基于EPON通信的配電網(wǎng)保護(hù)與控制的實(shí)踐

馮超，戴元安，朱中華

（1.嘉善縣供電局，浙江嘉善314100；2.南瑞繼保電氣有限公司，南京211102）

基于EPON通信的配電網(wǎng)保護(hù)與控制的實(shí)踐

馮超1，戴元安1，朱中華2

（1.嘉善縣供電局，浙江嘉善314100；2.南瑞繼保電氣有限公司，南京211102）

針對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，導(dǎo)致階段式過流保護(hù)時(shí)限配合困難且無法實(shí)現(xiàn)全線速動(dòng)的問題，結(jié)合嘉善配電網(wǎng)“三雙”改造的試點(diǎn)，提出了一種基于EPON通信網(wǎng)絡(luò)的10 kV線路保護(hù)與控制方法，能夠在變電站10 kV饋線出口開關(guān)保護(hù)動(dòng)作之前實(shí)現(xiàn)故障的快速定位、隔離，可有效解決配電網(wǎng)上下級(jí)保護(hù)定值不易配合的問題，同時(shí)通過遠(yuǎn)方備自投實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域的供電恢復(fù)，提高了供電可靠性。

配電網(wǎng)保護(hù)；備自投；故障定位；EPON

0 引言

目前，10 kV饋線一般采用階段式過流保護(hù)或過流保護(hù)與FA（饋線自動(dòng)化）組合方式[1]。隨著智能電網(wǎng)的不斷推進(jìn)，大量分布式電源接入配電網(wǎng)以及配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)朝著多聯(lián)絡(luò)、環(huán)網(wǎng)模式發(fā)展[2-3]，形成高供電可靠性的“三雙”（雙電源、雙線路、雙接入）接線模式。原有時(shí)限配合的傳統(tǒng)保護(hù)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高可靠性用電和對(duì)故障快速定位、準(zhǔn)確隔離的要求。

未來智能配電網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)系統(tǒng)在繼承利用本地信息的就地化保護(hù)成熟技術(shù)的同時(shí)，將借助于信息化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，向相互協(xié)調(diào)、廣域范圍內(nèi)功能綜合的保護(hù)系統(tǒng)發(fā)展[4]。

以嘉善配電網(wǎng)架空線“三雙”試點(diǎn)工程為基礎(chǔ)，提出了一種配電網(wǎng)保護(hù)與控制方案，以EPON（無源光以太網(wǎng)）通信網(wǎng)絡(luò)為載體實(shí)現(xiàn)全自主的10 kV主干線故障快速定位、隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)，對(duì)方案實(shí)施的保護(hù)邏輯與控制方式進(jìn)行了分析說明。

1 配電網(wǎng)保護(hù)控制系統(tǒng)通信模式

為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)控制相關(guān)功能，保護(hù)裝置之間需具備毫秒級(jí)的保護(hù)信息實(shí)時(shí)交互能力，建立橫向通信聯(lián)絡(luò)，采用EPON組網(wǎng)，通過IEC 61850-8-1 GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）實(shí)現(xiàn)保護(hù)相關(guān)信息的實(shí)時(shí)交互。

在EPON通信網(wǎng)絡(luò)上，配電網(wǎng)各保護(hù)裝置只需與相鄰保護(hù)裝置、區(qū)域控制子站建立橫向通信鏈接，不需要與配電網(wǎng)上所有裝置建立鏈接，有效降低了通信的集中度，提高了橫向通信及保護(hù)的可靠性。

配電網(wǎng)保護(hù)裝置通過EPON網(wǎng)絡(luò)的通信終端設(shè)備ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）、EPON的局端設(shè)備OLT（光線路終端）建立保護(hù)裝置之間的數(shù)據(jù)交互通道，如圖1所示。每個(gè)配電保護(hù)裝置采集柱上開關(guān)狀態(tài)信息，包括開關(guān)位置、電流、電壓等，經(jīng)過裝置內(nèi)部計(jì)算后，將過流、開關(guān)位置、電壓狀態(tài)等信號(hào)采用GOOSE組播報(bào)文方式，向EPON網(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)配電保護(hù)裝置和配電網(wǎng)區(qū)域控制子站發(fā)布，實(shí)現(xiàn)供電區(qū)域內(nèi)保護(hù)相關(guān)數(shù)據(jù)的共享。

EPON網(wǎng)絡(luò)同時(shí)承載配電保護(hù)裝置之間保護(hù)信息交互、配電網(wǎng)區(qū)域控制子站與配電保護(hù)裝置之間控制信息交互、配電主站與配電保護(hù)裝置之間自動(dòng)化信息交互，三者共享這一通信網(wǎng)絡(luò)。

