張冠釗

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司 東莞西北供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力資源需求日益增加的背景下，供電可靠性和供電穩(wěn)定性成為人們重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。配網(wǎng)運(yùn)行可靠性與配網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理性、科學(xué)性相關(guān)，還間接受到配網(wǎng)自動(dòng)化程度的影響。饋線自動(dòng)化技術(shù)是配網(wǎng)線路中的重要技術(shù)之一，該技術(shù)在配網(wǎng)中的合理應(yīng)用能夠有效實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)中故障隔離和非故障區(qū)域正常供電。對(duì)10 kV配網(wǎng)饋線技術(shù)而言，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)建成為必然發(fā)展趨勢(shì)。

1 饋線自動(dòng)化技術(shù)概述

1.1 饋線自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵

饋線自動(dòng)化（Feeder Automation，F(xiàn)A）充分利用自動(dòng)化技術(shù)、控制設(shè)備、智能設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化操作。借助饋線自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析，對(duì)潛在故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)既有故障進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)化處理。

1.2 饋線自動(dòng)化技術(shù)功能

饋線自動(dòng)化主要應(yīng)用于用戶用電設(shè)備和變電站之間。正常情況下，饋線自動(dòng)化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)線路、設(shè)備和用戶情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)在參數(shù)采集和深度解析基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化。在配網(wǎng)出現(xiàn)故障或存在潛在故障的情況下，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)收匣驖撛诠收线M(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，若發(fā)現(xiàn)故障則進(jìn)行隔離，從而保障非故障區(qū)域正常供電。饋線自動(dòng)化技術(shù)通過(guò)變電站中斷路器運(yùn)轉(zhuǎn)和出線配合調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀況分析和故障隔離，保障配網(wǎng)故障情況和正常情況下的穩(wěn)定供電[1]。

2 饋線自動(dòng)化技術(shù)對(duì)比與分析

目前，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中，就地分布式-重合器方式、集中與就地智能配合式、主站集中式-半自動(dòng)方式是3種最常用的技術(shù)方式，技術(shù)原理和優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

2.1 就地分布式-重合器方式

就地分布式-重合器方式的饋線自動(dòng)化技術(shù)主要依靠線路器開關(guān)的邏輯配合（重合器）實(shí)現(xiàn)故障定位隔離，同時(shí)還能夠依靠其實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域供電恢復(fù)?？刂破髂軌?qū)﹄妷哼M(jìn)行檢測(cè)，重合器和分段器相互配合。在出現(xiàn)故障時(shí)，重合器分閘且分段器跳閘，之后重合器會(huì)進(jìn)行合閘嘗試，分段器在重合器合閘后按照時(shí)限順序自動(dòng)延時(shí)合閘[2]。分段器在合閘期間，如果遇到故障點(diǎn)則重合器會(huì)再次進(jìn)行分閘，故障點(diǎn)電源側(cè)的分段器也會(huì)出現(xiàn)失壓閉鎖跳閘，以此實(shí)現(xiàn)故障隔離。重合器在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次合閘，以保障非故障區(qū)域的正常供電恢復(fù)。該方式能夠快速實(shí)現(xiàn)故障隔離，成本低且技術(shù)成熟，但斷路器頻繁開關(guān)動(dòng)作會(huì)沖擊電網(wǎng)，需要整定網(wǎng)絡(luò)支持。

表1 饋線自動(dòng)化技術(shù)對(duì)比

2.2 主站集中式-半自動(dòng)方式

借助多樣化通信方法實(shí)現(xiàn)故障端信息、數(shù)據(jù)采集，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)故障信息進(jìn)行整合和分析，實(shí)現(xiàn)故障定位和深度解讀，引入遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)故障隔離控制和非故障區(qū)域供電恢復(fù)。該方式下饋線自動(dòng)化功能實(shí)現(xiàn)對(duì)通信技術(shù)水平要求較高，若通信技術(shù)較差不能及時(shí)、準(zhǔn)確定位故障，在故障分析中將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。尤其是互聯(lián)網(wǎng)背景下，惡意程序、病毒等危險(xiǎn)因素的存在對(duì)通信技術(shù)提出了更高的要求[3]。

2.3 集中與就地智能配合式

集中與就地智能配合式充分結(jié)合了集中式和就地智能式的優(yōu)點(diǎn)，能夠迅速完成故障定位、故障隔離、故障處理以及供電恢復(fù)。作為饋線自動(dòng)化發(fā)展的新趨勢(shì)，該種模式在工業(yè)園區(qū)和智能小區(qū)中具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，有效實(shí)現(xiàn)了故障快速隔離。

3 饋線自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用及故障處理流程

故障定位及處理是饋線自動(dòng)化系統(tǒng)最主要的功能，結(jié)合各種技術(shù)對(duì)配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、識(shí)別和分析，發(fā)現(xiàn)故障或潛在故障后進(jìn)行迅速隔離，通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)供實(shí)現(xiàn)對(duì)非故障區(qū)的正常供電。目前,常用的10 kV配網(wǎng)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)往往將配網(wǎng)分為在線、仿真以及離線3種運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能夠提供故障定位、故障識(shí)別、故障報(bào)警、故障處理以及歷史故障查詢等功能。在發(fā)現(xiàn)故障和故障處理時(shí)能夠人工選擇，也可以根據(jù)系統(tǒng)信息進(jìn)行全自動(dòng)處理。此外，系統(tǒng)還能夠和用戶進(jìn)行交互，確定最優(yōu)故障恢復(fù)策略[4]。饋線自動(dòng)化故障處理基本流程如圖1所示。

