基于順序檢測的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別研究

曹成帥，趙允貴，王太國，陳灝琦

（煙臺科大正信電氣有限公司山東煙臺264000）

基于順序檢測的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別研究

曹成帥，趙允貴，王太國，陳灝琦

（煙臺科大正信電氣有限公司山東煙臺264000）

針對故障區(qū)段定位及隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電的需求，在介紹了智能分布式FA的控制原理和實現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于智能終端“順序檢測”的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別方法。通過配置配電智能終端的局域拓撲信息，從而在智能終端“順序檢測”下，快速的識別出饋線的拓撲結(jié)構(gòu)，最后聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置根據(jù)檢測出來的開關(guān)位置信息和開關(guān)狀態(tài)信息識別出來。這種方法使得配電網(wǎng)對故障的處理速度和供電恢復(fù)時間都大幅度減小，且此控制方法具有較強的通用性，適用于不同的供電運行方式。

故障區(qū)段；隔離；智能終端；順序檢測；聯(lián)絡(luò)開關(guān)

隨著人們對電力越來越依賴，如何提高供電可靠性成為現(xiàn)階段的主要任務(wù)，而智能電網(wǎng)因能滿足供電可靠性的要求漸漸走進公眾的生活[1-5]。統(tǒng)計某地區(qū)10月份中低壓用戶平均供電可靠率為99.7816%，平均停電時間為2.62h/戶，考慮到中國供電可靠性統(tǒng)計只是以公共配電變壓器作為一個“用戶”等因素，因此實際的供電可靠性可能比公布的指標還要低[6-10]。配電自動化作為一種重要的配電網(wǎng)故障自愈控制技術(shù)，能夠避免或減少中低壓配電線路故障給用戶帶來的停電損失，在配電自動化技術(shù)中具有舉足輕重的地位[10-15]。

在分布式FA控制原理及實現(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，提出了基于“順序檢測”的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別方法，并通過對等信息系統(tǒng)收集相鄰開關(guān)的故障信息，獨立進行邏輯判斷，并判斷出故障區(qū)域，就地發(fā)送控制指令，實現(xiàn)快速可靠且高效的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。

1 分布式FA系統(tǒng)的構(gòu)成和實現(xiàn)模式

1.1 分布式FA系統(tǒng)的構(gòu)成

一般來說，分布式FA系統(tǒng)由3部分組成，包括智能終端單元（STU）、對等通信系統(tǒng)和配電自動化主站。

1）智能終端單元：分布式FA系統(tǒng)的主要部件是智能終端單元（STU），分布式FA系統(tǒng)中的饋線監(jiān)控終端不僅支持分布式控制應(yīng)用，而且還能夠?qū)Φ冉粨Q信息，為區(qū)別于常規(guī)的饋線監(jiān)控終端（FTU），所以稱作智能終端單元。它的主要功能有檢測短路故障、通信、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制和分布式智能控制。

2）對等通信系統(tǒng)：在分布式FA系統(tǒng)中，其配電線路上的STU和位于控制中心的配電主站都是通過對等通信系統(tǒng)連接的。在國內(nèi)配電發(fā)展初期，應(yīng)用最多的為電力載波、光纖Moderm環(huán)網(wǎng)等串行通信方式，而對于各個終端之間的數(shù)據(jù)對等交換是不支持的。現(xiàn)階段對于分布式FA有更高的要求，不僅要求STU之間實現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對等交換，而且還要滿足快速性的要求。配電網(wǎng)正常運行時，對于線路檢測信息的上傳和配電主站配置及下達的控制命令都由對等通信系統(tǒng)完成，以實現(xiàn)配電自動化的“三遙”功能，即遙測、遙信和遙控；而在饋線發(fā)生故障時，對STU與STU之間的對等通信也起到保障的作用，實現(xiàn)了STU的分布式FLISR操作，并將STU分布式故障處理過程及最終處理結(jié)果上傳到配電主站。

3）配電自動化主站：在分布式FA系統(tǒng)中，配電自動化主站主要負責(zé)對來自STU配電網(wǎng)中運行的實時數(shù)據(jù)進行采集并處理，根據(jù)處理得到的結(jié)果再向STU下達各種故障發(fā)生的特征量的整定值，還能提供較為友好的供配電網(wǎng)運行監(jiān)控界面，從而完成更多的高級應(yīng)用。由以上敘述可知，對于分布式FLISR配電自動化主站不直接參與操作，它只接收STU最終的FLISR處理結(jié)果。

1.2 實現(xiàn)模式

分布式FA系統(tǒng)的主要功能包括：定位故障區(qū)段、隔離故障和快速恢復(fù)供電等，發(fā)出控制命令的STU稱之為主控STU。分布式FA根據(jù)其控制方法的不同可分為協(xié)同型和代理型兩種實現(xiàn)模式。

