考慮通信失效下集中-就地模式切換的低壓饋線自動化研究*

張明明，秦 平，陳永進(jìn)，賀詩輝，王兆健

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局，廣東韶關(guān) 512026；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510670）

0 引言

當(dāng)前中壓及以上的配電網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)了饋線自動化，即故障識別、定位、隔離與轉(zhuǎn)供電，而在低壓層級還有待進(jìn)一步推廣[1-2]。饋線自動化技術(shù)能夠自動處理故障，借助通信還能協(xié)助運(yùn)維人員快速找到并搶修故障線路，既能降低由故障引發(fā)事故擴(kuò)大的概率，又能顯著提升運(yùn)維檢修效率[3-5]，但其技術(shù)也存在一些問題。李振強(qiáng)等[6]指出饋線自動化系統(tǒng)會因通信鏈路過長而無法投運(yùn)，同時，數(shù)據(jù)傳輸會摻雜著信號干擾而無法正常通信；郭建成等[7]指出由于受資金、技術(shù)所限，配電網(wǎng)通信質(zhì)量相對較低，但饋線自動化功能的實(shí)現(xiàn)要求有較高的容錯性能。同樣，饋線自動化作為智能配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，如果低壓配電網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)智能化，也將面臨著通信問題，且在偏遠(yuǎn)地區(qū)更為突出[8]。

近年來，智能分布式饋線自動化成為研究熱點(diǎn)[9]。高孟友等[10]提出通過接力查詢的方法自動識別饋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和辨識聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置，最大范圍實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域復(fù)電，但該分布式控制策略須嚴(yán)格配合對等通信，投資成本大，在點(diǎn)多面廣和不同類型供電區(qū)域的低壓配變臺區(qū)中較難大規(guī)模推廣使用。文獻(xiàn)[11]《配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則》明確要求配網(wǎng)自動化要采用集中型和就地型[12]，而饋線自動化是配電自動化系統(tǒng)的功能之一，也應(yīng)盡可能遵循這一原則。同時，為服務(wù)低壓智能配電網(wǎng)戰(zhàn)略，低壓饋線自動化功能除了能優(yōu)先提高供電可靠性，還要進(jìn)一步增強(qiáng)臺區(qū)的智能化程度。

由于不同類型供電區(qū)域的投資標(biāo)準(zhǔn)和通信水平要求不同，而且還存在現(xiàn)場環(huán)境的影響，除了經(jīng)濟(jì)性原則，推進(jìn)饋線自動化在低壓智能配電網(wǎng)的建設(shè)需要在保證可靠性的前提下才能兼顧智能化。因此，本文提出集中式和就地式相結(jié)合的集中—就地一體化控制模式，兼顧了集中式能快速獲取并反饋全局故障信息和就地式切除故障不依賴通信的優(yōu)點(diǎn)[13]?？刂撇呗缘膶?shí)現(xiàn)將依托配變智能監(jiān)控終端（TTU）判斷故障區(qū)段與下達(dá)開關(guān)動作指令，借助低壓智能終端（LTU）完成故障狀態(tài)識別并向開關(guān)傳遞動作指令，避免故障信息和動作指令因遠(yuǎn)距離傳輸造成信號異常的問題。同時，一體化控制模式提供了就地式作為通信故障時的后備保護(hù)，有效解決偏遠(yuǎn)地區(qū)因通信不穩(wěn)定使集中式失效的問題。與單獨(dú)建設(shè)集中式或就地式相比，該模式更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性原則，同時還能在保證可靠性前提下兼顧智能化，適用于配變臺區(qū)的大規(guī)模推廣與應(yīng)用。

1 集中式低壓饋線自動化步驟

在集中式低壓饋線自動化中，TTU 可以與LTU 進(jìn)行通信，能依靠通信鏈路接收來自LTU檢測到的故障狀態(tài)信息[14]。TTU 獲得臺區(qū)的全局故障信息后，根據(jù)所嵌入的故障識別算法，最終能夠完成低壓配電網(wǎng)的故障定位、隔離與轉(zhuǎn)供電。該方式通過TTU 實(shí)現(xiàn)配變臺區(qū)的故障處理自動化，無須遠(yuǎn)距離接入配電自動化主站，降低了通信設(shè)施建設(shè)成本，且不需要通過多次重合來排除故障，提高了臺區(qū)智能化程度，滿足低壓用戶對低壓配電網(wǎng)智能化的要求。

