站通信中斷時，子站能繼續(xù)完成其通信管理、三遙、故障隔離與恢復(fù)、保存數(shù)據(jù)及事項(xiàng)的功能。

2.1 實(shí)施饋線自動化的技術(shù)原則

2.1.1 故障診斷流程。故障處理宜采用智能分布與集中控制相結(jié)合的方法。與傳統(tǒng)的重合閘方法相比，該方法故障處理方式更加靈活多樣，更加可靠，能夠根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)參數(shù)的改變，進(jìn)行在線故障診斷的變化。對于各種線路故障，如瞬時故障、永久故障、同一環(huán)多次故障、多條線路同時故障等，都能夠在線處理。可以將故障處理對配電系統(tǒng)的沖擊和震蕩減到最小，避免了傳統(tǒng)故障隔離方法重復(fù)進(jìn)行重合閘操作的諸多弊端。

三層方案的故障診斷流程可概括為:以配電終端為基礎(chǔ)的故障檢測;以配電網(wǎng)子站為中心的區(qū)域控制;以主站為管理中心的高層全局控制。其中，配電網(wǎng)子站負(fù)責(zé)處理所轄區(qū)域饋線終端的故障上報(bào)，查詢故障信息，分析故障位置及實(shí)現(xiàn)故障的當(dāng)?shù)馗綦x，且提供非故障區(qū)域的供電策略，實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電。當(dāng)故障區(qū)域超出管轄區(qū)域或隔離不成功，配電網(wǎng)子站上報(bào)故障給主站，由主站協(xié)調(diào)各個子站進(jìn)一步處理故障。

a.子站向主站及時上報(bào)故障信息及處理結(jié)果，使主站能全程監(jiān)視故障處理過程。

b.當(dāng)故障恢復(fù)及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)需多個子站共同完成時，可由主站協(xié)調(diào)。

c.故障處理系統(tǒng)進(jìn)行自動和人工2種干預(yù)方式。

d.在自動模式下，系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行的拓?fù)錉顟B(tài)自動完成開關(guān)設(shè)備的操作，達(dá)到故障的診斷、隔離和恢復(fù);在人工干預(yù)模式下，故障發(fā)生后，系統(tǒng)經(jīng)過計(jì)算，提出多種恢復(fù)供電方案，由管理人員選擇某一方案并執(zhí)行。

2.1.2 故障識別策略

a.故障類型、故障信號的識別由FTU完成。FTU采用高速采樣原理，采樣電流瞬時值，作為故障判別的依據(jù)。故障采樣頻率為32點(diǎn)/周。

b.當(dāng)線路發(fā)生相間短路時，F(xiàn)TU會采樣到電流瞬變且超過電流限值，判斷出故障的發(fā)生。在故障發(fā)生的30ms(3/2周期)，即可判斷出故障。

c.單相接地故障判斷，必須依據(jù)零序分量才能有效。單相接地點(diǎn)的零序功率分量與正常運(yùn)行時的零序功率分量相位相反，且非故障相電壓比故障相電壓升高≥1.5倍，根據(jù)這一特征，可判斷出單相接地故障的發(fā)生。

d.由于我國配電網(wǎng)多是中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，零序分量幅值相當(dāng)小，因此，單相接地故障判斷的準(zhǔn)確性相當(dāng)?shù)汀?/p>

e.由于單相接地故障準(zhǔn)確性低，因此，可以采用拉合開關(guān)的排除法找出單相接地故障。主站在程序設(shè)計(jì)上，具有開關(guān)操作序列提示的功能，以保證操作的正確性。

2.2 饋線自動化處理過程

2.2.1FTU/DTU的故障處理。饋線終端FTU/DTU實(shí)時分析采樣電流和電壓，判斷故障性質(zhì)(瞬時性故障和永久性故障)、類型，故障數(shù)據(jù)錄波，故障信息上報(bào)等，并執(zhí)行子站的故障處理控制命令。饋線終端在饋線自動化故障處理中充當(dāng)檢測故障及故障處理執(zhí)行機(jī)構(gòu)的角色。

主站下發(fā)饋線終端檢測故障發(fā)生的各種特征量的整定值，如電流、電壓、零序功率等，饋線終端對采樣值與相應(yīng)特征量進(jìn)行比較，分析出故障發(fā)生的性質(zhì)和類型，并考慮與變電站出口的速斷保護(hù)及后備保護(hù)配合，根據(jù)采樣電流，啟動不同的整定時間，以便達(dá)到與出口保護(hù)的協(xié)調(diào)。

2.2.2 配電網(wǎng)子站的故障處理。配電網(wǎng)自動化子站管理其轄區(qū)的柱上FTU、開閉所DTU等配電終端設(shè)備，完成數(shù)據(jù)集中與轉(zhuǎn)發(fā)的功能，以及區(qū)域內(nèi)的故障診斷、隔離、恢復(fù)供電功能。

配電網(wǎng)子站不僅負(fù)責(zé)與變電站內(nèi)RTU進(jìn)行通信，采集站內(nèi)數(shù)據(jù)，在允許對出口開關(guān)控制的情況下，負(fù)責(zé)變電站出線的恢復(fù)供電，而且負(fù)責(zé)處理所轄區(qū)域饋線終端(FTU，DTU)的故障上報(bào)、故障信息查詢、故障位置分析及實(shí)現(xiàn)故障的區(qū)域性隔離，當(dāng)故障區(qū)域超出單個子站轄區(qū)范圍或隔離不成功，配電網(wǎng)子站上報(bào)故障給主站。當(dāng)饋線終端檢測到瞬時性故障時，F(xiàn)TU/DTU僅上報(bào)事項(xiàng)給子站，子站上報(bào)事項(xiàng)給主站而沒有其他操作。當(dāng)配電終端檢測到永久性故障時，立即上報(bào)故障給子站，配電網(wǎng)子站根據(jù)實(shí)時跟蹤的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，判斷故障發(fā)生的位置，命令相應(yīng)FTU，DTU操作對應(yīng)的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)故障隔離。

