配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)及其運(yùn)用

張余

摘 要：電力系統(tǒng)建設(shè)在改革開放的帶動下日益活躍，電力技術(shù)也在此背景下得到飛速發(fā)展。電力資源作為社會發(fā)展與百姓生活的必備現(xiàn)代能源，使得社會大眾對于供電質(zhì)量與穩(wěn)定可靠性等方面也有了更高要求。作為提高供電質(zhì)量、保證供電安全性的重要手段之一的配電網(wǎng)饋線技術(shù)也在這一背景下得到了普遍關(guān)注。該文以配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計作為切入點(diǎn)，進(jìn)一步探究了饋線自動化的技術(shù)原則以及故障處理等技術(shù)應(yīng)用，希望能為相關(guān)人士提供些許參考作用。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 饋線自動化 電力系統(tǒng) 運(yùn)用

中圖分類號：X820 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（c）-0096-02

我國電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電、配電、供電幾個環(huán)節(jié)所構(gòu)成，這其中配電環(huán)節(jié)是輸電與供電的轉(zhuǎn)換樞紐，在整個電力電網(wǎng)系統(tǒng)中起著重要的承接作用，因此通過科學(xué)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)饋線自動化對于提升供電質(zhì)量、保證整個電網(wǎng)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定都有著重要作用[1]。配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)簡稱FA，將FA技術(shù)應(yīng)用在配電網(wǎng)中，能夠及時解決配電網(wǎng)中的存在的各類故障，從而保證供電穩(wěn)定性。以下該文以配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計作為切入點(diǎn)，進(jìn)一步探究了饋線自動化的技術(shù)原則以及故障處理等技術(shù)應(yīng)用，具體如下。

1 配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

得利于現(xiàn)代通信技術(shù)科技的發(fā)展，配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從無到有，并孕生出了基于FTU與通信網(wǎng)絡(luò)的配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)[2]。此種系統(tǒng)包括主站、FTU、SCADA系統(tǒng)、通信線路、負(fù)荷開關(guān)以及配電高級應(yīng)用裝置（PAS）等幾大部分，系統(tǒng)中的主站作為饋線自動化系統(tǒng)中的主體結(jié)構(gòu)主要包括SCADA監(jiān)控、故障隔離方案計算、GIS地理信息系統(tǒng)、配電管理信息等幾大模塊，其典型結(jié)構(gòu)（見圖1）。

系統(tǒng)中的故障處理、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等操作均是以主站系統(tǒng)作為主導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)出現(xiàn)故障后，F(xiàn)TU會將故障信息以及當(dāng)前的開關(guān)情況通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳到主站系統(tǒng)中，之后由主站根據(jù)故障狀態(tài)、系統(tǒng)的運(yùn)行方式、電源備用容量、負(fù)荷情況、饋線與度等因素進(jìn)行計算，并根據(jù)計算結(jié)果提供最佳的故障解決方案，并以系統(tǒng)自動或人工的方式對解決方案進(jìn)行核實(shí)，確認(rèn)無誤后發(fā)出相應(yīng)的操作指令，借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備遙控[3]。故障處理計算方法并不唯一，常用的有統(tǒng)一矩陣、專家系統(tǒng)、基于AER模型以及基于模糊集技術(shù)等供電恢復(fù)算法。

對于規(guī)模相對較大的配電網(wǎng)絡(luò)，還需要在饋線自動化系統(tǒng)中設(shè)置子站系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)見圖2。

配電網(wǎng)饋線子站不僅可以實(shí)現(xiàn)子站所在地區(qū)所控制的站段設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸功能，同時也具備等同于主站的故障隔離、診斷、計算與恢復(fù)功能，不但可以配合主站實(shí)現(xiàn)大規(guī)模配電網(wǎng)的饋線自動化，還可在主站發(fā)生故障時，由子站暫時替代主站，完成通信、遙控、隔離、供電恢復(fù)等功能。

