摘要：當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停電，由配電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)及自愈控制功能自動(dòng)定位、切除、隔離、復(fù)電。而由供電區(qū)域類(lèi)型所屬的可靠性等級(jí)，采用不同的自愈方式來(lái)恢復(fù)供電。

前言

隨著我們國(guó)家的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、民用對(duì)電力的需求大增，對(duì)供電的可靠性有更高要求，給供電部門(mén)帶來(lái)巨大的壓力。面對(duì)供電范圍廣，用戶(hù)多，網(wǎng)架復(fù)雜，如何保障供電的可靠與穩(wěn)定，包括縮短停電時(shí)間，供電系統(tǒng)面臨著巨大的考驗(yàn)。以往配網(wǎng)線路因故停電而檢查原因、隔離故障、恢復(fù)供電均依靠人工，不但復(fù)電緩慢，也不安全。面臨困境，供電部門(mén)在配網(wǎng)供電系統(tǒng)引入繼電保護(hù)及自愈控制技術(shù)，高效地提升故障線路定位、隔離及轉(zhuǎn)電的可靠與效率。將從故障停電到恢復(fù)供電的從以往時(shí)間兩三小時(shí)縮短至如采用集中式配網(wǎng)自愈的以分鐘為單位的時(shí)間內(nèi)，甚至如采用分布式配網(wǎng)自愈的以秒為單位的恢復(fù)供電時(shí)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(yīng)的壓力，為社會(huì)提供有力的能源保障，并利于改善營(yíng)商環(huán)境。

配網(wǎng)的自愈，就如主網(wǎng)備投，備用電源自動(dòng)投入。配網(wǎng)自愈也就是配網(wǎng)供電線路發(fā)生故障，出現(xiàn)停電，而無(wú)需人為干預(yù)，由配網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)及自愈控制功能自動(dòng)查找故障點(diǎn)后，快速切除并隔離，再將關(guān)連的可轉(zhuǎn)供電源投入，恢復(fù)供電，自我愈合，但這個(gè)自愈只能在一個(gè)供電饋線組網(wǎng)架里完成。自愈控制與繼電保護(hù)是相互相成的，自愈的前提必須有繼電保護(hù)功能的邏輯判斷，將故障準(zhǔn)確鎖定、切除、隔離，最后才由自愈控制功能恢復(fù)供電，亦可以說(shuō)自愈不可“獨(dú)自生存”。由此可見(jiàn)，自愈快慢的重要環(huán)節(jié)是繼電保護(hù)的邏輯判斷，所以繼電保護(hù)設(shè)備的配備與保護(hù)功能的設(shè)置就是關(guān)鍵。

一、類(lèi)型

目前我國(guó)配網(wǎng)在投運(yùn)或在實(shí)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(shù)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(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)完成，故障定位迅速，可快速實(shí)現(xiàn)故障區(qū)與非故障區(qū)的隔離，并自動(dòng)恢復(fù)供電，適用于大多數(shù)供電區(qū)域類(lèi)型的配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行方式，對(duì)配電系統(tǒng)的沖擊較小。其主要依賴(lài)原有的配網(wǎng)自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，并增加自動(dòng)快速?gòu)?fù)電功能，也就是自愈控制功能。配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)如下圖。

集中式自愈方式在配網(wǎng)線路上只配置一個(gè)斷路器作為分段開(kāi)關(guān)，設(shè)置繼電保護(hù)功能，甚至不配置斷路器做分段開(kāi)關(guān)，只有站內(nèi)的斷路器設(shè)置繼電保護(hù)功能。集中式自愈啟動(dòng)條件為站內(nèi)開(kāi)關(guān)（斷路器）跳閘加保護(hù)動(dòng)作或站外分段開(kāi)關(guān)（斷路器）跳閘加保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)的上游開(kāi)關(guān)（斷路器）由其繼電保護(hù)動(dòng)作跳閘，同時(shí)，故障點(diǎn)的電源側(cè)的所有配自終端將采集的本地信息通過(guò)傳輸通道上傳到配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站，由配網(wǎng)主站進(jìn)行邏輯故障判斷并準(zhǔn)確定位，配網(wǎng)主站根據(jù)故障處理策略，遙分故障區(qū)段兩側(cè)開(kāi)關(guān)，隔離故障，再由系統(tǒng)遙合相連的開(kāi)關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。站內(nèi)開(kāi)關(guān)（斷路器）與站外分段開(kāi)關(guān)（斷路器）配置的保護(hù)裝置，保護(hù)功能主要設(shè)置如主網(wǎng)常用的保護(hù)，如速斷保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)等。設(shè)置功能較為簡(jiǎn)單，常用。