圖1 饋線自動(dòng)化故障處理流程

配電終端進(jìn)行配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控和實(shí)時(shí)采集，同時(shí)將采集的信息上傳到饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)終端上傳的信息進(jìn)行分析，借助網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)確定故障信號(hào)，并定位故障位置，對(duì)故障信息深入分析，確定故障處理方法。如果符合數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)度規(guī)程的操作處理方案，則提供給調(diào)度員進(jìn)行選擇。調(diào)度員根據(jù)選擇的方案進(jìn)行開關(guān)、刀閘、重合器、分段器的就地分合操作或遠(yuǎn)程操控。同時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)故障信息自動(dòng)確定處置方案，根據(jù)既定方案進(jìn)行啟動(dòng)條件設(shè)定，并在工作人員分析方案合理性之后執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)故障處理和故障隔離。

4 10 kV配網(wǎng)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

基于饋線自動(dòng)化技術(shù)和10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際需求構(gòu)建了如圖2所示的10 kV饋線自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)，主要由變電站出現(xiàn)開關(guān)、配網(wǎng)主站、分段開關(guān)以及饋線終端構(gòu)成。

分段開關(guān)應(yīng)用于配網(wǎng)不同區(qū)段的分割、故障定位以及故障分離，其合理應(yīng)用能夠縮小故障停電范圍。為降低成本，設(shè)計(jì)了具備遠(yuǎn)程控制功能但不配備保護(hù)裝置的分段開關(guān)。為保障故障的快速切除，變電站出線開關(guān)配備了保護(hù)裝置。饋線終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）主要用于系統(tǒng)中所有分段開關(guān)故障過(guò)電流等相關(guān)電信號(hào)的采集，并且還能將所有的采集信息傳回配網(wǎng)主站。此外，饋線終端也是饋線自動(dòng)化控制策略的執(zhí)行單位，用于分段開關(guān)的閉合或斷開控制。配網(wǎng)主站是整個(gè)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的核心組成，能夠接收饋線終端中采集的過(guò)電流等相關(guān)電信號(hào)信息，同時(shí)對(duì)故障信息進(jìn)行分析，給出相應(yīng)控制策略。通信網(wǎng)絡(luò)主要用于饋線終端、配網(wǎng)主站以及聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)之間的信息互通，目前饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中主要采用的是運(yùn)營(yíng)商無(wú)線數(shù)據(jù)專網(wǎng)。

圖2 10 kV配網(wǎng)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)

4.2 工作原理及具體應(yīng)用

以圖2系統(tǒng)中k點(diǎn)短路故障為例，對(duì)10 kV饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行分析。在k點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，系統(tǒng)中CX1出線開關(guān)會(huì)做出響應(yīng)并執(zhí)行跳閘動(dòng)作，同時(shí)還會(huì)執(zhí)行重合閘。若能夠成功執(zhí)行重合閘操作，則確定為瞬時(shí)性故障，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)能夠恢復(fù)正常供電。如果CX1重合閘動(dòng)作失敗，則斷定系統(tǒng)中的故障為永久性故障，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行啟動(dòng)。由于CX1進(jìn)行了兩次合閘，則FTU1饋線終端會(huì)檢測(cè)到兩次故障過(guò)電流，但FTU2饋線終端并不會(huì)檢測(cè)到響應(yīng)故障過(guò)電流，從而確故障處于FTU2和FTU1之間。通過(guò)上述過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)故障定位，同時(shí)結(jié)合配網(wǎng)主站能夠遠(yuǎn)程遙控FD1和FD2斷開，實(shí)現(xiàn)FTU2和FTU1之間故障的隔離，同時(shí)能夠?qū)β?lián)絡(luò)開關(guān)FD3和出線開關(guān)CX1進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控閉合，實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的正常供電[5,6]。

此外，本設(shè)計(jì)中還為分支線路開關(guān)配備了保護(hù)裝置，能夠確定配網(wǎng)故障期間的第一時(shí)間動(dòng)作，盡可能縮小故障停電范圍。為確保饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，引入完全對(duì)應(yīng)的圖-庫(kù)-模設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)單線圖和饋線自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝位置的匹配對(duì)應(yīng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣：妥詣?dòng)化系統(tǒng)單線圖之間的匹配對(duì)應(yīng)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置參數(shù)和終端IP地址之間的匹配對(duì)應(yīng)。

5 結(jié) 論

隨著自動(dòng)化技術(shù)在配網(wǎng)系統(tǒng)中的推廣和應(yīng)用，我國(guó)配網(wǎng)自動(dòng)化水平日益提高。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)提升配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要作用，通過(guò)對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究和分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了10 kV配網(wǎng)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，為配網(wǎng)自動(dòng)化故障定位、故障處理、故障隔離以及供電恢復(fù)提供切實(shí)有效的解決方案。