2 饋線自動化技術(shù)分析

2.1 饋線自動化技術(shù)的基本功能

饋線自動化（FA）技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)饋電線路的定位、故障檢測、方案計算、隔離、恢復(fù)供電等。FA充分體現(xiàn)了現(xiàn)代智能科技，能夠以開關(guān)操作的形式，實(shí)現(xiàn)迅速的故障處理，減少故障處理對電網(wǎng)帶來的損害，可在少則幾秒，多則幾十秒的時間內(nèi)快速完成故障隔離，并在幾分鐘的時間內(nèi)恢復(fù)供電，特別適用于用電密集的城市配電網(wǎng)[4]。但系統(tǒng)中的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)資金投入較高，且一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障或是黑客入侵等問題，會造成整個饋線自動化系統(tǒng)的癱瘓。但隨著光纖技術(shù)及GPRS等現(xiàn)代科技的不斷完善，基于光纖、GPRS等技術(shù)的新型FTU饋線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了成本的大大降低，現(xiàn)已得到逐步推廣[5]?，F(xiàn)階段我國常用的饋線自動化系統(tǒng)主要有光纖以太網(wǎng)、光纖雙環(huán)自愈、無線、專線等幾種模式，因光纖以太網(wǎng)在投入成本與使用效率等性價比方面的顯著優(yōu)越性，使得此種方式成為目前最為普遍的饋線自動化系統(tǒng)。

基于光纖以太網(wǎng)饋線自動化技術(shù)主要是將主站、子站以及FTU通過以太網(wǎng)的形式進(jìn)行連接，結(jié)合光纖高速、遠(yuǎn)程的通訊優(yōu)勢，以TCP/IP尋址以IEC-870-5-104通信介意的方式，借助主網(wǎng)、子網(wǎng)間的通信傳輸組網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的分組交換性能，實(shí)現(xiàn)了饋線自動化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的快速、實(shí)時傳遞，提高系統(tǒng)操作速率。借助以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，還可利用網(wǎng)橋或是路由器實(shí)現(xiàn)基于IP層的設(shè)備信息路由，也可借助路由器經(jīng)由子站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，使各子站實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，也因此大大提高了整個配電網(wǎng)的饋線自動化操作效率。

2.2 饋線自動化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

2.2.1 故障診斷流程

故障處理最為饋線自動化技術(shù)的主要功能，在系統(tǒng)中主要是通過智能集中與智能分布相結(jié)合的形式所實(shí)現(xiàn)的[5]。這種技術(shù)形式和以往的重合閘形式相比更具可靠性、靈活性，可根據(jù)電網(wǎng)參數(shù)、結(jié)構(gòu)的實(shí)時情況，在線進(jìn)行故障診斷，并掌握故障的變化情況，能夠?qū)Π伨€線路故障、瞬時或永久故障、一環(huán)多次、多線路同時等多種形式的故障進(jìn)行在線處理，避免了以往重合閘操作的方式故障處理模式對線路的震蕩及沖擊損害。

故障的診斷流程主要為技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程原則為：以配電網(wǎng)終端作為基礎(chǔ)進(jìn)行故障檢測—以子站作為區(qū)域的控制中心—以主站作為集中管理的中心。這其中通過子站負(fù)責(zé)所在區(qū)域的饋線故障查詢、分析、位置確定、上報以及當(dāng)?shù)氐募皶r隔離，同時為了降低故障帶來的影響，需要通過計算分析為非故障區(qū)域提供供電方案，保證供電正常。如果子站不能對故障部分實(shí)現(xiàn)成功隔離，需要及時將故障上報到主站中，由主站負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)，計算處理方案。具體分為以下幾個饋線自動化技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程。

（1）由子站發(fā)出故障信息與處理結(jié)果，傳送至主站，使主站及時掌握故障情況。

（2）如果經(jīng)分析計算，得出故障恢復(fù)與配電網(wǎng)重構(gòu)不能僅由某個子站所實(shí)現(xiàn)，而是需要多子站共同協(xié)調(diào)完成的結(jié)論，那么需要由主站協(xié)調(diào)多子站共同操作，以多子站聯(lián)動機(jī)制處理故障。

（3）故障處理需根據(jù)故障實(shí)際情況，選取適宜的干預(yù)方式，如針對小型配電網(wǎng)中的小型故障，可由系統(tǒng)完全自動化排除故障，如果故障較為復(fù)雜，則需要采用自動及人工方式聯(lián)合干預(yù)。

