配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中饋線自動化建設(shè)方案的研究

【摘要】介紹了配電網(wǎng)饋線自動化的模式及建設(shè)原則，詳細闡述了各個模式的基本原理和對通信網(wǎng)絡(luò)及配電終端的要求，并選用典型案例分析了不同模式下線路故障的處理過程，最后對饋線自動化實現(xiàn)的功能進行說明。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)；饋線自動化；故障處理

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展和人民生活水平不斷提高，社會對堅強電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平提出了更高要求；配電網(wǎng)自動化工程建設(shè)，將在堅強網(wǎng)架建設(shè)的基礎(chǔ)上，通過打造“堅強、可靠、智能、綠色”的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。而饋線自動化建設(shè)是整個配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，通過饋線自動化建設(shè)實現(xiàn)饋線線路的故障檢測、定位、故障隔離及非故障區(qū)域的恢復送電，達到提高系統(tǒng)供電可靠性的目的。

1.饋線自動化（FA）模式

系統(tǒng)支持集中型全自動方式、集中型半自動方式、就地型智能分布式、就地型重合器方式等饋線自動化模式的接入。根據(jù)《配電自動化系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)原則》，配電自動化主站系統(tǒng)饋線自動化功能先接入集中型、電壓-時間型及兩者的協(xié)調(diào)模式。

如果設(shè)置為主站系統(tǒng)集中型控制模式，則由主站系統(tǒng)故障處理軟件進行故障定位、隔離、恢復。如果設(shè)置為“電壓-時間型”模式，則由配電設(shè)備本身進行故障定位、隔離，主站系統(tǒng)進行監(jiān)視，核對操作結(jié)果，保存故障信息。

2.饋線自動化的建設(shè)原則

（1）電纜線路及以電纜為主的混合線路，變電站不投入重合閘，采用“集中型”饋線自動化模式。

（2）架空線路及以架空為主的混合線路，變電站投入重合閘，采用“電壓-時間型”饋線自動化模式。

（3）用戶側(cè)饋線自動化采用分界開關(guān)，自動隔離用戶故障，避免事故波及主干線路。

（4）對于長架空線路、大的分支線路，不具備改造條件的電纜分支箱等采用帶通信功能的故障指示器終端，實現(xiàn)故障點定位。

3.“集中型”饋線自動化

3.1 基本原理

主站系統(tǒng)根據(jù)配電終端檢測到的故障告警信息，結(jié)合變電站保護動作信號、開關(guān)分閘等相關(guān)信息進行綜合判斷，啟動故障處理程序，確定故障類型和故障區(qū)段，實現(xiàn)故障區(qū)段隔離和非故障區(qū)段供電恢復。

3.2 對通信網(wǎng)絡(luò)和配電終端要求

3.2.1 通信網(wǎng)絡(luò)要求

采用光纖通信，支持無源光網(wǎng)絡(luò)等通信方式，支持IEC 60870-5-101/104等標準通信規(guī)約。

3.2.2 配電終端要求

（1）集遙測、遙信、遙控、通信及電源管理于一體，適用于10kV配電室、環(huán)網(wǎng)柜、電纜分支箱等場所。

（2）DTU/FTU軟硬件可組態(tài)，硬件模塊化設(shè)計，模塊標準通用，某一模塊的損壞不影響其它模塊及系統(tǒng)運行，可根據(jù)實際需求靈活擴展遙信、遙測、遙控點數(shù)。

（3）支持接入無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）、無線等通信設(shè)備。

（4）智能化電源管理，支持電源實時監(jiān)視，交流失電及電池欠壓告警、電池在線管理、電池充放電保護。

（5）電流輸入具備防開路自動保護，輸入、輸出回路具有安全防護措施。

（6）具備設(shè)備狀態(tài)自診斷，支持遠程參數(shù)維護和程序升級。

3.3 典型案例

以中解線為例說明“集中型”饋線自動化的實現(xiàn)原理。如圖3-1所示，中解線與解放線聯(lián)絡(luò)，兩條線路全部為電纜線路，不投重合閘，線路無論發(fā)生瞬時性故障還是永久性故障，都作為永久性故障處理。

