李國(guó)武 吳 尚 王海彪

（國(guó)網(wǎng)張家口供電公司，河北 張家口075000）

0 引言

智能化配電網(wǎng)建設(shè)成為今后配網(wǎng)發(fā)展的核心內(nèi)容，智能化配電網(wǎng)內(nèi)涵要求供電高度可靠、電壓電能高度優(yōu)質(zhì)、供電方案高度靈活，饋線自動(dòng)化在供電網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)用化推廣，是對(duì)接上述要求的關(guān)鍵技術(shù).現(xiàn)有各種類型的饋線自動(dòng)化技術(shù)，但在實(shí)際運(yùn)行中存在一些問(wèn)題，為了進(jìn)一步提升饋線自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)本身的可靠性及可信賴程度，從實(shí)用化的標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，研究基于故障回推理論的饋線自動(dòng)化技術(shù)，可以有效提升技術(shù)理論本身的可靠性，另外該方法對(duì)通信系統(tǒng)的依賴程度相對(duì)較弱，其實(shí)用化程度將顯著提高.

1 饋線自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1 饋線自動(dòng)化技術(shù)基本功能

饋線自動(dòng)化（FA，feeder automation）是指利用自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)，監(jiān)視配電線路的運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路故障，迅速診斷出故障區(qū)間并將故障區(qū)間隔離，快速恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)間的供電.

饋線自動(dòng)化是配網(wǎng)自動(dòng)化中的一項(xiàng)重要功能，故障處理是饋線自動(dòng)化的首要任務(wù)，配網(wǎng)自動(dòng)化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢(shì)，其主要意義在于：當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，迅速查出故障區(qū)段，快速隔離故障區(qū)段，及時(shí)自動(dòng)恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，因此縮短了對(duì)用戶的停電時(shí)間，減少了停電面積，提高了供電可靠性.

1.2 饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式及優(yōu)劣分析

饋線自動(dòng)化有兩種實(shí)現(xiàn)方式：當(dāng)?shù)乜刂品绞胶图锌刂品绞?當(dāng)?shù)乜刂品绞接纸须妷盒蛯?shí)現(xiàn)方式，通過(guò)重合器來(lái)實(shí)現(xiàn)，饋線失電壓時(shí)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，然后依時(shí)間延時(shí)順序試合分段開(kāi)關(guān)，最后確定故障區(qū)段再隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)供電.集中控制方式，通過(guò)負(fù)荷開(kāi)關(guān)、FTU（饋線自動(dòng)化測(cè)控終端）加主站系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn).由FTU檢測(cè)電流以判別故障，故障信息集中傳送到主站，由主站確定故障區(qū)段，然后由主站系統(tǒng)發(fā)遙控命令控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作，完成故障隔離并恢復(fù)非故障區(qū)供電.集中控制方式由于引入了配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成故障定位，因此故障定位迅速，可快速實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的自動(dòng)恢復(fù)送電，而且開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)少，對(duì)配電系統(tǒng)的沖擊也小.

比較當(dāng)?shù)乜刂坪图锌刂苾煞N實(shí)現(xiàn)方式，雖然在總體價(jià)格上，當(dāng)?shù)乜刂品绞接捎诓恍枰髡究刂?、?duì)通信系統(tǒng)可靠性要求低而有一定優(yōu)勢(shì)，但是就配電網(wǎng)絡(luò)本身的改造來(lái)看，當(dāng)?shù)乜刂扑蕾嚨闹睾掀鞯膬r(jià)位要數(shù)倍于負(fù)荷開(kāi)關(guān)，這在一定程度上妨礙了該方案的大范圍使用.相比之下，集中控制所依賴的負(fù)荷開(kāi)關(guān)在城網(wǎng)改造項(xiàng)目中具有價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，在保證通信質(zhì)量的前提下，主站軟件控制下的故障處理能夠滿足快速動(dòng)作的要求.因此，從總體上說(shuō)，集中控制方式比當(dāng)?shù)乜刂品绞骄哂忻黠@的優(yōu)勢(shì).隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子、通信設(shè)備的可靠性不斷提高，計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備的造價(jià)也愈來(lái)愈低，預(yù)計(jì)將來(lái)會(huì)廣泛地采用配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)配合遙控負(fù)荷開(kāi)關(guān)、分段器來(lái)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，能夠克服當(dāng)?shù)乜刂品绞綆?lái)的缺點(diǎn).從最近幾年我國(guó)配電系統(tǒng)自動(dòng)化的實(shí)施來(lái)看，越來(lái)越多的電力企業(yè)正在采用集中控制的饋線自動(dòng)化方案.