（4）在自動與人工聯(lián)合干預(yù)的模式中，先由根據(jù)故障診斷等進(jìn)行計算，提供多種故障排除備選方案，再由操作人員選取最佳方案進(jìn)行故障排除、隔離與恢復(fù)供電。

2.2.2 故障識別的自動化技術(shù)

由饋線自動化系統(tǒng)中的FTU負(fù)責(zé)識別故障類型與信號數(shù)據(jù)，以FTU中的采樣電流利用電流瞬時值作為故障的判別依據(jù)[6]。例如如果線路出現(xiàn)相間短路，那么FTU則會采樣到瞬變且大于電流限值的情況，由此可以作為故障的判定依據(jù)，通?？稍诠收铣霈F(xiàn)的30ms內(nèi)做出判定，為計算故障處理方案提供先決時間。

當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時，接地點(diǎn)零序功率分量會和正常狀態(tài)下出現(xiàn)相位相反的情況，而非故障相的電壓會超過故障電壓1.5倍以上，可以此及時判定單相接地故障。但我國大多數(shù)配電網(wǎng)都是采用中性點(diǎn)不接地等零序分量幅值小的模式，因此采用這種方式判斷單相接地故障顯然是難以保證準(zhǔn)確率的[7]?；诖朔N情況，饋線自動化系統(tǒng)可利用拉赫開關(guān)排除的方式進(jìn)行此類故障的判定，主站程序中可增設(shè)如開關(guān)操作序列提示等功能，以此提升單相接地故障的判定準(zhǔn)確性。

3 配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)的運(yùn)用

3.1 FTU/DTU的故障處理

自動化系統(tǒng)終端FTU/DTU以電流、電壓實(shí)時分析采樣的方式，實(shí)現(xiàn)判斷包括故障的性質(zhì)、數(shù)據(jù)信號、故障數(shù)據(jù)、信息上報等功能，同時還可進(jìn)行子站的故障處理操作，簡而言之，饋線終端在FA技術(shù)運(yùn)用的過程中扮演著操作執(zhí)行者的身份[8]。由主站系統(tǒng)向饋線終端提供故障發(fā)生時包括電力、電壓等各類特征量參數(shù)，饋線終端對比采樣值和特征量，以此判定故障性質(zhì)及類型，并實(shí)施相應(yīng)的故障處理工作。

3.2 架空線路的故障處理

柱上FTU與柱上開關(guān)、系統(tǒng)子站、主站等相配合，共同完成架空線路的故障自動化檢測。其中故障檢測石油FTU所負(fù)責(zé)，定位則有FTU與子站共同協(xié)作所完成，故障隔離、供電恢復(fù)需要由FTU、子站、主站等共同配合所完成。

以某電力網(wǎng)絡(luò)架空線路為例，該線路上兩條手拉手架空線其供電來源均為一所變電站，即包括聯(lián)絡(luò)、分段在內(nèi)的所有開關(guān)都是由一個配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)的子站所負(fù)責(zé)監(jiān)控，那么包括故障隔離、供電恢復(fù)等操作均是此子站所完成。如果這兩條手拉手架空線路不是一個變電站提供供電來源，那么這兩條架空線路則是分別由系統(tǒng)子站A、B分別監(jiān)控，并分別負(fù)責(zé)架空線路的故障處理、恢復(fù)供電等操作。

3.3 配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)運(yùn)用過程中的時間分配

對于永久故障分配的判定時間約為3～5s。以架空線路為例，如果出現(xiàn)故障，那么變電站會實(shí)施保護(hù)動作與自動重合操作，如果出現(xiàn)重合未成功，那么則判定為存在永久性故障。電纜線路中如果出現(xiàn)重合不成功，那么則可判定主干線上存在故障。

由子站負(fù)責(zé)收集包括保護(hù)動作信息、開關(guān)跳閘信息等在內(nèi)的各類故障相關(guān)信息的收集工作。如果是子站直接收集的模式，那么所需收集時間大致在5～10s之間，如果采用RTU轉(zhuǎn)發(fā)模式，約為10～15s[9]。

子站實(shí)施自動化定位所需時間約為1s，故障隔離為2～5s。

當(dāng)主站接受到由子站提交的故障信息后，會根據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)的計算，確定最佳故障處理與供電恢復(fù)方案，這一過程共需5s左右的時間。