協(xié)同型分布式FA系統(tǒng)，有多個STU共同參與決策，協(xié)同完成配電線路分布式FLISR操作。同一供電環(huán)路相鄰的STU間的對等通信是通過STU自帶分布式故障處理邏輯實現(xiàn)的，最終達到定位故障區(qū)段、隔離決策與控制和非故障線路的供電恢復(fù)決策與控制等目的。代理型分布式FA系統(tǒng)，只有一個主控STU完成全部的功能，包括定位故障區(qū)段、隔離故障和恢復(fù)供電等，它和集中型FA主站的作用相同，為便于管理與維護，一般選擇變電站出口斷路器（電源開關(guān)）處的STU作為代理終端。

2 工作原理

對于配電網(wǎng)饋線上包括的開關(guān)設(shè)備，主要有柱上開關(guān)、變電站出口斷路器和環(huán)網(wǎng)柜等，而環(huán)網(wǎng)柜的進線和出現(xiàn)開關(guān)數(shù)都不確定。不同的開關(guān)種類對于故障的處理方式也不同，為了設(shè)計分布式FLISR算法，需對饋線上出現(xiàn)的開關(guān)進行詳細的分類，電纜環(huán)網(wǎng)線路如圖1所示。

圖1 電纜環(huán)網(wǎng)分布式FA系統(tǒng)

由饋線上開關(guān)位置和功能的不同，將開關(guān)分為三類，分別為電源開關(guān)USB1和SB2；干線分段開關(guān)K11、K12、K21、K22、K31、K32、K41和K42，其中K32為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，處于“常開”狀態(tài)；支線開關(guān)K13、K23、K33和K43。

2.1 定位故障區(qū)段及隔離原理

圖1中，當(dāng)故障發(fā)生在1點時，其故障電流流過電源開關(guān)USB1，也同時流過相鄰的干線開關(guān)K11，由此可判斷和電源開關(guān)相鄰的區(qū)段沒有出現(xiàn)故障；當(dāng)故障電流流過干線開關(guān)K11和K12時，干線開關(guān)K21和K12相鄰，并且故障電流流過，由此可判斷在支線開關(guān)K12和K21之間的區(qū)段有故障，所以隔離故障應(yīng)該控制干線開關(guān)K12和K21跳閘。當(dāng)故障發(fā)生在2點時，故障電流流過支線開關(guān)K23，則命令直接發(fā)送給支線開關(guān)K23，K23跳閘隔離故障。

2.2 非故障線路供電恢復(fù)

由2.1節(jié)完成故障隔離后，對于沒有發(fā)生故障的線路，即故障點的上游，則由電源開關(guān)合閘恢復(fù)供電。其具體過程：當(dāng)某一區(qū)段的故障成功隔離后，由電源開關(guān)處的STU進行檢測，檢測結(jié)果如果表明故障不在電源開關(guān)的相鄰區(qū)段上，就對電源開關(guān)發(fā)送指令合閘，從而達到上游非故障區(qū)段恢復(fù)供電的目的。而對于故障點下游的非故障線路恢復(fù)供電，需要通過調(diào)整干線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)的狀態(tài)，使配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)改變來恢復(fù)供電。若饋線干線上是發(fā)生故障的區(qū)段，并且還不是和聯(lián)絡(luò)開關(guān)相鄰的區(qū)段時，這時給聯(lián)絡(luò)開關(guān)發(fā)送指令控制其合閘，從而達到恢復(fù)故障點下游非故障線路供電的目的。

以圖1為例講述恢復(fù)非故障區(qū)供電的過程，當(dāng)故障發(fā)生在1點時，由于故障發(fā)生的區(qū)段和電源開關(guān)USB1不相鄰，將故障隔離后，向電源開關(guān)USB1發(fā)送指令使其合閘來恢復(fù)故障點上游非故障區(qū)段供電；又因為是干線上的故障區(qū)段，并且和聯(lián)絡(luò)開關(guān)K32不相鄰，則需要將K32合閘來達到恢復(fù)故障點下游非故障區(qū)段供電的目的。當(dāng)故障發(fā)生在2點時，其故障點上游非故障區(qū)恢復(fù)供電的方式和故障發(fā)生在1點時相同；而此時發(fā)生故障區(qū)段位于支線上，聯(lián)絡(luò)開關(guān)K32的合閘操作對故障點下游的非故障區(qū)段恢復(fù)供電不起作用，所以不進行合閘操作。

3 聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別方法

在正常運行的分布式FA系統(tǒng)中，聯(lián)絡(luò)開關(guān)始終處于“分閘”狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)的兩側(cè)都帶電，如果其中一側(cè)發(fā)生故障，經(jīng)檢測后將故障隔離，則故障點下游非故障區(qū)段的恢復(fù)供電由聯(lián)絡(luò)開關(guān)的合閘來實現(xiàn)。在實際的運行過程中，還要考慮饋線的運行方式是否發(fā)生了變化，若發(fā)生了改變，其聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置也會隨之發(fā)生變化，就需要重新識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置。