但是，集中控制方式的缺點(diǎn)是，需要高質(zhì)量的通信通道及計(jì)算機(jī)主站，對(duì)通信系統(tǒng)要求較高，在線路故障時(shí)，要求相應(yīng)的信息能及時(shí)傳送到上級(jí)站，上級(jí)站發(fā)送的控制信息也能迅速傳送到FTU.當(dāng)某一個(gè)或部分FTU出現(xiàn)故障或是通訊中斷，則主站系統(tǒng)根據(jù)不完整的信息可能無(wú)法定位故障位置或是定位錯(cuò)誤.

2 基于故障回推饋線自動(dòng)化故障定位方法

針對(duì)上述提出的集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出一種基于故障回推的故障定位方法.該方法可以降低原集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通訊可靠性的過(guò)度依賴，當(dāng)某一個(gè)或部分FTU出現(xiàn)故障或是通訊中斷，則主站系統(tǒng)根據(jù)不完整的信息依然可以準(zhǔn)確定位故障位置.

本方法僅在集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的主站或子站上實(shí)現(xiàn)，只需要對(duì)原有饋線自動(dòng)化的主站或子站系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，而不需要對(duì)終端進(jìn)行改造.

實(shí)施具體步驟如下：

2.1 系統(tǒng)開(kāi)關(guān)及節(jié)點(diǎn)定義

在系統(tǒng)中定義開(kāi)關(guān)和節(jié)點(diǎn)的屬性.開(kāi)關(guān)屬性分為電源點(diǎn)開(kāi)關(guān)，普通開(kāi)關(guān)，分支線開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)；節(jié)點(diǎn)屬性分為電源節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分為正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，初始化時(shí)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)默認(rèn)為正常狀態(tài).然后，按照實(shí)際電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)置開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系；

電源點(diǎn)開(kāi)關(guān)：與電源節(jié)點(diǎn)相連接的第一個(gè)開(kāi)關(guān).

普通開(kāi)關(guān)：開(kāi)關(guān)兩側(cè)均可連接到電源節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān).

分支線開(kāi)關(guān)：只有一側(cè)可連接到電源節(jié)點(diǎn)的開(kāi)關(guān).

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)：兩個(gè)電源的連接開(kāi)關(guān)，負(fù)責(zé)恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，正常運(yùn)行時(shí)狀態(tài)為分位.

2.2 理論基于的基本硬件和軟件環(huán)境

基于原有的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，獲得實(shí)時(shí)的開(kāi)關(guān)位置、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)、故障信號(hào).

2.3 故障回推理論方案設(shè)計(jì)

2.3.1 當(dāng)有任一開(kāi)關(guān)上報(bào)過(guò)流故障信號(hào)時(shí)，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)以發(fā)出故障信號(hào)的開(kāi)關(guān)為起點(diǎn)，分別向該開(kāi)關(guān)左右兩個(gè)方向按照節(jié)點(diǎn)及開(kāi)關(guān)的連接關(guān)系對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行故障位置查找，依次檢查開(kāi)關(guān)位置信號(hào)和節(jié)點(diǎn)屬性，直到電源節(jié)點(diǎn)或是開(kāi)關(guān)位置處于分位開(kāi)關(guān)，或是線路末端；

2.3.2 若搜索到節(jié)點(diǎn)屬性為電源點(diǎn)時(shí)，沿原搜索路線返回，直到發(fā)出故障信號(hào)的開(kāi)關(guān)，同時(shí)將沿路節(jié)點(diǎn)狀態(tài)置為故障狀態(tài)；若搜索到末端節(jié)點(diǎn)或開(kāi)關(guān)為分閘狀態(tài)則搜索結(jié)束，沿路的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)保持原狀態(tài)，不進(jìn)行改變；

2.3.3 檢查搜索過(guò)的所有開(kāi)關(guān)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，如開(kāi)關(guān)兩側(cè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)一個(gè)為故障，一個(gè)為非故障，則該開(kāi)關(guān)為隔離故障的開(kāi)關(guān)，需要跳閘，而與該故障開(kāi)關(guān)另一側(cè)非故障狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)相連的未上報(bào)故障信號(hào)的普通開(kāi)關(guān)為對(duì)側(cè)隔離故障的開(kāi)關(guān)，需要跳閘；

2.3.4 隔離故障的開(kāi)關(guān)的跳閘命令由主站下發(fā)給對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的FTU，遙控跳閘，完成故障定位、隔離.