由主站實(shí)施供電恢復(fù)大約需要3～6s，主要通常每個開關(guān)的恢復(fù)在2s作用，大多數(shù)情況恢復(fù)1～3個開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)。

通過饋線自動化技術(shù)的時間分配可以看出，通常在數(shù)秒至幾分鐘的時間內(nèi)就可實(shí)現(xiàn)故障處理、供電恢復(fù)等搶修工作，大大提升了配電網(wǎng)的故障搶修效率。以國網(wǎng)杭州供電為例，該公司已大規(guī)模實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)改造，在2013年的石蓮開關(guān)站分線故障中，僅用不足10 min，就實(shí)現(xiàn)了故障隔離、分段供電恢復(fù)等自動化操作。同年夏天，當(dāng)?shù)爻掷m(xù)多日的40℃炎熱天氣，此種氣候下導(dǎo)致配電網(wǎng)事故頻發(fā)，如果出現(xiàn)故障，按以往逐點(diǎn)排查的方式進(jìn)行線路故障檢修，至少1～2 h才能恢復(fù)電力供應(yīng)。而實(shí)施饋線自動化改造后，如果故障發(fā)生在配電網(wǎng)中22條饋線自動化線路中，那么包括故障判斷、隔離、供電恢復(fù)等處理操作共用不到1分鐘的時間即可完成，有效將故障損失降至最低，大大提升了檢修速度，滿足了當(dāng)?shù)馗餍懈鳂I(yè)及群眾的供電質(zhì)量要求。

4 結(jié)語

電力資源是社會發(fā)展與百姓生活的必備現(xiàn)代能源，隨著經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展，使得社會大眾對供電質(zhì)量的要求越來越高，盡可能減少配電網(wǎng)故障已成為供電系統(tǒng)值得深入研究的重點(diǎn)課題。在實(shí)際操作中不難發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)故障根本無法完全避免，但我們可以通過快速實(shí)現(xiàn)故障位置確定、故障處理、恢復(fù)供電等將故障影響降至最低的方式，滿足人們對供電質(zhì)量的要求。我國電力系統(tǒng)主要由發(fā)電、輸電、配電、供電幾個環(huán)節(jié)所構(gòu)成，這其中配電環(huán)節(jié)是輸電與供電的轉(zhuǎn)換樞紐，因此可通過科學(xué)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障快速處理，及早恢復(fù)正常供電，從而降低故障帶來的風(fēng)險。通過該文對配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)的分析以及具體的運(yùn)用實(shí)例可以看出，這一技術(shù)能夠大幅提升故障檢修速度，減少故障影響，同時該技術(shù)在近年來的應(yīng)用中，充分展現(xiàn)出了其作為我國配電網(wǎng)升級方向的技術(shù)潛力，值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙擁華，方永毅，王娜，等.逆變型分布式電源接入配電網(wǎng)對饋線自動化的影響研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（24）：117-122.

[2] 劉健，贠保記，崔琪，等.一種快速自愈的分布智能饋線自動化系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化，2010（10）：62-66.

[3] 張敏，崔琪，吳斌.智能配電網(wǎng)饋線自動化發(fā)展及展望[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010（4）：41-43，51.

[4] 李國武，武宇平，張浩.智能配電網(wǎng)饋線自動化功能優(yōu)化研究[J].電工技術(shù)，2012（9）：24-26，28.

[5] 葛樹國，沈家新.10kV配電網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)控制技術(shù)分析及應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源，2012（8）：29-34.

[6] 李曉琦，林山，沈倩，等.智能配電網(wǎng)饋線自動化方案研究及應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2013（9）：16-17，20.

[7] 郭建成，錢靜，陳光，等.智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)技術(shù)方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2015（1）：206-212.

[8] 唐成虹，楊志宏，宋斌，等.有源配電網(wǎng)的智能分布式饋線自動化實(shí)現(xiàn)方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2015（9）：101-106.

[9] 高厚磊，龐清樂，李尚振，等.基于Multi-agent的智能饋線自動化自愈控制[J].高電壓技術(shù)，2013（5）：1218-1224.