饋線自動化技術在配電網中的應用

楊建雄

（楚雄州供電有限公司，云南 楚雄 675000）

1 配電網系統結構

配電網自動化是一項系統工程，完整的配電網自動化系統包含了供電網絡、遠動系統、通信系統、主站系統4個主要環節。

配電網系統構架典型結構圖如圖1所示。

2 分析饋線自動化技術。饋線自動化(FA)指饋電線路的故障檢測、定位、故障隔離及正常線路的恢復供電，包括架空、電纜線路的饋線自動化和開閉所的故障處理。

針對網絡發展的普遍性，配電網自動化系統應以主站、子站、FTU全以太網絡的方式形成"三網合一"的系統，將光纖優勢與以太網的優勢結合在一起，既發揮光纖遠距離、高速的可靠通信，又集成了通信組網的功能，以TCP/IP尋址和通信主網、子網的概念以及IEC-870-5-104通信協議，實現分組交換數據的功能，保證了配電網自動化系統數據交互的快速性和實時性。這種分層型(即主站層、配電網子站層、站端層)的配電網自動化系統，各層功能相對獨立，對極端情況有健壯的適應性:配電網子站不僅具有當地所控制范圍站端設備的數據傳輸與上傳下達的功能，還具有故障診斷、隔離與非故障區域的恢復控制功能。當主站癱瘓或子站至主站通信中斷時，子站能繼續完成其通信管理、三遙、故障隔離與恢復、保存數據及事項的功能。

2.1 實施饋線自動化的技術原則

2.1.1 故障診斷流程。故障處理宜采用智能分布與集中控制相結合的方法。與傳統的重合閘方法相比，該方法故障處理方式更加靈活多樣，更加可靠，能夠根據電網結構、電網參數的改變，進行在線故障診斷的變化。對于各種線路故障，如瞬時故障、永久故障、同一環多次故障、多條線路同時故障等，都能夠在線處理。可以將故障處理對配電系統的沖擊和震蕩減到最小，避免了傳統故障隔離方法重復進行重合閘操作的諸多弊端。

三層方案的故障診斷流程可概括為:以配電終端為基礎的故障檢測;以配電網子站為中心的區域控制;以主站為管理中心的高層全局控制。其中，配電網子站負責處理所轄區域饋線終端的故障上報，查詢故障信息，分析故障位置及實現故障的當地隔離，且提供非故障區域的供電策略，實現恢復供電。當故障區域超出管轄區域或隔離不成功，配電網子站上報故障給主站，由主站協調各個子站進一步處理故障。

a.子站向主站及時上報故障信息及處理結果，使主站能全程監視故障處理過程。

b.當故障恢復及網絡重構需多個子站共同完成時，可由主站協調。

c.故障處理系統進行自動和人工2種干預方式。

d.在自動模式下，系統根據電網運行的拓撲狀態自動完成開關設備的操作，達到故障的診斷、隔離和恢復;在人工干預模式下，故障發生后，系統經過計算，提出多種恢復供電方案，由管理人員選擇某一方案并執行。

2.1.2 故障識別策略

a.故障類型、故障信號的識別由FTU完成。FTU采用高速采樣原理，采樣電流瞬時值，作為故障判別的依據。故障采樣頻率為32點/周。

b.當線路發生相間短路時，FTU會采樣到電流瞬變且超過電流限值，判斷出故障的發生。在故障發生的30ms(3/2周期)，即可判斷出故障。

c.單相接地故障判斷，必須依據零序分量才能有效。單相接地點的零序功率分量與正常運行時的零序功率分量相位相反，且非故障相電壓比故障相電壓升高≥1.5倍，根據這一特征，可判斷出單相接地故障的發生。

d.由于我國配電網多是中性點不接地或經消弧線圈接地，零序分量幅值相當小，因此，單相接地故障判斷的準確性相當低。

e.由于單相接地故障準確性低，因此，可以采用拉合開關的排除法找出單相接地故障。主站在程序設計上，具有開關操作序列提示的功能，以保證操作的正確性。

2.2 饋線自動化處理過程

2.2.1FTU/DTU的故障處理。饋線終端FTU/DTU實時分析采樣電流和電壓，判斷故障性質(瞬時性故障和永久性故障)、類型，故障數據錄波，故障信息上報等，并執行子站的故障處理控制命令。饋線終端在饋線自動化故障處理中充當檢測故障及故障處理執行機構的角色。

主站下發饋線終端檢測故障發生的各種特征量的整定值，如電流、電壓、零序功率等，饋線終端對采樣值與相應特征量進行比較，分析出故障發生的性質和類型，并考慮與變電站出口的速斷保護及后備保護配合，根據采樣電流，啟動不同的整定時間，以便達到與出口保護的協調。

2.2.2 配電網子站的故障處理。配電網自動化子站管理其轄區的柱上FTU、開閉所DTU等配電終端設備，完成數據集中與轉發的功能，以及區域內的故障診斷、隔離、恢復供電功能。