2.3.5 當(dāng)故障隔離信息返回后，主站下發(fā)命令給聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電.

2.4 理論判據(jù)動(dòng)作實(shí)例

如圖1所示，所有開(kāi)關(guān)有唯一的開(kāi)關(guān)編號(hào)，每個(gè)開(kāi)關(guān)都定義有與其連接的左右節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與其連接的開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)，根據(jù)連接關(guān)系便生成了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖所示節(jié)點(diǎn)A、I為電源節(jié)點(diǎn)，開(kāi)關(guān)K1、K8為電源點(diǎn)開(kāi)關(guān)，K9、K10為分支線開(kāi)關(guān)，K2－K7為普通開(kāi)關(guān).

基于原有的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)可以獲得實(shí)時(shí)的開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、節(jié)點(diǎn)屬性、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)及故障信號(hào)；當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)到故障電流的FTU會(huì)將故障信號(hào)上報(bào)給主站系統(tǒng)，當(dāng)主站系統(tǒng)收到任何一個(gè)故障信號(hào)即啟動(dòng)故障搜索，故障搜索以檢測(cè)到故障信號(hào)的FTU對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)為起始點(diǎn)分別向左右開(kāi)始搜索，依次查詢各開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)和節(jié)點(diǎn)屬性，直到電源節(jié)點(diǎn)或是開(kāi)關(guān)位置處于分位開(kāi)關(guān)，或是線路末端如圖1所示，故障點(diǎn)在F點(diǎn)，K1－K5開(kāi)關(guān)的FTU都檢測(cè)到故障電流，并上報(bào)故障信號(hào)，以圖中K5開(kāi)關(guān)為例，所示實(shí)線箭頭方向?yàn)楣收纤阉鞣较颍缦滤阉髀窂剑?/p>

圖1 饋線自動(dòng)化理論判決動(dòng)作示意圖

K5—＞F—＞K6—＞G—＞K7依次查詢開(kāi)關(guān)位置和節(jié)點(diǎn)屬性，查詢到開(kāi)關(guān)K7為分閘位置，搜索結(jié)束；

K5—＞E—＞K9—＞J—＞K10—＞K依次查詢開(kāi)關(guān)位置和節(jié)點(diǎn)屬性，到末端節(jié)點(diǎn)，沒(méi)有其他開(kāi)關(guān)與其連接，搜索結(jié)束；

K5—＞E—＞K4—＞D—＞K3—＞C—＞K2—＞B—＞K1—＞A搜索到電源節(jié)點(diǎn)，開(kāi)始回推，當(dāng)搜索到電源節(jié)點(diǎn)時(shí)，按原路徑回推到搜索開(kāi)始的起點(diǎn)開(kāi)關(guān)，并將沿路所有節(jié)點(diǎn)均設(shè)置為故障狀態(tài).

如圖1－1虛線箭頭所示路徑A—＞B—＞C—＞D—＞E節(jié)點(diǎn)狀態(tài)都設(shè)置為故障.

盡管動(dòng)作最快的FTU啟動(dòng)了搜索，但拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的所有FTU都要進(jìn)行一輪搜索，所以可以解決部分FTU不啟動(dòng)的問(wèn)題，全部搜索都完成后，檢測(cè)所有開(kāi)關(guān)的左右節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，若某開(kāi)關(guān)一側(cè)節(jié)點(diǎn)是故障狀態(tài)，另一側(cè)節(jié)點(diǎn)是非故障狀態(tài)，則該開(kāi)關(guān)為需要隔離的故障開(kāi)關(guān)，需要跳閘；非故障側(cè)的節(jié)點(diǎn)為故障點(diǎn)（即K6的F節(jié)點(diǎn)），與之相連的未上報(bào)故障信號(hào)的普通開(kāi)關(guān)（K6）也是需要隔離故障的開(kāi)關(guān)，需要跳閘，分支線開(kāi)關(guān)則不需要隔離操作.如圖1中K5、K6為需要隔離故障的開(kāi)關(guān).隔離開(kāi)關(guān)的跳閘命令由主站下發(fā)給對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)的FTU，遙控跳閘.然后由主站系統(tǒng)下發(fā)遙控合閘命令至K7，完成非故障區(qū)域的恢復(fù)供電.