2.分布式自愈

分布式自愈方式就是配網(wǎng)線路上配置多個(gè)斷路器，設(shè)置繼電保護(hù)功能，甚至全線開(kāi)關(guān)均為斷路器，設(shè)置繼電保護(hù)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(gè)節(jié)點(diǎn)就地安裝一套分布式配電保護(hù)自愈裝置，裝置安裝了一套具備配電保護(hù)及自愈控制功能的系統(tǒng)，可各自判斷故障，并精準(zhǔn)定位，瞬速跳閘，隔離故障，就地合閘，瞬速?gòu)?fù)電。

線路上各節(jié)點(diǎn)橫向?qū)Φ韧ㄐ?，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(wú)需依賴(lài)“主大腦”——配網(wǎng)主站，提高運(yùn)算能力。為了精準(zhǔn)故障定位、可靠跳閘，各節(jié)點(diǎn)均采用斷路器，配置的保護(hù)與自愈功能包括主保護(hù)的線路光纖差動(dòng)保護(hù)、線路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)等及后備保護(hù)的速斷、過(guò)流、零序等保護(hù)，還引入主網(wǎng)的母差保護(hù)、失靈保護(hù)、過(guò)載預(yù)判等功能保護(hù)，有效地保證了開(kāi)關(guān)（斷路器）的可靠性、速動(dòng)性、選擇性、靈敏性地動(dòng)作跳閘、合閘，提高自愈的成功率。其系統(tǒng)架構(gòu)如下圖。

3.5G技術(shù)分布式自愈

5G技術(shù)分布式配網(wǎng)自愈與光纖通信模式的分布式配網(wǎng)自愈方式近似，但通信傳輸介質(zhì)不同。采用5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信作為配網(wǎng)數(shù)據(jù)通信傳輸介質(zhì)，利用5G無(wú)線通信的大帶寬、高可靠、低時(shí)延等優(yōu)點(diǎn)，采用采樣點(diǎn)插值同步法，實(shí)現(xiàn)故障的精確定位與隔離，有效地減少了終端運(yùn)維的工作量。即將逐步普及的5G新一代無(wú)線通信技術(shù)，具有巨大的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用于配網(wǎng)的線路差動(dòng)保護(hù)、線路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔Ｗo(hù)等保護(hù)的傳輸介質(zhì)，并且能多業(yè)務(wù)用共用一網(wǎng)通信，光纖差動(dòng)的需要獨(dú)立差動(dòng)通道，增加成本，而采用5G無(wú)線通信解決了敷設(shè)光纖成本較高，且難于覆蓋的困境。5G無(wú)線通信采用采樣點(diǎn)插值同步法，解決了多端線路差動(dòng)保護(hù)數(shù)據(jù)同步問(wèn)題，為配網(wǎng)提供更高效的保護(hù)功能。

5G無(wú)線通信為配網(wǎng)所有設(shè)備的互聯(lián)互通提供了高可靠性的交互基礎(chǔ)，通過(guò)高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)交互，可以實(shí)現(xiàn)更多的繼電保護(hù)功能與自動(dòng)化、自愈控制方案，為配網(wǎng)線路故障定位、切除、隔離及復(fù)電提供了新思路。其系統(tǒng)架構(gòu)如下圖。

4.區(qū)域式自愈

區(qū)域式自愈方式是配網(wǎng)線路上不配置斷路器，沒(méi)有繼電保護(hù)功能。

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

目前主要采用的主站集中式的保護(hù)與自愈控制系統(tǒng)，由一個(gè)集中式的大腦——配網(wǎng)主站運(yùn)作，隨著配網(wǎng)自動(dòng)化的大幅推廣，配自節(jié)點(diǎn)大增，上送數(shù)據(jù)信息量也激增，影響實(shí)時(shí)性，配網(wǎng)主站系統(tǒng)需要運(yùn)算的時(shí)間也很長(zhǎng)，不能有效實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)功能，而區(qū)域式的保護(hù)與控制系統(tǒng)就是起到分擔(dān)配網(wǎng)主站配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)功能。區(qū)域保護(hù)與控制系統(tǒng)采用配網(wǎng)區(qū)域保護(hù)與控制主站裝置，增加設(shè)置在當(dāng)前配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)新裝置，主要作用是把一個(gè)大的配電網(wǎng)區(qū)域按照相關(guān)性形成幾個(gè)較小的配網(wǎng)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域配置一個(gè)配網(wǎng)區(qū)域保護(hù)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)差動(dòng)保護(hù)原理，準(zhǔn)確迅速的定位故障位置，并切除故障線路兩端的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，切除故障線路，然后根據(jù)情況恢復(fù)無(wú)故障區(qū)域的供電。其系統(tǒng)架構(gòu)如下圖。

