淺談配網自愈的類型與應用

摘要：當配電網系統(tǒng)出現(xiàn)故障停電，由配電網系統(tǒng)的繼電保護及自愈控制功能自動定位、切除、隔離、復電。而由供電區(qū)域類型所屬的可靠性等級，采用不同的自愈方式來恢復供電。

前言

隨著我們國家的經濟高速發(fā)展，工業(yè)、農業(yè)、商業(yè)、民用對電力的需求大增，對供電的可靠性有更高要求，給供電部門帶來巨大的壓力。面對供電范圍廣，用戶多，網架復雜，如何保障供電的可靠與穩(wěn)定，包括縮短停電時間，供電系統(tǒng)面臨著巨大的考驗。以往配網線路因故停電而檢查原因、隔離故障、恢復供電均依靠人工，不但復電緩慢，也不安全。面臨困境，供電部門在配網供電系統(tǒng)引入繼電保護及自愈控制技術，高效地提升故障線路定位、隔離及轉電的可靠與效率。將從故障停電到恢復供電的從以往時間兩三小時縮短至如采用集中式配網自愈的以分鐘為單位的時間內，甚至如采用分布式配網自愈的以秒為單位的恢復供電時間，顯著地提高供電的可靠性與穩(wěn)定性，有效地緩解電力供應的壓力，為社會提供有力的能源保障，并利于改善營商環(huán)境。

配網的自愈，就如主網備投，備用電源自動投入。配網自愈也就是配網供電線路發(fā)生故障，出現(xiàn)停電，而無需人為干預，由配網系統(tǒng)的繼電保護及自愈控制功能自動查找故障點后，快速切除并隔離，再將關連的可轉供電源投入，恢復供電，自我愈合，但這個自愈只能在一個供電饋線組網架里完成。自愈控制與繼電保護是相互相成的，自愈的前提必須有繼電保護功能的邏輯判斷，將故障準確鎖定、切除、隔離，最后才由自愈控制功能恢復供電，亦可以說自愈不可“獨自生存”。由此可見，自愈快慢的重要環(huán)節(jié)是繼電保護的邏輯判斷，所以繼電保護設備的配備與保護功能的設置就是關鍵。

一、類型

目前我國配網在投運或在實施中的自愈控制系統(tǒng)主要有集中式自愈、分布式自愈、5G技術分布式自愈、區(qū)域式自愈、重合式自愈等。

1.集中式自愈

集中式自愈，也有叫主站式自愈或主站集中式自愈，集中式自愈全部由配網自動化系統(tǒng)完成，故障定位迅速，可快速實現(xiàn)故障區(qū)與非故障區(qū)的隔離，并自動恢復供電，適用于大多數(shù)供電區(qū)域類型的配電網絡結構及運行方式，對配電系統(tǒng)的沖擊較小。其主要依賴原有的配網自動化監(jiān)控系統(tǒng)，并增加自動快速復電功能，也就是自愈控制功能。配網自動化系統(tǒng)如下圖。

集中式自愈方式在配網線路上只配置一個斷路器作為分段開關，設置繼電保護功能，甚至不配置斷路器做分段開關，只有站內的斷路器設置繼電保護功能。集中式自愈啟動條件為站內開關（斷路器）跳閘加保護動作或站外分段開關（斷路器）跳閘加保護動作。當線路發(fā)生故障時，故障點的上游開關（斷路器）由其繼電保護動作跳閘，同時，故障點的電源側的所有配自終端將采集的本地信息通過傳輸通道上傳到配網自動化系統(tǒng)主站，由配網主站進行邏輯故障判斷并準確定位，配網主站根據(jù)故障處理策略，遙分故障區(qū)段兩側開關，隔離故障，再由系統(tǒng)遙合相連的開關，恢復非故障區(qū)域供電。站內開關（斷路器）與站外分段開關（斷路器）配置的保護裝置，保護功能主要設置如主網常用的保護，如速斷保護、過流保護、零序保護等。設置功能較為簡單，常用。