在上述情況下，如果開(kāi)關(guān)K3、K4的FTU裝置發(fā)生故障或者通訊中斷，則其不能正確上報(bào)故障信息，此時(shí)其他開(kāi)關(guān)正確上報(bào)故障信息可以使主站正常啟動(dòng)故障搜索，搜索路徑與結(jié)果依然與上述舉例相同，K3、K4開(kāi)關(guān)雖然沒(méi)有上報(bào)故障，但是其節(jié)點(diǎn)的故障標(biāo)志在故障搜索回推的過(guò)程中被置上，仍然可以保證故障定位的正確性.常規(guī)的僅通過(guò)比較兩相鄰開(kāi)關(guān)故障信息的故障定位方法，對(duì)于開(kāi)關(guān)K3、K4的FTU裝置發(fā)生故障或者通訊中斷的情況，由于一側(cè)有故障，一側(cè)無(wú)故障的節(jié)點(diǎn)有C、E、F三個(gè)點(diǎn)，會(huì)導(dǎo)致故障定位的錯(cuò)誤.

如果恰好是K5開(kāi)關(guān)所在FTU發(fā)生故障或通訊中斷，K5不能上報(bào)故障信息，則按照故障判據(jù)會(huì)誤判故障點(diǎn)為E點(diǎn)，主站或子站發(fā)命令跳開(kāi)K4、K5開(kāi)關(guān)，由于K5對(duì)應(yīng)FTU通訊中斷，無(wú)法收到遙控命令，K5開(kāi)關(guān)跳閘失敗，主站或子站等待一定延時(shí)（按照大于“開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間＋分閘位置接點(diǎn)上送至主站時(shí)間”設(shè)定），沒(méi)有收到K5開(kāi)關(guān)的分閘信息，啟動(dòng)擴(kuò)大化處理方案，發(fā)命令跳開(kāi)K6開(kāi)關(guān)，隔離故障點(diǎn)；該種情況下，K5開(kāi)關(guān)FTU通訊中斷，僅影響到了故障的隔離范圍，故障點(diǎn)仍然可以被準(zhǔn)確隔離，并且使故障隔離區(qū)域最小化.

本方法解決了集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中如果有一個(gè)或者多個(gè)FTU本身故障檢測(cè)功能失效或者通訊中斷，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)將不能定位故障位置或是定位錯(cuò)誤的缺陷，降低了集中式饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通訊可靠性過(guò)度依賴.

3 基于故障回推技術(shù)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的饋線自動(dòng)化邏輯自愈

自愈能力作為保證電網(wǎng)可靠、優(yōu)質(zhì)供電的關(guān)鍵功能，是智能電網(wǎng)技術(shù)研究的重點(diǎn).繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置作為實(shí)現(xiàn)自愈功能的主要設(shè)備，在高壓輸電網(wǎng)中，繼電保護(hù)已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，通過(guò)快速繼電保護(hù)快速可靠、有選擇性的切除故障，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線安全評(píng)估和預(yù)警控制，防止出現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故導(dǎo)致的大面積停電，維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性.但相對(duì)于輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)直接面向用戶，是保證供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但根據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前用戶停電95%以上是由于配電系統(tǒng)原因引起，導(dǎo)致電能質(zhì)量惡化的主要原因也在配電網(wǎng).這些都對(duì)配電自動(dòng)化提出了更高的要求.因此在配電網(wǎng)中也迫切需要實(shí)現(xiàn)故障的快速定位和隔離，在目前具有優(yōu)越通信條件的配網(wǎng)中完全有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo).

故障回推理論為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)型的饋線自動(dòng)化邏輯自愈功能實(shí)現(xiàn)成為最優(yōu)方案，適應(yīng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化頻繁的特點(diǎn).當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖拓?fù)渥詣?dòng)形成配電自動(dòng)化動(dòng)作邏輯及相關(guān)的策略，經(jīng)過(guò)技術(shù)評(píng)價(jià)后成為系統(tǒng)動(dòng)作邏輯方案.

在建立配電自動(dòng)化高效通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，當(dāng)由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化造成智能終端配置及邏輯配合發(fā)生變化時(shí)，對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備可根據(jù)重新給定的電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，調(diào)用合理的饋線自動(dòng)化邏輯，滿足電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化要求.

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