5.重合式自愈

重合式即就地重合式，具有不依賴(lài)主站及通信而進(jìn)行的配網(wǎng)線路故障定位、隔離以及復(fù)電的優(yōu)勢(shì)得到廣泛的應(yīng)用。通過(guò)線路重合閘與配電終端之間的邏輯配合，利用重合閘實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路故障定位、切除、隔離，讓非故障區(qū)域恢復(fù)供電。就地重合式主要有電壓時(shí)間型及電壓電流時(shí)間型。其系統(tǒng)大致架構(gòu)如下圖。

二、應(yīng)用

1.集中式自愈

使用原有的配自系統(tǒng)，增設(shè)自愈功能，無(wú)需更換設(shè)備大改造，投資少。集中式便于信息集中收集，功能容易實(shí)現(xiàn)。但集中在配自主站系統(tǒng)，依賴(lài)主站，整個(gè)配網(wǎng)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)量大，響應(yīng)速度受限制，影響隔離故障時(shí)間及復(fù)電時(shí)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(yùn)用，廣西、云南、海南、重慶等多地也來(lái)交流討論，借鑒應(yīng)用。

2.分布式配網(wǎng)自愈

繼電保護(hù)的“選擇性”、“速動(dòng)性”、“靈敏性”、“可靠性”均能實(shí)現(xiàn)，有效地提高供電的可靠性。但需更換改造設(shè)備，全線配置的開(kāi)關(guān)均為斷路器、通信采用光纖，投資大，并且與站內(nèi)饋線保護(hù)配合，技術(shù)要求高，維護(hù)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(xiàng)目就是采用此自愈控制技術(shù)，在2018年率先投運(yùn)，可通過(guò)自愈實(shí)現(xiàn)故障復(fù)電時(shí)間縮短到最少約0.3秒，該區(qū)域的客戶(hù)平均停電時(shí)間為1.9989分鐘，達(dá)到世界頂尖水平，得到廣東省委副書(shū)記、深圳市委書(shū)記王偉中同志及南網(wǎng)孟振平董事長(zhǎng)的高度肯定，并被CCTV13、CCTV4、南網(wǎng)新聞聯(lián)播等權(quán)威主流媒體廣泛報(bào)道。深圳龍崗大運(yùn)新城及龍華商務(wù)區(qū)也在套用建設(shè)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(guó)網(wǎng)個(gè)別地區(qū)也當(dāng)模板作修改版、升級(jí)版應(yīng)用。

3.5G技術(shù)分布式配網(wǎng)自愈

實(shí)現(xiàn)的功能與采用光纖通信的分布式配網(wǎng)自愈近似，并且無(wú)需敷設(shè)光纖，利用公共通信網(wǎng)絡(luò)5G資源，減少光纖設(shè)備的投入。但改造設(shè)備與分布式配網(wǎng)自愈近似。本功能依賴(lài)5G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)備安裝區(qū)域需有5G信號(hào)覆蓋，技術(shù)要求高，維護(hù)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(wǎng)自愈

無(wú)需依賴(lài)配自主站系統(tǒng)，獨(dú)自形成區(qū)域小系統(tǒng)，自我控制，自我保護(hù)，自我自愈，不增加配自主站系統(tǒng)的額外負(fù)擔(dān)，只上報(bào)結(jié)果。但需新裝一套小系統(tǒng)，穩(wěn)定性不強(qiáng)，增加維護(hù)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(shè)備簡(jiǎn)單，無(wú)需主站、無(wú)需通信，投資少，維護(hù)工作少，但可靠性不高，復(fù)電時(shí)間久，看過(guò)多次重合，對(duì)設(shè)備造成沖擊。只適合B區(qū)以下供電區(qū)域，如邊遠(yuǎn)地區(qū)或?qū)╇娨蟛桓叩貐^(qū)，已在內(nèi)地大多數(shù)邊遠(yuǎn)區(qū)域運(yùn)用。

三、總結(jié)

當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障停電，無(wú)需人工參與，由配電網(wǎng)系統(tǒng)的繼電保護(hù)及自愈控制功能自動(dòng)定位、切除、隔離、復(fù)電。而根據(jù)供電區(qū)域類(lèi)型對(duì)應(yīng)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(zhì)等級(jí)，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(lái)恢復(fù)其電力供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)

1.《配電系統(tǒng)繼電保護(hù)》（第二版）中國(guó)電力出版社

2.《智能配電網(wǎng)自愈控制》（國(guó)家電網(wǎng)公司）中國(guó)電力出版社

3.《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》國(guó)家能源局DL/T 5729-2016

4.《配電自動(dòng)化規(guī)劃導(dǎo)則》（中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司）Q/CSG1201001-2014

作者簡(jiǎn)介

歐華邦，男，本科，電力系統(tǒng)及自動(dòng)化工程師，繼電保護(hù)技師，中國(guó)南方電網(wǎng)深圳供電局，從事變電繼保自動(dòng)化以及配網(wǎng)自動(dòng)化工作，深圳市電力行業(yè)協(xié)會(huì)供電配網(wǎng)專(zhuān)委會(huì)成員。