2.分布式自愈

分布式自愈方式就是配網線路上配置多個斷路器，設置繼電保護功能，甚至全線開關均為斷路器，設置繼電保護功能。

分布式自愈，也可叫就地式自愈。其是分布在線路上的各個節(jié)點就地安裝一套分布式配電保護自愈裝置，裝置安裝了一套具備配電保護及自愈控制功能的系統(tǒng)，可各自判斷故障，并精準定位，瞬速跳閘，隔離故障，就地合閘，瞬速復電。

線路上各節(jié)點橫向對等通信，各自完成瞬速鎖定故障并跳閘，再自愈，也就是可自主思維，無需依賴“主大腦”——配網主站，提高運算能力。為了精準故障定位、可靠跳閘，各節(jié)點均采用斷路器，配置的保護與自愈功能包括主保護的線路光纖差動保護、線路網絡拓撲保護等及后備保護的速斷、過流、零序等保護，還引入主網的母差保護、失靈保護、過載預判等功能保護，有效地保證了開關（斷路器）的可靠性、速動性、選擇性、靈敏性地動作跳閘、合閘，提高自愈的成功率。其系統(tǒng)架構如下圖。

3.5G技術分布式自愈

5G技術分布式配網自愈與光纖通信模式的分布式配網自愈方式近似，但通信傳輸介質不同。采用5G無線網絡通信作為配網數(shù)據(jù)通信傳輸介質，利用5G無線通信的大帶寬、高可靠、低時延等優(yōu)點，采用采樣點插值同步法，實現(xiàn)故障的精確定位與隔離，有效地減少了終端運維的工作量。即將逐步普及的5G新一代無線通信技術，具有巨大的優(yōu)點，將其應用于配網的線路差動保護、線路網絡拓撲保護等保護的傳輸介質，并且能多業(yè)務用共用一網通信，光纖差動的需要獨立差動通道，增加成本，而采用5G無線通信解決了敷設光纖成本較高，且難于覆蓋的困境。5G無線通信采用采樣點插值同步法，解決了多端線路差動保護數(shù)據(jù)同步問題，為配網提供更高效的保護功能。

5G無線通信為配網所有設備的互聯(lián)互通提供了高可靠性的交互基礎，通過高實時性的數(shù)據(jù)交互，可以實現(xiàn)更多的繼電保護功能與自動化、自愈控制方案，為配網線路故障定位、切除、隔離及復電提供了新思路。其系統(tǒng)架構如下圖。

4.區(qū)域式自愈

區(qū)域式自愈方式是配網線路上不配置斷路器，沒有繼電保護功能。

區(qū)域式配網自愈，也叫廣域式配網自愈，就是區(qū)域式的保護與控制系統(tǒng)，屬于一個區(qū)域內的、一個饋線組內的保護與控制系統(tǒng)，介于集中式與分布式之間，也可以說屬于小型主站集中式。

目前主要采用的主站集中式的保護與自愈控制系統(tǒng)，由一個集中式的大腦——配網主站運作，隨著配網自動化的大幅推廣，配自節(jié)點大增，上送數(shù)據(jù)信息量也激增，影響實時性，配網主站系統(tǒng)需要運算的時間也很長，不能有效實現(xiàn)配網自動化的設計功能，而區(qū)域式的保護與控制系統(tǒng)就是起到分擔配網主站配網自動化系統(tǒng)功能。區(qū)域保護與控制系統(tǒng)采用配網區(qū)域保護與控制主站裝置，增加設置在當前配網自動化系統(tǒng)的一個新裝置，主要作用是把一個大的配電網區(qū)域按照相關性形成幾個較小的配網區(qū)域，每個區(qū)域配置一個配網區(qū)域保護與控制裝置。此裝置的主要功能是基于本區(qū)域的同步采樣數(shù)據(jù)，利用配電線路兩端點對點差動保護原理，準確迅速的定位故障位置，并切除故障線路兩端的負荷開關，切除故障線路，然后根據(jù)情況恢復無故障區(qū)域的供電。其系統(tǒng)架構如下圖。

5.重合式自愈

重合式即就地重合式，具有不依賴主站及通信而進行的配網線路故障定位、隔離以及復電的優(yōu)勢得到廣泛的應用。通過線路重合閘與配電終端之間的邏輯配合，利用重合閘實現(xiàn)配網線路故障定位、切除、隔離，讓非故障區(qū)域恢復供電。就地重合式主要有電壓時間型及電壓電流時間型。其系統(tǒng)大致架構如下圖。