2 試點(diǎn)區(qū)技術(shù)要求

10 kV架空線路主干線路在試點(diǎn)之前沒有安裝分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)，配置三段式電流保護(hù)，其中Ⅰ段為電流速斷，架空線路配有重合閘。

10 kV架空線路進(jìn)行“三雙”改造，增加分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)，且保證每一個(gè)配電網(wǎng)區(qū)段都連接2個(gè)以上電源，其中1個(gè)為主供電源，其他為備用電源，聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常運(yùn)行處于分位。分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)采用柱上斷路器，每臺(tái)開關(guān)配置1套配電保護(hù)裝置。柱上斷路器內(nèi)置三相保護(hù)級(jí)電流互感器，具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)，可通過配電保護(hù)裝置進(jìn)行遙控分/合閘。

變電站側(cè)的10 kV線路保護(hù)裝置不更換，在整定值中將原電流速斷保護(hù)退出運(yùn)行，保留過流保護(hù)及重合閘，過流保護(hù)作為全線的后備保護(hù)。由基于EPON網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)主保護(hù)實(shí)現(xiàn)全線速斷。要求整條線路任一點(diǎn)的主保護(hù)動(dòng)作延時(shí)不大于100 ms，失靈保護(hù)動(dòng)作延時(shí)小于200 ms。如果線路上短路故障在200 ms內(nèi)未切除，則由變電站的原線路過流保護(hù)動(dòng)作切除變電站側(cè)10 kV線路開關(guān)。

基于EPON的配電網(wǎng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)饋線的故障區(qū)段準(zhǔn)確定位，在100 ms以內(nèi)切除區(qū)段故障；配電保護(hù)裝置具備三相涌流檢測(cè)能力，能準(zhǔn)確檢測(cè)空投變壓器、帶電動(dòng)機(jī)重合等情況，避免誤動(dòng)；具備重合閘功能，排除線路上的瞬時(shí)性故障；具備失靈保護(hù)功能，在故障點(diǎn)鄰近開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，由上級(jí)開關(guān)配電保護(hù)裝置的失靈保護(hù)切除故障。

配電網(wǎng)區(qū)域控制子站實(shí)現(xiàn)饋線故障隔離后的非故障區(qū)域備用電源自投（簡(jiǎn)稱備自投）。配電保護(hù)裝置將故障區(qū)段定位隔離成功后，配電網(wǎng)區(qū)域控制子站通過遠(yuǎn)方備自投系列策略，實(shí)現(xiàn)非故障停電區(qū)域的聯(lián)絡(luò)備自投。

3 配電網(wǎng)故障區(qū)段的判斷

配電網(wǎng)拓?fù)浔Ｗo(hù)作為配電網(wǎng)全線路的主保護(hù)，線路上的分段開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)將線路分成多個(gè)區(qū)段，如圖2所示。分段開關(guān)KG1，KG2，KG5所含的配電網(wǎng)線路為其中的一個(gè)區(qū)段，KG2，KG3，KG6所含的配電網(wǎng)線路為另一個(gè)區(qū)段，如此類推。各區(qū)段劃分如表1所示。

如果短路故障發(fā)生在開關(guān)KG2，KG3，KG6之間的線路上，則區(qū)段2為故障區(qū)段，KG2，KG3，KG6都在故障區(qū)段上。KG2有故障電流，KG2稱為故障點(diǎn)鄰近上游開關(guān)；KG3，KG6無故障電流，KG3，KG6稱為故障點(diǎn)鄰近下游開關(guān)；其他開關(guān)都為故障區(qū)外開關(guān)。

基于配電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)邏輯的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔ǚ绞胶?jiǎn)單，每個(gè)保護(hù)控制裝置不需要整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，只需要在線路拓?fù)渖吓c本開關(guān)相鄰點(diǎn)的信息，這樣局部化的信息聯(lián)系大大降低了裝置信息的傳輸量和處理量，從而提高數(shù)據(jù)處理效率。如圖2所示，就保護(hù)功能而言，KG1只需要獲取KG2與KG5的信息，KG2只需要獲取KG1，KG5，KG6，KG3的信息。

