配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化技術(shù)路線探討

王有的

(廣州市電力工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州 510000)

配電線路一般采用過電流保護(hù)，由于配電線路長(zhǎng)度有限，阻抗沿線路變化幅度不大，不同地點(diǎn)發(fā)生短路的短路電流值相差不大，只通過電流整定級(jí)差很難實(shí)現(xiàn)分級(jí)保護(hù)，若是通過時(shí)間上的配合實(shí)現(xiàn)選擇性，由于保護(hù)動(dòng)作延時(shí)過長(zhǎng)，將導(dǎo)致短路電流與電壓驟降長(zhǎng)時(shí)間存在，會(huì)加重對(duì)電力設(shè)備和敏感負(fù)荷的傷害。因此，利用各級(jí)保護(hù)之間的通信實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)配合，解決保護(hù)速動(dòng)性與選擇性之間的矛盾，這種綜合了繼電保護(hù)、配電終端單元（DTU 或FTU）遙控、通信的智能饋線自動(dòng)化（FA）模式便應(yīng)運(yùn)而生。

按照FA 的實(shí)現(xiàn)模式，可分為3種類型：①就地型。即基于配電終端處理當(dāng)?shù)販y(cè)量信息的就地控制方式。②集中型。即基于主站的集中控制方式。通過配電主站和配電終端配合，借助通信手段進(jìn)行故障處理。③分布型?；谙嚓P(guān)配電終端間交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分布型智能控制方式，通過配電終端之間的相互通信進(jìn)行故障處理。

1 就地型智能型FA

1.1 電壓時(shí)間型FA故障處理過程

（1）如圖1所示為一個(gè)典型的10 kV 帶聯(lián)絡(luò)開環(huán)運(yùn)行線路，變電站出線斷路器CB1配置電流速斷保護(hù)（延時(shí)0.2 s），兩次重合閘；線路FS1-FS4開關(guān)及聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS 為電壓時(shí)間型自動(dòng)化負(fù)荷開關(guān)；分段斷路器FB1電流速斷保護(hù)0 s 動(dòng)作，不具備電壓時(shí)間型功能，僅起到分段作用，當(dāng)故障點(diǎn)位于FB1負(fù)荷側(cè)時(shí)，能減少約1/2的停電范圍。

圖1 電壓時(shí)間型FA線路接線

（2）若K 點(diǎn)發(fā)生短路故障，CB1檢測(cè)到故障電流，保護(hù)動(dòng)作CB1第一次跳閘，如圖2所示。

圖2 出線斷路器第一次跳閘

（3）LS 左側(cè)所有電壓時(shí)間型開關(guān)失壓而分閘，LS 單側(cè)失壓而啟動(dòng)計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)。如圖3所示。

圖3 電壓時(shí)間型開關(guān)失壓分閘

（4）CB1 第一次跳閘后1 s，第一次重合閘，將電送到FS1電源側(cè)。如圖4所示。

圖4 出線斷路器第一次重合閘

（5）FS1得壓后延時(shí)7 s合閘，將電送到FS2電源側(cè)。如圖5所示。

圖5 第一級(jí)電壓時(shí)型開關(guān)得壓延時(shí)合閘

（6）FS2得壓后延時(shí)7 s合閘，將電送到FS3電源側(cè)。如圖6所示。若是瞬時(shí)性故障，則合閘成功，下游開關(guān)繼續(xù)執(zhí)行得壓延時(shí)合閘，送電至LS 左側(cè)，LS 兩側(cè)得壓，復(fù)歸一側(cè)失壓后合閘計(jì)時(shí)，線路恢復(fù)正常供電。

圖6 第二級(jí)電壓時(shí)間型開關(guān)得壓延時(shí)合閘

（7）若是永久性故障，因FS2合到故障點(diǎn)，CB1第二次保護(hù)動(dòng)作跳閘。如圖7所示。

圖7 出線斷路器第二次跳閘

（8）FS1、FS2因失壓再次分閘。FS2因合閘后Y（短）時(shí)間內(nèi)失壓而閉鎖合閘；FS3因瞬時(shí)加壓而閉鎖合閘，自此，完成故障的定位與隔離。如圖8所示。