配電網子站不僅負責與變電站內RTU進行通信，采集站內數據，在允許對出口開關控制的情況下，負責變電站出線的恢復供電，而且負責處理所轄區域饋線終端(FTU，DTU)的故障上報、故障信息查詢、故障位置分析及實現故障的區域性隔離，當故障區域超出單個子站轄區范圍或隔離不成功，配電網子站上報故障給主站。當饋線終端檢測到瞬時性故障時，FTU/DTU僅上報事項給子站，子站上報事項給主站而沒有其他操作。當配電終端檢測到永久性故障時，立即上報故障給子站，配電網子站根據實時跟蹤的拓撲結構，判斷故障發生的位置，命令相應FTU，DTU操作對應的開關，實現故障隔離。

2.2.3 主站的故障處理。主站的故障處理主要有對FTU和DTU的故障參數管理，實現故障的高層隔離和恢復兩大功能。

FTU和DTU的各種整定值(電流、電壓、時間)及其他運行參數，均通過主站進行參數的維護。

當故障區域超出配電網子站管轄區域或隔離不成功，子站上報故障給主站，由主站協調各個子站，實施自動或手動故障隔離。隔離完畢之后，主站啟動故障恢復程序，實現自動恢復。人工干預恢復是系統分析網絡的實時遙測、遙信，提供恢復非故障區域供電的建議方案，并具有方案模擬預演的功能，如潮流分布、操作開關、失電線路等。確定采納方案后，可通過遙控實現故障的人工恢復。主站除實現故障控制外，還提供子站的故障診斷、隔離結果信息，包括故障類型、故障區域、故障期間電流大小。

故障診斷、隔離與恢復的功能應適合于各種配電網網架結構，設備擴充或電力網架結構修改后，其故障拓撲數學模型能自動更新，故障診斷、隔離與恢復的功能不受影響。

2.2.4 架空線路的故障處理。柱上FTU結合柱上開關與配電網子站或配電主站配合，完成10kV架空線路的故障檢測、診斷、故障區域隔離和非故障區域的正常供電。其中，故障檢測由柱上FTU完成;故障定位由子站與FTU共同完成;故障隔離、恢復由FTU配合子站或主站完成。

當兩條手拉手架空線的供電電源來自同一變電站，即所有分段開關(包括聯絡開關)均由同一配電網子站監控，則故障隔離和恢復可由該配電網子站完成。當兩條手拉手架空線的供電電源來自不同變電站，配電網子站A和配電網子站B分別負責監控其中一條架空線，聯絡開關由B監控，此時故障隔離由配電網子站完成，非故障區恢復供電則需由配電主站配合完成。

2.3FA過程的時間分配。整個故障處理自動化動作過程時間可分為6部分。

a.永久性故障的判別時間約3～5s。對于架空線路，故障發生后，經過變電站的保護動作及自動重合裝置的重合，若一次重合失敗，則確認線路發生永久性故障;對于電纜線路，若重合失敗(配置自動重合裝置)，則表明故障發生在主干線上(如前所述，分支線故障，在重合前完成故障隔離，將重合成功)。一次重合失敗后，系統配電網自動化功能啟動，檢測到故障電流的FTU開始主動上傳故障信息。

b.子站故障信息的收集時間，指子站收齊所有FTU的故障信息，包括變電站內的保護動作信息和出線開關跳閘信息。如果采用子站直接采集，則故障信息的收集時間為5～10s;如果變電站內信息由RTU轉發，則一般為10～15s(不同廠家的產品稍有差異)。

c.子站的故障定位時間約1s。

d.子站執行故障隔離時間2～6s。通常情況下隔離每個開關時間小于2s，隔離開關數通常為1～3個。

e.主站收到子站隔離報文，啟動故障恢復，進行過負荷校驗，計算網損，確定最佳恢復供電方案，共用時4～5s。

f .主站執行故障恢復時間2～6s。通常情況下恢復每個開關時間小于3s，恢復開關數通常為1～3個。

結束語。由于配電網采集和監控的信息要比調度能量管理系統大得多，而且由于設備或原始設計的缺陷，通過配電遠方終端單元采集的實時數據量和控制量一般不到全部配電網數據總量的10%。所以，應該依靠故障投訴管理、負荷管理、電量計費和用電營業管理等子系統收集的信息進一步彌補實時信息的不足，即加強與其他系統的數據共享，包括實時的、歷史的、參數的相關數據。

未來配電網技術的發展除了應保證供電質量，迅速確定故障部位，及時處理故障，恢復線路送電和降低網損外，還應不斷提高用戶的用電實時在線評判。

[1]李凌.饋線自動化相關技術及實踐研究[D].武漢大學，2004年.

[2]陳英.一種面保護饋線自動化的關鍵技術研究[D].西安科技大學，2006年.