3.3.1 在F1點發(fā)生故障

（1）變電站10kV出線斷路器CB1檢測到故障后分閘。

（2）主站收到CB1開關(guān)變位及事故信號后，將故障點定位在CB1與HK101-K1間隔之間。

（3）主站發(fā)出遙控分閘指令，分開HK101- K1，將故障區(qū)段隔離。

（4）隔離成功后，主站發(fā)出遙控合閘指令，合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)LHK-K2，恢復非故障區(qū)段的供電。

3.3.2 在F3點發(fā)生故障

（1）變電站10kV出線斷路器CB1檢測到故障后分閘。

（2）安裝于HK101的配電終端DTU1和安裝于HK102的配電終端DTU2檢測到電流超限及持續(xù)失壓，產(chǎn)生故障遙信并上傳至主站。

（3）主站收到CB1開關(guān)變位、HK101-K1、HK101-K2及HK102-K1、HK102-K2的故障信號后，將故障點定位在HK102-K2與中解線與解放線聯(lián)絡(luò)開關(guān)LHK-K1之間。

（4）主站發(fā)出遙控分閘指令，分開HK102-K2和LHK-K1，將故障區(qū)段隔離。

（5）隔離成功后，主站發(fā)出遙控合閘指令，合上出口斷路器CB1及聯(lián)絡(luò)開關(guān)LHK-K2，恢復非故障區(qū)段的供電。

3.3.3 在F4點發(fā)生故障

當環(huán)網(wǎng)柜母線發(fā)生故障時，主站根據(jù)配電終端DTU上送的故障遙信信息定位故障點，控制故障點前后的開關(guān)分閘，隔離故障。故障隔離成功后，再由主站遙控恢復非故障區(qū)段的供電。假設(shè)F4點發(fā)生故障時：

（1）變電站10kV出線斷路器CB1檢測到故障后分閘。

（2）安裝于HK101的配電終端DTU1和HK102- K1對應(yīng)的配電終端DTU2的回路檢測到電流超限及持續(xù)失壓，產(chǎn)生故障遙信并上傳至主站。

（3）主站收到CB1開關(guān)變位、HK101-K1、HK101-K2及HK102-K1的故障信號后，將故障點定位在HK102-K1與HK102-K2之間（環(huán)網(wǎng)柜HK102母線）。

（4）主站發(fā)出遙控分閘指令，分開HK102-K1與HK102-K2，將故障區(qū)段隔離。

（5）隔離成功后，主站發(fā)出遙控合閘指令，合上出口斷路器CB1及聯(lián)絡(luò)開關(guān)LHK-K2，恢復非故障區(qū)段的供電。

4.“電壓-時間型”（就地重合器方式）饋線自動化

4.1 基本原理

“電壓-時間型”饋線自動化配置電壓型負荷開關(guān)及電壓型饋線終端FTU，依據(jù)“電壓-時間型”開關(guān)來電即合、無壓釋放的工作特性，與變電站現(xiàn)有的一次重合閘配合，通過電壓時序邏輯檢測，確定故障區(qū)段位置，并閉鎖故障點前、后電壓型開關(guān)得電合閘的功能，實現(xiàn)故障區(qū)段的“就地隔離”。

4.2 對通信網(wǎng)絡(luò)和配電終端的要求

4.2.1 通信網(wǎng)絡(luò)要求

由于可以不依賴通信實現(xiàn)饋線故障的判定和隔離，因此，“電壓-時間型”饋線自動化作采用無線通信方式和IEC 60870-5-101標準通信規(guī)約；同時，支持光纖通信方式，支持IEC 60870-5-104標準通信規(guī)約。