圖8 故障點(diǎn)定位與隔離

（9）CB1 第一次跳閘延時(shí)5 s 后第二次重合閘，恢復(fù)CB1至FS1間非故障線路供電。如圖9所示。

圖9 出線斷路器第二次重合閘

（10）FS1得壓后延時(shí)7 s 合閘，恢復(fù)FS1至FS2之間非故障段供電。如圖10所示。

圖10 各級(jí)電壓時(shí)間型開關(guān)依次得壓延時(shí)合閘

（11）LS 因單側(cè)失壓?jiǎn)?dòng)計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)到后合閘，F(xiàn)S4得壓后合閘，由聯(lián)絡(luò)電源供電至故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段負(fù)荷。如圖11所示。自此，完成故障處理全過程。

圖11 聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘轉(zhuǎn)供電

1.2 電壓時(shí)間型FA特點(diǎn)

通過以上故障處理過程分析，電壓時(shí)間型FA 是一種無通信通道的FA 模式，各開關(guān)之間無信息交互，動(dòng)作邏輯簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低；不依賴于主站系統(tǒng)，也不需要通信系統(tǒng)支持。

其也有一定局限性：①配電線路運(yùn)行改變后，需對(duì)終端邏輯定值進(jìn)行調(diào)整；②發(fā)生故障時(shí)，需要通過開關(guān)逐個(gè)按順序依次重合來加以恢復(fù)，故障定位、隔離及非故障區(qū)域恢復(fù)供電時(shí)間長(zhǎng)；③依靠故障上游斷路器的重合器切除故障，停電范圍大。

2 集中型FA

2.1 基本的集中型FA故障處理過程

（1）如圖12所示，以饋線開關(guān)采用負(fù)荷開關(guān)為例，各饋線開關(guān)配置過電流保護(hù)，只傳信號(hào)到FA 主站，配電主站具備集中型FA 功能，F(xiàn)A 啟動(dòng)條件設(shè)置為分閘加保護(hù)，系統(tǒng)不斷監(jiān)聽故障信號(hào)，判斷故障信號(hào)是否滿足啟動(dòng)條件。

圖12 集中型FA線路接線

（2）當(dāng)K 點(diǎn)發(fā)生故障，出線斷路器CB1 保護(hù)動(dòng)作第一次跳閘。主站收到CB1 分閘信號(hào)和FS1、FS2、FS3及FS4電流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，啟動(dòng)FA 程序。如圖13所示。

圖13 FA程序的啟動(dòng)

（3）CB1延時(shí)第一次重合閘，若是瞬時(shí)故障，則CB1 重合成功。一定延時(shí)后，主站收到FS1、FS2、FS3及FS4過電流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，進(jìn)行故障處理計(jì)算，推出FA 方案窗口，故障定位為FS4與FS5之間線路發(fā)生瞬時(shí)故障，同時(shí)推出相關(guān)單線圖，對(duì)故障分段進(jìn)行著色顯示（圖中以粗線顯示）。如圖14所示。

圖14 線路瞬時(shí)故障定位

（4）若是永久性故障，則CB1重合不成功，第二次跳閘。主站收到FS1、FS2、FS3 及FS4 過電流保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，進(jìn)行故障處理計(jì)算，推出FA 方案窗口，故障定位為FS4與FS5之間線路發(fā)生永久性故障，同時(shí)推出相關(guān)單線圖，對(duì)故障分段進(jìn)行著色顯示（圖中以粗線顯示）。給出故障隔離方案為斷開FS4與FS5兩臺(tái)開關(guān)，恢復(fù)故障點(diǎn)上游供電的方案是合上CB1，恢復(fù)故障點(diǎn)下游供電的方案是合上LS。如圖15所示。

圖15 永久性故障定位

（5）主站向DTU2 及DTU3 下發(fā)分閘命令，對(duì)FS4及FS5執(zhí)行分閘操作。然后主站向CB1下發(fā)合閘命令，CB1合閘。如圖16所示。

圖16 故障隔離和故障點(diǎn)上游恢復(fù)供電

（6）故障隔離成功后，主站向DUT4下發(fā)合閘命令，對(duì)LS 執(zhí)行合閘操作，故障點(diǎn)下游非故障區(qū)域?qū)嵭修D(zhuǎn)供電。如圖17所示。

圖17 故障點(diǎn)下游非故障區(qū)域恢復(fù)供電

2.2 集中型FA特點(diǎn)