當(dāng)配電網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置檢測(cè)到故障電流，滿足過流元件動(dòng)作條件時(shí)，通過GOOSE口向相鄰點(diǎn)的保護(hù)裝置、配電網(wǎng)區(qū)域控制子站發(fā)送過流故障信息。保護(hù)控制裝置結(jié)合就地檢測(cè)及運(yùn)算的信息、相鄰點(diǎn)的實(shí)時(shí)GOOSE信息，經(jīng)主保護(hù)邏輯分析計(jì)算后確定對(duì)應(yīng)開關(guān)是否在故障區(qū)段上。如果判定本開關(guān)在故障區(qū)段上且有故障電流流過，發(fā)送含義為“本開關(guān)在故障點(diǎn)鄰近上游”信息；如果判定本開關(guān)在故障區(qū)段上但沒有故障電流流過，發(fā)送含義為“本開關(guān)在故障點(diǎn)鄰近下游”信息；如果主保護(hù)啟動(dòng)但判定不在故障區(qū)段上，則發(fā)送“本開關(guān)在故障區(qū)外”信息。

如果KG2檢測(cè)到故障電流（開關(guān)在合位），KG3，KG6沒有檢測(cè)到故障電流（開關(guān)在分位），3個(gè)中只有1個(gè)有故障信息，即認(rèn)為故障發(fā)生在區(qū)段2上。

4 帶重合閘的保護(hù)邏輯

若圖2中區(qū)段3故障：KG1，KG2，KG5處的保護(hù)裝置完成故障定位，KG1處保護(hù)動(dòng)作出口，跳閘KG1開關(guān)；KG2開關(guān)先不動(dòng)作，KG5本身在分位。在KG1合閘儲(chǔ)能完成的條件下經(jīng)重合閘延時(shí)重合KG1。

如果區(qū)段3為瞬時(shí)性故障，KG1重合閘后，保護(hù)裝置沒有再檢測(cè)到故障信息，重合閘成功，瞬時(shí)性故障排除。

如果區(qū)段3為永久性故障，KG1處保護(hù)再次動(dòng)作，重合閘后加速動(dòng)作，直接跳閘KG1；在重合閘后加速動(dòng)作的同時(shí)，KG1處保護(hù)裝置向KG2與KG5處發(fā)送重合閘后加速動(dòng)作信息，KG2與KG5處保護(hù)裝置收到該信息，直接跳閘KG2，而KG5本身在分位。至此，區(qū)段3故障被隔離。

5 失靈保護(hù)邏輯

若圖2中區(qū)段2故障：KG2，KG3，KG6處的保護(hù)裝置完成故障定位后，KG2保護(hù)裝置會(huì)立即發(fā)“本開關(guān)在故障點(diǎn)鄰近上游”的信息給鄰近的KG1與KG5，KG1與KG5處保護(hù)裝置即啟動(dòng)失靈保護(hù)功能。

如果KG2拒動(dòng)，KG1保護(hù)裝置從檢測(cè)到故障電流開始計(jì)算時(shí)間，在固定延時(shí)之后仍然檢測(cè)到故障電流存在（如KG2拒動(dòng)），失靈保護(hù)動(dòng)作出口，直接跳閘KG1開關(guān)。KG2保護(hù)裝置會(huì)發(fā)送“拒動(dòng)”信息給KG1，KG5，KG3，KG6，這些開關(guān)本身在分位，如果這些開關(guān)中有在合位的，會(huì)直接跳閘，保證將故障區(qū)域完全隔離。

6 遠(yuǎn)方備自投的實(shí)現(xiàn)

區(qū)域控制子站PCS-998安裝在110 kV惠民變站內(nèi)。當(dāng)配電線路發(fā)生故障時(shí)，由就地FTU（饋線終端裝置）保護(hù)動(dòng)作，切除故障。若是瞬時(shí)性故障，依靠FTU重合閘重合恢復(fù)供電，若是永久性故障，由PCS-998裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自投，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

在某些情況下，存在多路徑的恢復(fù)供電方式，遵循以下優(yōu)先級(jí)原則：負(fù)荷輕的線路優(yōu)先；對(duì)側(cè)變電站相應(yīng)側(cè)母線；對(duì)側(cè)變電站異側(cè)母線；本側(cè)變電站不同段母線。

若圖2中區(qū)段3發(fā)生永久故障：KG1，KG2，KG5處的保護(hù)裝置完成故障定位及隔離，KG1，KG2，KG5開關(guān)均處于分位。配電網(wǎng)區(qū)域控制子站在確認(rèn)KG1，KG2，KG5故障定位隔離處理完畢后，會(huì)分析曙光814線、東海824線的整體負(fù)荷情況、各開關(guān)負(fù)荷狀態(tài)及KG2歷史負(fù)荷狀態(tài)，通過優(yōu)先級(jí)原則的備自投策略選擇其中相對(duì)合理的聯(lián)絡(luò)備用電源，合閘聯(lián)絡(luò)開關(guān)KG3或者KG6，恢復(fù)非故障區(qū)段2的供電。以下為動(dòng)作策略。