圖1所示為集中式低壓饋線自動化聯(lián)絡(luò)模型，以F1故障發(fā)生為例，集中式將以通信的方式處理低壓配電網(wǎng)中的故障，最終目標(biāo)是斷開K1、K2實(shí)現(xiàn)故障隔離，閉合Q1實(shí)現(xiàn)對非故障區(qū)域的轉(zhuǎn)供電，具體步驟如下。

圖1 集中式低壓饋線自動化聯(lián)絡(luò)模型

（1）故障識別：F1故障時，K1過流，K2、K3失壓，Q1一側(cè)失壓，與開關(guān)相連的LTU 將檢測到的故障狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)信息形成故障停電事件并上報(bào)給TTU，TTU 收到故障停電事件并進(jìn)入算法處理。

（2）定位故障區(qū)間：TTU 在算法中預(yù)先設(shè)置開關(guān)等級，其次尋找過流與失壓的分界點(diǎn)，定位最靠近失壓的K1為上游須斷開的開關(guān)，最靠近過流的K2為下游須斷開的開關(guān)。

（3）故障上游開關(guān)動作過程：故障時，K1過流脫扣，經(jīng)TTU 定位故障區(qū)間后，確定靠近故障上游的開關(guān)為K1，給K1下發(fā)斷開動作指令，K1等待上電跳閘。

（4）故障下游開關(guān)動作過程：故障時，K2（K3）失壓脫扣，已完成故障隔離，但TTU 定位故障區(qū)間后，確定K2為距離故障點(diǎn)最近的下游開關(guān)，將會給K2下達(dá)斷開指令（K3為合閘指令），等待上電后跳閘（K3合閘）。

（5）聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供電：TTU 判定Q1單側(cè)失壓且可以進(jìn)行轉(zhuǎn)供電，給Q1下達(dá)合閘指令，經(jīng)Q1合閘后，K2、K3將得電并執(zhí)行TTU動作指令，完成對非故障區(qū)域的供電。

2 就地式低壓饋線自動化步驟

就地式與集中式不同，不需要進(jìn)行通信，只需要LTU 與開關(guān)配合并通過內(nèi)置算法便可以實(shí)現(xiàn)故障隔離與非故障區(qū)域復(fù)電。該方式雖然建設(shè)成本比集中式的低，但故障切除時間長，并且在故障處理過程會對用戶造成多次沖擊。因?yàn)闊o法與TTU 進(jìn)行信息交互，無法監(jiān)視開關(guān)及配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，難以滿足低壓配電網(wǎng)透明化的建設(shè)需求。

就地式饋線自動化的一次設(shè)備可選擇采用智能斷路器或負(fù)荷開關(guān)，前者可以直接切除短路電流，而負(fù)荷開關(guān)則須配合重合閘才能完成故障切除。本文以F1故障為例，繼續(xù)采用如圖1 所示模型（TTU 不作用），開關(guān)均采用斷路器，經(jīng)故障隔離和恢復(fù)供電后，開關(guān)最終狀態(tài)為K1和K2斷開，K3、Q1閉合，具體的實(shí)現(xiàn)步驟如下。

（1）F1故障發(fā)生時，LTU 均檢測到故障并初始化為合閘狀態(tài)，K1過流脫扣，K2、K3失壓脫扣，Q1一側(cè)失壓。

（2）故障上游開關(guān)動作過程。LTU 檢測到K1單側(cè)有電，經(jīng)T1延時且無異常后，K1根據(jù)LTU 初始化指令合閘，因故障發(fā)生在下游，在T2（T2