二、應用

1.集中式自愈

使用原有的配自系統(tǒng)，增設自愈功能，無需更換設備大改造，投資少。集中式便于信息集中收集，功能容易實現(xiàn)。但集中在配自主站系統(tǒng)，依賴主站，整個配網系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)量大，響應速度受限制，影響隔離故障時間及復電時間。適合A+區(qū)供電區(qū)域，深圳除了部分重要的區(qū)域外的大部分區(qū)域已運用，廣西、云南、海南、重慶等多地也來交流討論，借鑒應用。

2.分布式配網自愈

繼電保護的“選擇性”、“速動性”、“靈敏性”、“可靠性”均能實現(xiàn)，有效地提高供電的可靠性。但需更換改造設備，全線配置的開關均為斷路器、通信采用光纖，投資大，并且與站內饋線保護配合，技術要求高，維護工作量大。適合A+區(qū)以上的高可靠性示范區(qū)供電區(qū)域。深圳福田中心區(qū)（CBD）高可靠性示范區(qū)項目就是采用此自愈控制技術，在2018年率先投運，可通過自愈實現(xiàn)故障復電時間縮短到最少約0.3秒，該區(qū)域的客戶平均停電時間為1.9989分鐘，達到世界頂尖水平，得到廣東省委副書記、深圳市委書記王偉中同志及南網孟振平董事長的高度肯定，并被CCTV13、CCTV4、南網新聞聯(lián)播等權威主流媒體廣泛報道。深圳龍崗大運新城及龍華商務區(qū)也在套用建設中及研討中，其它供電可靠性要求高的重要區(qū)域也在借鑒，珠海、廣西南寧等及國網個別地區(qū)也當模板作修改版、升級版應用。

3.5G技術分布式配網自愈

實現(xiàn)的功能與采用光纖通信的分布式配網自愈近似，并且無需敷設光纖，利用公共通信網絡5G資源，減少光纖設備的投入。但改造設備與分布式配網自愈近似。本功能依賴5G通信網絡技術，設備安裝區(qū)域需有5G信號覆蓋，技術要求高，維護工作量大。適合A+區(qū)甚至高可靠性示范區(qū)供電區(qū)域，深圳龍崗部分區(qū)域在試用。

4.區(qū)域式配網自愈

無需依賴配自主站系統(tǒng)，獨自形成區(qū)域小系統(tǒng)，自我控制，自我保護，自我自愈，不增加配自主站系統(tǒng)的額外負擔，只上報結果。但需新裝一套小系統(tǒng)，穩(wěn)定性不強，增加維護工作。適合A+區(qū)或A區(qū)供電區(qū)域，深圳福田部分區(qū)域在試用。

5.重合式自愈

設備簡單，無需主站、無需通信，投資少，維護工作少，但可靠性不高，復電時間久，看過多次重合，對設備造成沖擊。只適合B區(qū)以下供電區(qū)域，如邊遠地區(qū)或對供電要求不高地區(qū)，已在內地大多數(shù)邊遠區(qū)域運用。

三、總結

當配電網系統(tǒng)出現(xiàn)故障停電，無需人工參與，由配電網系統(tǒng)的繼電保護及自愈控制功能自動定位、切除、隔離、復電。而根據(jù)供電區(qū)域類型對應的高可靠性示范區(qū)、A+區(qū)、A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)、D區(qū)、E區(qū)等不同的供電性質等級，采用集中式自愈、分布式自愈、區(qū)域式自愈、重合式自愈等方式來恢復其電力供應。

參考文獻

1.《配電系統(tǒng)繼電保護》（第二版）中國電力出版社

2.《智能配電網自愈控制》（國家電網公司）中國電力出版社

3.《配電網規(guī)劃設計技術導則》國家能源局DL/T 5729-2016

4.《配電自動化規(guī)劃導則》（中國南方電網有限責任公司）Q/CSG1201001-2014

作者簡介

歐華邦，男，本科，電力系統(tǒng)及自動化工程師，繼電保護技師，中國南方電網深圳供電局，從事變電繼保自動化以及配網自動化工作，深圳市電力行業(yè)協(xié)會供電配網專委會成員。