（1）區(qū)段1內(nèi)發(fā)生故障，KG3，KG4，KG7跳閘，無非故障區(qū)段失電，PCS-998裝置不動(dòng)作。

（2）區(qū)段2內(nèi)發(fā)生故障，KG2，KG3，KG6跳閘，無非故障區(qū)段失電，PCS-998裝置不動(dòng)作。

（3）區(qū)段3內(nèi)發(fā)生故障，KG1，KG2，KG5跳閘，非故障區(qū)段2失電，PCS-998裝置動(dòng)作，優(yōu)先合KG3，若曙光814線過負(fù)荷，而東海824線未過負(fù)荷，則合KG6。

（4）區(qū)段4內(nèi)發(fā)生故障，KG5，KG8，KG9跳閘，非故障區(qū)段5失電，PCS-998裝置動(dòng)作，合KG10。

（5）區(qū)段5內(nèi)發(fā)生故障，KG9與KG10跳閘，無非故障區(qū)段失電，PCS-998裝置不動(dòng)作。

（6）區(qū)段6內(nèi)發(fā)生故障，KG6，KG10，KG11跳閘，無非故障區(qū)段失電，PCS-998裝置不動(dòng)作。

（7）區(qū)段7內(nèi)發(fā)生故障，KG7，KG11，KG12跳閘，非故障區(qū)段6失電，PCS-998裝置動(dòng)作，優(yōu)先合KG10，若惠工257線過負(fù)荷，而惠北258線未過負(fù)荷，則合KG6。

7 結(jié)語

針對(duì)嘉善地區(qū)架空輸電線路“三雙”供電模式設(shè)計(jì)了配電網(wǎng)保護(hù)控制解決方案，基于高速實(shí)時(shí)的EPON通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，就地化自動(dòng)準(zhǔn)確地識(shí)別故障發(fā)生區(qū)段，快速隔離故障，并通過配電網(wǎng)區(qū)域控制子站，迅速自動(dòng)恢復(fù)非故障區(qū)的供電。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證這種配電保護(hù)系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間短、選擇性好、靈敏度高，不但解決了配電網(wǎng)繼電保護(hù)的整定配合問題，且實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)故障“自愈”功能，為大幅提高配電網(wǎng)的供電可靠性提供了有效的技術(shù)支撐。

[1]檀佳，賴尚峰.含分布式電源的閉環(huán)配電網(wǎng)保護(hù)方案研究[J].電力學(xué)報(bào)，2011，26（5）:368-771.

[2]林霞，陸于平，吳新佳.分布式發(fā)電系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)靈敏度影響規(guī)律[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2009，29（1）:54-59.

[3]謝邦鵬，沈光敏，孫陽盛.智能配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)工作展望[J].上海電力，2010，3:199-204.

（本文編輯：陸瑩）

下期要目

●GIS設(shè)備超聲波局部放電信號(hào)異常的分析

●電動(dòng)汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)城際互聯(lián)清分結(jié)算研究

●防水涂料在電纜中間接頭防水處理中的應(yīng)用

●縣域電力設(shè)施布局規(guī)劃的研究與實(shí)踐

●非故障狀態(tài)變壓器絕緣油中H2異常的案例分析

●火電機(jī)組漿液循環(huán)泵全停邏輯優(yōu)化及RB控制研究

●600 MW火電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸瓦振動(dòng)異常分析及處理

●1 000 MW機(jī)組鍋爐SCR脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化

●鍋爐化學(xué)清洗工藝的改進(jìn)和應(yīng)用

●調(diào)控一體化電網(wǎng)智能告警技術(shù)的應(yīng)用

Practice of Distribution Network Protection and Control Based on EPON Communication

FENG Chao1，DAI Yuan an1，ZHU Zhong hua2
（1.Jiashan Power Supply Bureau，Jiashan Zhejiang 314100，China；2.NR Electric Co.Ltd.，Nanjing 211102，China)

Aiming at the increasingly complex distribution network structure which brings about difficulty in matching with step overcurrent protection time limit and disenables quick-action of the whole line，the paper, combining with the network protection and control pilot of"three-double"transformation of Jiashan distribution networks，proposes a protection and control method for 10 kV lines based on EPON communication networks,which enables quick fault location and isolation before protection action of gate out switch of 10 kV feeder and effectively solves the uneasy matching between upper protection settings and lower ones of distribution networks；in the meantime，power supply in fault-free areas can be resumed by remote automatic bus transfer equipment，and power supply reliability can be improved.

distribution network protection；automatic bus transfer equipment；fault location；EPON

TM773

：B

：1007-1881（2013）11-0049-04

2013-08-13

馮超（1979-），男，江蘇高郵人，注冊(cè)電氣工程師，從事電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。