（3）故障下游開關(guān)動作過程。K2檢測到殘壓后脫扣并閉鎖合閘。

（4）聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供電。LTU 檢測Q1單側(cè)失壓且單側(cè)有電，經(jīng)T3（T3>2L（T1+T2），L 為開關(guān)級數(shù)）延時且無異常后，Q1根據(jù)LTU 初始化指令合閘，并在T2內(nèi)未檢測到過流故障，所以Q1保持合閘狀態(tài)且LTU保持合閘指令。

對于K3，LTU 檢測到單側(cè)有電，經(jīng)T1延時且無異常后，K3根據(jù)LTU 初始化指令合閘，并在T2內(nèi)未檢測到過流故障，所以K3保持合閘且LTU維持合閘指令。

3 通信故障處理

在集中式中，常存在通信鏈路異常、信號傳輸不穩(wěn)定情況，顯著體現(xiàn)在偏遠(yuǎn)的農(nóng)村配變臺區(qū)[15-16]。當(dāng)故障發(fā)生時，由于TTU 缺乏故障信息，會導(dǎo)致線路故障不能及時切除，從而引發(fā)配變臺區(qū)大范圍停電事故或短路燒毀配電設(shè)備。為了避免因通信故障使TTU 無法正常獲取LTU 的故障信息，本文采用心跳檢測的方法對TTU 與LTU 的通信進(jìn)行診斷，解決因未及時檢測到通信問題而導(dǎo)致低壓配網(wǎng)的故障處理機(jī)制失效情形。

本文所應(yīng)用的心跳檢測是以TTU 為主設(shè)備，LTU 為從設(shè)備，為了判斷兩者間的通信是否正常，TTU將定時向LTU發(fā)送心跳檢測包，并判斷返回的標(biāo)志位。如果通信正常，LTU將接收到心跳檢測包，解析成功后向TTU 返回解析成功標(biāo)志位；如果異常，LTU在固定時間內(nèi)無法收到心跳檢測包，TTU也無法收到解析成功標(biāo)志位。因此，通過心跳檢測試驗(yàn)，TTU 能判斷LTU 是否失聯(lián)并根據(jù)程序作出處理，LTU 也能夠檢測到與TTU 失聯(lián)，從而切換成就地模式，轉(zhuǎn)向執(zhí)行就地控制策略。

4 集中-就地一體化控制流程

經(jīng)過對集中式與就地式在低壓故障處理自動化技術(shù)的研究，本文結(jié)合配變臺區(qū)的實(shí)際情況，綜合考慮臺區(qū)可靠性、經(jīng)濟(jì)性與智能化原則，融合集中與就地2種模式，形成集中-就地一體化控制模式。該模式既能滿足臺區(qū)智能化建設(shè)要求，可快速進(jìn)行故障定位、隔離與復(fù)電；又能克服集中式在通信故障場景下失效的問題，滿足保護(hù)所要求的可靠性；同時，只需通過LTU 便可使低壓饋線自動化實(shí)現(xiàn)從集中到就地的模式切換。與單獨(dú)配置集中式或就地式相比，集中-就地一體化控制模式兼顧兩者的優(yōu)勢，更能體現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)性原則。

本文提出的集中-就地一體化控制模式需要LTU、TTU配合智能塑殼斷路器使用，能夠?qū)崿F(xiàn)基于本地電氣量感知的故障狀態(tài)獲取功能、響應(yīng)配變智能監(jiān)控終端的故障處理自動化功能和通信故障下充當(dāng)后備保護(hù)的離線故障處理自動化功能。具體的控制流程如圖2所示。

5 結(jié)束語

本文提出集中-就地一體化控制模式，并給出了具體的控制流程，該模式能夠自動進(jìn)行故障識別、隔離和轉(zhuǎn)供電，并推送故障信息到運(yùn)維平臺，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維；同時，在通信失效情況下模式能夠自動轉(zhuǎn)化為就地模式切除故障并完成轉(zhuǎn)供電，進(jìn)一步增強(qiáng)臺區(qū)的供電可靠性；與單獨(dú)配置集中式或就地式相比，該模式更能體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性原則，適用于在配變臺區(qū)中推廣與應(yīng)用。

圖2 集中-就地一體化控制流程