通過以上故障處理過程分析，集中型FA 是通過變電站出線斷路器及時(shí)切除故障，配電主站借助通信系統(tǒng)搜集配電終端上送的信息（過電流動(dòng)作信號(hào)），綜合判斷故障區(qū)域，推出FA 方案，給出隔離故障及恢復(fù)非故障區(qū)域供電方案，由主站向各配電終端發(fā)出分閘、合閘指令，從而完成故障的定位、隔離及非故障區(qū)的恢復(fù)供電全過程。

3 分布智能型FA

3.1 緩動(dòng)型（饋線開關(guān)配置負(fù)荷開關(guān)）故障處理過程

（1）假設(shè)圖18所示的K 點(diǎn)發(fā)生故障。

圖18 緩動(dòng)型分布式FA線路接線

（2）CB1 檢測(cè)到故障電流后保護(hù)跳閘。如圖19所示。

圖19 出線斷路器第一次跳閘

（3）之后CB1進(jìn)行一次重合閘，若是瞬時(shí)性故障，則線路恢得正常供電。如圖20所示。

圖20 出線斷路器第一次重合閘

（4）若是永久性故障，CB1再次檢測(cè)到有故障電流，DTU2及DTU3檢測(cè)到FS1、FS2、FS3及FS4流過故障電流，DTU4 與DTU5 沒有檢測(cè)到故障電流。CB1再次合閘到故障點(diǎn)上，保護(hù)再次跳閘。如圖21所示。

圖21 出線斷路器第二次跳閘

（5）通過DTU 間的信道，各DTU 對(duì)等信息交互后，DTU3得知FS4檢測(cè)到故障電流而FS5沒有檢測(cè)到故障電流，判定故障在FS4與FS5之間。DTU3發(fā)出分閘指令跳開FS4，并組播“FS4 隔離跳閘”；DTU4發(fā)出分閘指令跳開FS5，并組播“FS5隔離跳閘”。自此，完成故障的定位與隔離，F(xiàn)S4與FS5閉鎖合閘。如圖22所示。

圖22 故障定位與隔離

（6）DTU1、DTU5收到“FS4隔離跳閘”和“FS5隔離跳閘”，DTU1 向CB1 發(fā)出合閘指令，DTU5 向LS 發(fā)出合閘指令，CB1及LS 執(zhí)行合閘操作，恢復(fù)故障點(diǎn)上游及下游非故障區(qū)供電。如圖23所示。

圖23 非故障區(qū)域恢復(fù)供電

3.2 速動(dòng)型（饋線開關(guān)配置斷路器）故障處理過程

與緩動(dòng)型相比，速動(dòng)型由于饋線開關(guān)采用斷路器，可以一步到位由饋線斷路器直接切除故障，同步完成故障定位與隔離，變電站出線斷路器無需設(shè)定重合閘，詳盡的故障處理過程不再贅述。

該模式的特點(diǎn)在于：①速動(dòng)型技術(shù)方案可以一次直接跳開故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān)，變電站出線無需跳閘；②對(duì)配電網(wǎng)不造成不必要的沖擊，免去了保護(hù)整定時(shí)間的設(shè)置和配合；③故障隔離速度快，0.2 s 內(nèi)故障定位，數(shù)秒級(jí)內(nèi)隔離故障與恢復(fù)供電。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

綜上所述，就地智能型FA、集中型FA 和分布智能型FA 三種技術(shù)方案的基本原理、動(dòng)作邏輯等方面技術(shù)特點(diǎn)各有優(yōu)劣，表1從故障定位及隔離、通信方式要求、投資成本等方面進(jìn)行綜合比較，進(jìn)一步熟悉各種技術(shù)路線的優(yōu)缺點(diǎn)，以便依據(jù)供電可靠性、一次網(wǎng)架水平、一次設(shè)備水平、通信條件、用電負(fù)荷等級(jí)、投資規(guī)模及升級(jí)發(fā)展前景等條件選擇符合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)條件的技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)高效、安全可靠的配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)路線方案。詳見表1。

表1 配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化（FA）技術(shù)方案對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

總之，傳統(tǒng)配電線路采用的過電流保護(hù)措施因?yàn)楸Ｗo(hù)動(dòng)作延時(shí)過長(zhǎng)，使得保護(hù)效果不佳。本文中對(duì)就地智能型FA、集中型FA 和分布智能型FA 三種技術(shù)方案進(jìn)行了分析，并對(duì)三者進(jìn)行了綜合比較。通過比較可以發(fā)現(xiàn)三種方案各有優(yōu)劣，可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇合適的方案。