4.2.2 配電終端要求

配電終端設(shè)備除了需具備行業(yè)標準要求的常規(guī)功能（遙測、遙信、遙控、通信、電源管理等）外，還需具備如下功能：

（1）具有故障定位、就地隔離和遠方通信功能。

（2）具有就地保護功能：時限投入、時限鎖定、瞬時加壓鎖定、兩側(cè)電壓鎖定，可以實現(xiàn)就地手動操作和遠方控制操作。

（3）具備分段點（S）和環(huán)網(wǎng)點（L）功能可選。

（4）通信端口至少具備1個FE（快速以太網(wǎng)）電口、1個工業(yè)串口；應(yīng)能支持IEC60870-5-101/104等標準規(guī)約通信。

（5）終端與開關(guān)采用航空插頭連接方式，防護等級不低于IP64。

（6）具備設(shè)備狀態(tài)自診斷，支持遠程參數(shù)維護。

4.3 典型案例

以大學線為例說明“電壓-時間型”饋線自動化的實現(xiàn)原理。如圖4-1所示，大學線與#2紅旗線聯(lián)絡(luò)，大學線為架空線路，投入重合閘；#2紅旗線為電纜線路，不投重合閘。

4.3.1 在F5點發(fā)生故障

（1）CB3檢測到故障電流分閘，大學線全線路失電，饋線終端FTU對應(yīng)的線路分段01、02開關(guān)因線路失壓全部分閘。

（2）CB3經(jīng)過1S延時重合閘，如故障是瞬時性故障，則合閘成功；如故障是永久性故障，則CB3再次檢測到故障電流跳閘，主站根據(jù)CB3的分合位變化時間可判定為故障點為近區(qū)，不再控制CB3合閘。

（3）主站遙控令聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK合閘，分段02開關(guān)延時合閘，恢復故障后非故障區(qū)段的供電。

4.3.2 在F6點發(fā)生故障

（1）CB3檢測到故障電流分閘，大學線全線路失電，饋線終端FTU對應(yīng)的線路分段01、02開關(guān)因線路失壓全部分閘。

（2）CB3經(jīng)過1S延時重合閘，分段01開關(guān)得電后延時合閘，如故障是瞬時性故障，則合閘成功；如故障是永久性故障，則CB3再次檢測到故障電流跳閘，故障定位于分段01、02開關(guān)之間，主站根據(jù)事故區(qū)間判定結(jié)果控制CB3合閘，恢復故障前非故障區(qū)段的供電。

（3）主站根據(jù)事故區(qū)間判定結(jié)果遙控LK合閘，恢復非故障區(qū)段供電。

4.3.3 在F7點發(fā)生故障

（1）CB3檢測到故障電流分閘，大學線全線路失電，饋線終端FTU對應(yīng)的線路分段01、02開關(guān)因線路失壓全部分閘。

（2）CB3經(jīng)過1S延時重合閘，分段01、02開關(guān)依次延時合閘，如故障是瞬時性故障，則合閘成功；如故障是永久性故障，則CB3再次檢測到故障電流跳閘，故障定位于分段02開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK之間，主站根據(jù)事故區(qū)間判定結(jié)果控制CB3合閘，分段01開關(guān)延時合閘，恢復故障前非故障區(qū)段的供電。

（3）故障發(fā)生在聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK前，主站根據(jù)事故區(qū)間判定結(jié)果，不啟動聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘。

5.用戶側(cè)饋線自動化

5.1 基本原理

在用戶側(cè)加裝分界開關(guān)。用戶側(cè)發(fā)生短路故障時，分界開關(guān)與變電站10kV出線斷路器配合隔離故障。用戶側(cè)發(fā)生單相接地故障，分界開關(guān)根據(jù)零序電流判據(jù)自動分閘，直接切除故障。

5.2 分界開關(guān)成套設(shè)備要求

（1）用戶分界開關(guān)能快速處理相間短路和接地故障。

（2）具備自診斷、動作指示和通信功能。

（3）適應(yīng)中性點不接地系統(tǒng)、消弧線圈并聯(lián)中電阻選線接地系統(tǒng)、小電阻接地系統(tǒng)。

（4）開關(guān)內(nèi)置三相CT和零序CT（保護級）。

5.3 典型案例

以檢察院宿舍（F8點）發(fā)生故障為例，說明用戶側(cè)饋線自動化基本原理。如圖5-1所示，大學線為架空線路，F(xiàn)B0003為分界負荷開關(guān)。