剛開始識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置主要還是依靠人工識別的方法，但是考慮到工作量大且需要在配置前運行FA系統(tǒng)，已不適合發(fā)展需要；后來漸漸的通過檢測開關(guān)兩側(cè)的電壓來自動識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置，即當(dāng)檢測到兩側(cè)都有電壓時，就說明此開關(guān)為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，而這一方法需要大量的電壓互感器，經(jīng)濟性不高，難以投入大規(guī)模運行。

本文介紹的分布式FA系統(tǒng)的STU擁有對等通信、獲取相鄰STU的測量信息和下一級相鄰STU的IP地址信息等功能，它能依照順序檢測變電站出口斷路器和各個負荷開關(guān)的STU，這種用對等通信方式依次檢測每個STU信息的方式稱為STU的“順序檢測”。通過這種方式可以自動識別饋線不同的拓撲結(jié)構(gòu)，從而自動識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)的位置信息。

3.1 定義STU開關(guān)信息

饋線上每個STU都定義其唯一的IP地址，以圖1為例，分別定義為 STU1、STU2、STU3、STU4、STU5和STU6，一個STU可以監(jiān)控一個或同一環(huán)網(wǎng)柜的多個開關(guān)，對每一個STU配置其對應(yīng)的信息表，所有STU的IP地址定義和配置信息如表1所示。

表1 配置STU信息

3.2 自動識別聯(lián)絡(luò)開關(guān)步驟

結(jié)合圖1和表1，描述基于“順序檢測”的聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別的方法與步驟：

1）當(dāng)STU4檢測到干線開關(guān)K32處于“分閘”狀態(tài)時，即刻發(fā)起順序檢測。

2）順序檢測過程中，應(yīng)先檢測干線開關(guān)K32左側(cè)饋線上的拓撲結(jié)構(gòu)，由表1的配置信息可知左側(cè)為干線開關(guān)K31，此時K31處于“合閘”狀態(tài)。依照此順序接著往K31的左側(cè)進行檢測，即STU3依次檢測干線開關(guān)K22和K21的分合狀態(tài)，把檢測結(jié)果返給STU4，再將STU4的命令傳遞給STU2，STU2將干線開關(guān)K11和K12的分合狀態(tài)再返給STU4，并繼續(xù)向STU1傳遞檢測命令，STU1再將電源開關(guān)USB1的分合狀態(tài)返給STU4，USB1作為電源開關(guān)不再接著傳遞檢測命令。STU1、STU2和STU3傳遞給STU4信息后，就已經(jīng)識別出自己和電源開關(guān)USB1的拓撲關(guān)系。

3）用同樣的方法識別出聯(lián)絡(luò)開關(guān)和右側(cè)電源開關(guān)USB2的拓撲關(guān)系。

4）由上述步驟檢測到干線開關(guān)K32左右兩側(cè)的干線開關(guān)和電源開關(guān)都處于“合閘”狀態(tài)，所以判斷出干線開關(guān)K32為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，其饋線拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別拓撲圖

若干線開關(guān)K32和其右側(cè)的電源開關(guān)USB2均處于“分閘”狀態(tài)，所以自動判斷出干線開關(guān)K32不是聯(lián)絡(luò)開關(guān)，不能通過其進行非故障區(qū)段的恢復(fù)供電，STU4通過“順序檢測”獲得如圖3所示的饋線拓撲結(jié)構(gòu)。

圖3 實時饋線拓撲結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

針對故障區(qū)段的定位及隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電的需求，提出了基于“順序檢測”實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動識別的方法，配置各個STU監(jiān)控開關(guān)的IP地址和對應(yīng)信息，借助對等通信的技術(shù)手段，STU順序檢測饋線拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)開關(guān)信息及開關(guān)位置信息來識別出聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置，識別方法簡單、可靠，能夠適應(yīng)配電線路拓撲變化的狀況，而不需要加裝大量的電壓互感器，經(jīng)濟性較好，在工程中較為容易實現(xiàn)。

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Research on automatic identification of contact switches based on sequential detection

CAO Cheng?shuai，ZHAO Yun?gui，WANG Tai?guo，CHEN Hao?qi
（Yantai Zhengxin Electric Co.Ltd，Yantai264000，China）

According to the location and isolation of fault section and non-fault restoration of power de?mand，based on introducing the principle of distributed intelligent control and realization method of FA，proposes a method for automatic identification of contact switch intelligent terminal based on sequential detection.The local topology information distribution of intelligent terminals，resulting in the intelligent terminalquot;sequence detectionquot;，identify the topology of feeder speed，contact switch position last accord?ing to the detected switch position information and switch state information identification.In this way，the processing speed and power supply recovery time of the distribution network are greatly reduced，and the control method is more universal and applicable to different power supply operation modes.

fault section；isolation；intelligent terminal；sequential detection；contact switch

TN99

A

1674-6236（2017）22-0093-04

2016-09-19稿件編號：201609170

曹成帥（1990—），男，山東菏澤人，碩士。研究方向：配電自動化設(shè)備研究、新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)研究。