2.2.3 主站的故障處理。主站的故障處理主要有對FTU和DTU的故障參數(shù)管理，實(shí)現(xiàn)故障的高層隔離和恢復(fù)兩大功能。

FTU和DTU的各種整定值(電流、電壓、時間)及其他運(yùn)行參數(shù)，均通過主站進(jìn)行參數(shù)的維護(hù)。

當(dāng)故障區(qū)域超出配電網(wǎng)子站管轄區(qū)域或隔離不成功，子站上報(bào)故障給主站，由主站協(xié)調(diào)各個子站，實(shí)施自動或手動故障隔離。隔離完畢之后，主站啟動故障恢復(fù)程序，實(shí)現(xiàn)自動恢復(fù)。人工干預(yù)恢復(fù)是系統(tǒng)分析網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時遙測、遙信，提供恢復(fù)非故障區(qū)域供電的建議方案，并具有方案模擬預(yù)演的功能，如潮流分布、操作開關(guān)、失電線路等。確定采納方案后，可通過遙控實(shí)現(xiàn)故障的人工恢復(fù)。主站除實(shí)現(xiàn)故障控制外，還提供子站的故障診斷、隔離結(jié)果信息，包括故障類型、故障區(qū)域、故障期間電流大小。

故障診斷、隔離與恢復(fù)的功能應(yīng)適合于各種配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，設(shè)備擴(kuò)充或電力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)修改后，其故障拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型能自動更新，故障診斷、隔離與恢復(fù)的功能不受影響。

2.2.4 架空線路的故障處理。柱上FTU結(jié)合柱上開關(guān)與配電網(wǎng)子站或配電主站配合，完成10kV架空線路的故障檢測、診斷、故障區(qū)域隔離和非故障區(qū)域的正常供電。其中，故障檢測由柱上FTU完成;故障定位由子站與FTU共同完成;故障隔離、恢復(fù)由FTU配合子站或主站完成。

當(dāng)兩條手拉手架空線的供電電源來自同一變電站，即所有分段開關(guān)(包括聯(lián)絡(luò)開關(guān))均由同一配電網(wǎng)子站監(jiān)控，則故障隔離和恢復(fù)可由該配電網(wǎng)子站完成。當(dāng)兩條手拉手架空線的供電電源來自不同變電站，配電網(wǎng)子站A和配電網(wǎng)子站B分別負(fù)責(zé)監(jiān)控其中一條架空線，聯(lián)絡(luò)開關(guān)由B監(jiān)控，此時故障隔離由配電網(wǎng)子站完成，非故障區(qū)恢復(fù)供電則需由配電主站配合完成。

2.3FA過程的時間分配。整個故障處理自動化動作過程時間可分為6部分。

a.永久性故障的判別時間約3～5s。對于架空線路，故障發(fā)生后，經(jīng)過變電站的保護(hù)動作及自動重合裝置的重合，若一次重合失敗，則確認(rèn)線路發(fā)生永久性故障;對于電纜線路，若重合失敗(配置自動重合裝置)，則表明故障發(fā)生在主干線上(如前所述，分支線故障，在重合前完成故障隔離，將重合成功)。一次重合失敗后，系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化功能啟動，檢測到故障電流的FTU開始主動上傳故障信息。

b.子站故障信息的收集時間，指子站收齊所有FTU的故障信息，包括變電站內(nèi)的保護(hù)動作信息和出線開關(guān)跳閘信息。如果采用子站直接采集，則故障信息的收集時間為5～10s;如果變電站內(nèi)信息由RTU轉(zhuǎn)發(fā)，則一般為10～15s(不同廠家的產(chǎn)品稍有差異)。

c.子站的故障定位時間約1s。

d.子站執(zhí)行故障隔離時間2～6s。通常情況下隔離每個開關(guān)時間小于2s，隔離開關(guān)數(shù)通常為1～3個。

e.主站收到子站隔離報(bào)文，啟動故障恢復(fù)，進(jìn)行過負(fù)荷校驗(yàn)，計(jì)算網(wǎng)損，確定最佳恢復(fù)供電方案，共用時4～5s。

f .主站執(zhí)行故障恢復(fù)時間2～6s。通常情況下恢復(fù)每個開關(guān)時間小于3s，恢復(fù)開關(guān)數(shù)通常為1～3個。

結(jié)束語。由于配電網(wǎng)采集和監(jiān)控的信息要比調(diào)度能量管理系統(tǒng)大得多，而且由于設(shè)備或原始設(shè)計(jì)的缺陷，通過配電遠(yuǎn)方終端單元采集的實(shí)時數(shù)據(jù)量和控制量一般不到全部配電網(wǎng)數(shù)據(jù)總量的10%。所以，應(yīng)該依靠故障投訴管理、負(fù)荷管理、電量計(jì)費(fèi)和用電營業(yè)管理等子系統(tǒng)收集的信息進(jìn)一步彌補(bǔ)實(shí)時信息的不足，即加強(qiáng)與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，包括實(shí)時的、歷史的、參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

未來配電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展除了應(yīng)保證供電質(zhì)量，迅速確定故障部位，及時處理故障，恢復(fù)線路送電和降低網(wǎng)損外，還應(yīng)不斷提高用戶的用電實(shí)時在線評判。

[1]李凌.饋線自動化相關(guān)技術(shù)及實(shí)踐研究[D].武漢大學(xué)，2004年.

[2]陳英.一種面保護(hù)饋線自動化的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西安科技大學(xué)，2006年.