5.3.1 在F8點發(fā)生相間短路故障

故障發(fā)生后，分界開關(guān)FB0003與北郊變電站10kV大學線斷路器CB2配合隔離故障。

5.3.2 在F8點發(fā)生單相接地故障

發(fā)生單相接地故障，分界開關(guān)FB0003直接切除故障，不影響主干線及其它用戶。

6.饋線自動化實現(xiàn)的功能

配電網(wǎng)故障停電時，主站系統(tǒng)通過對配電SCADA采集的信息進行分析，判定出故障區(qū)段，進行故障隔離，根據(jù)配電網(wǎng)的運行狀態(tài)和必要的約束判斷條件生成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案，調(diào)度人員可根據(jù)實際條件選擇手動、半自動或自動方式進行故障隔離并恢復供電。

6.1 故障定位、隔離及非故障區(qū)段的恢復

6.1.1 故障定位

系統(tǒng)根據(jù)配電終端傳送的故障信息，快速定位故障區(qū)段，并在配調(diào)工作站上自動推圖，以醒目方式顯示故障發(fā)生點及相關(guān)信息。

6.1.2 故障區(qū)段隔離

對于瞬時故障，若變電站出線開關(guān)重合成功，恢復供電，則不啟動故障處理，只報警和記錄相關(guān)事項。對于永久性故障，變電站出線開關(guān)重合不成功后，則啟動故障處理。系統(tǒng)根據(jù)故障定位結(jié)果確定隔離方案，故障隔離方案可以自動或經(jīng)調(diào)度員確認后進行。

6.1.3 非故障區(qū)段恢復供電

非故障區(qū)段恢復供電故障處理過程可選擇自動方式或人機交互方式進行，執(zhí)行過程中允許單步執(zhí)行，也可在連續(xù)執(zhí)行時人工暫停執(zhí)行。在故障處理過程中，完成常規(guī)的遙控執(zhí)行之后應(yīng)查詢該開關(guān)的狀態(tài)，以判斷該開關(guān)是否正確執(zhí)行，若該開關(guān)未動作則停止自動執(zhí)行，并提示系統(tǒng)運行人員，以示警告。

6.2 多重事故的處理

系統(tǒng)具備多重故障同時處理的功能，且各故障處理相互之間不受影響。系統(tǒng)根據(jù)故障優(yōu)先級劃分，可以按優(yōu)先級進行處理。系統(tǒng)對事故的處理支持分項目、分區(qū)間進行管理；針對多重事故，系統(tǒng)從整個供電網(wǎng)絡(luò)的預(yù)備力、變壓器的預(yù)備力、連接點的電壓降、聯(lián)絡(luò)點的預(yù)備力、線路分段開關(guān)的預(yù)備力等綜合考慮，做出最優(yōu)的供電恢復方案。

6.3 故障處理安全約束

系統(tǒng)可靈活設(shè)置故障處理閉鎖條件，避免保護調(diào)試、設(shè)備檢修等人為操作的影響。故障處理過程中具備必要的安全閉鎖措施（如通信故障閉鎖、設(shè)備狀態(tài)異常閉鎖等），保證故障處理過程不受其它操作干擾。

6.4 故障處理控制方式

對于不具備遙控條件的設(shè)備，系統(tǒng)通過分析采集遙測、遙信數(shù)據(jù)，判定故障區(qū)段，并給出故障隔離和非故障區(qū)段的恢復方案，通過人工介入的方式進行故障處理，達到提高處理故障速度的目的。

對于具備遙測、遙信、遙控條件的設(shè)備，系統(tǒng)在判定出故障區(qū)段后，調(diào)度員可以選擇遠方遙控設(shè)備的方式進行故障隔離和非故障區(qū)段的恢復，或采用系統(tǒng)自動閉環(huán)處理的方式進行控制處理。

參考文獻

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