智能配網在縣配電網中的應用

舒 偉

(嵩明供電有限公司，云南 昆明 651700)

1 前言

某縣配網Ⅰ～Ⅵ回線路為雙變電站供電，實現了Ⅰ～Ⅵ回線路之間的互聯，即縣城Ⅰ回線路實現“三分段二聯絡”的接線方式，而Ⅱ～Ⅴ回線路則全部實現“多分段三聯絡”的接線方式，因而構成了非常完整的10kV配電網絡，為智能配網建設創造了良好基礎。

2 常規配網自動化技術的不足

2.1 難以應用微機維護

線路均為多分段多聯絡方式，由多回電源供電，運行方式和潮流復雜，使得常規的微機保護難以應用。

1)由于10kV電流保護依賴延時實現保護的選擇性，多分段線路保護的串聯級數過多導致某些故障的切除時間偏長，影響設備安全。

2)運行方式改變導致潮流方向改變，保護定值難以整定。

3)由于城網中大量的短饋線、T接線、雙T接線，環型接線等復雜接線，線路保護整定配合困難。因此在城網中，若采用常規微機保護技術和設備，就只能將整條線路視為一個單元，在變電站出線斷路器或線路首端斷路器配置保護，而分段、聯絡斷路器難以配置保護。當線路故障時，需將整條線路切除，導致保護范圍過大，保護的選擇性較差。

同時，由于中壓保護裝置一般為非三相式保護，對于單相接地故障不能快速識別切除。城網屬于小電流接地系統，即中性點不接地或者經消弧線圈、電阻接地。發生單相接地故障時，接地電流很小，常規微機保護裝置難以準確快速地切除，并且故障查找困難。

2.2 保護與控制分離

實現線路分段、增加電源點是提高供電可靠性的基礎，為提高供電可靠性，需要對線路實現快速的故障隔離和非故障區負荷轉供，這是配網自動化系統的主要作用。但是，線路分段、聯絡斷路器難以配置常規的微機保護，使得配網自動化系統與微機保護裝置脫節，需要在線路首端保護動作后才能由配網自動化系統實施故障隔離和非故障區負荷轉供的控制。目前主要有兩種方式:

1)FTU方式:線路故障時，在線路首端保護跳閘后，由各個分段、聯絡斷路器配置的FTU向配網自動化主站發送故障信息，由主站分析判斷故障位置，以主站遙控方式將故障區域周邊線路開關跳閘，實現故障隔離，確認后遙控合閘首端斷路器和相應的聯絡開關，恢復非故障區供電。通常在幾十秒的時間內實現故障隔離，在幾分鐘內實現恢復供電。

2)重合器方式:采用重合器與分段器的配合，在線路故障時，依照預定的延時和順序進行多次重合后，可將故障點自動限制在一個區段內，但不能實現負荷轉供。相對于傳統的微機電流保護有較大的優勢。但缺點是故障隔離的時間較長，多次重合對系統產生沖擊，并且變電站出線的速斷保護延時過長，對變電站運行產生影響。

上述兩種方式都存在故障保護、故障隔離和負荷轉供三個環節難以統一的問題，三個環節難以協同動作、快速實施，并都會導致非故障區域停電和多次沖擊，不利于提高供電可靠性和電能質量。

2.3 配網自動化孤島

由于10kV配電線路只在首端配置電流保護，供電區域內的故障都將導致整個區域停電，因而分支線采用分界斷路器，它的主要作用是:在運行中自動斷開分支線(用戶側)相間短路故障和接地故障，以保障分支線故障不影響主干線的運行。

目前分界斷路器一般仍游離于配網自動化體系之外，通常帶有通信功能，多采用GPRS等公網通信，受通道限制，通信僅只起到向主站通報故障信息的作用，暫未能與配網自動化系統協同控制，從而成為新的自動化“孤島”

同時，分界斷路器的保護整定與線路首端保護之間也只能采用延時配合，可靠性尚有不足，越級跳閘問題難以從根本上解決。

3 智能電網技術優勢

3.1 標準體系

IEC61850標準是基于通用網絡通信平臺的變電站自動化系統唯一國際標準。規定系統內的智能電子設備(IED，測控單元和繼電保護)均采用統一的協議，通過網絡進行信息交換。

IEC61850－9－2具有對象建模、抽象通信服務接口、采樣值發送和接收、可與GOOSE通信共網等特點。

3.2 GOOSE通信

面向通用對象的變電站事件(GOOSE－－－Generic Object Oriented Substation Event)是IEC 61850標準中用于滿足智能系統快速報文需求的機制。

GOOSE通信是一種實時應用報文，主要傳送實時性很強的間隔閉鎖和跳閘信號，可以快速反應電力系統故障和異常工作狀態，并可靠的切除故障元件。另外，GOOSE消息還包含數據有效性檢查和消息的丟失、檢查、重發機制，以保證通信的可靠性。

智能系統采用IEC61850 GOOSE通信標準，利用快速以太網特性，通過GOOSE實現保護之間信息交換和監控間隔聯閉鎖功能，與保護系統統一建模、統一組網，共享統一的信息平臺，提高二次系統的安全性、可靠性。

4 智能系統的主要特征

基于IEC 61850標準體系智能系統的主要優勢:一次設備智能化、二次設備網絡化、數據交換標準化、設備檢修狀態化、管理運維自動化。

基于IEC61850標準體系和GOOSE高速高可靠通信，實現跨間隔協同保護、流程化自動控制成為智能系統的主要特征。

4.1 跨間隔協同保護

智能故障定位:在系統轄內(如配電網、廠站內部)建立區域優化保護的概念，故障發生時，利用GOOSE通信機制的高速和高可靠性，智能裝置之間高速橫向通信、智能分析，在速斷保護允許時延內完成故障定位。

防越級跳閘:故障時，先行啟動快速智能故障定位，按預定規則針對性跳閘，防止越級跳閘，提高保護的選擇性。

分布式保護:基于智能裝置之間的高速通信、協同配合，分布式實現集中類保護功能，如故障錄波、小電流接地選線等。

4.2 程序化自動控制

自動倒閘操作:“一鍵”實現整個倒閘操作的全過程自動閉環控制。

智能網絡重構:在系統轄內實現快速的故障隔離、負荷轉供，恢復非故障區域的供電。

智能減載聯切:根據實際運行負荷和電源供電余量，在可能過載時，按照預案快速切除部分次要負荷，保障重要負荷供電。

5 智能配網系統應用實例

將智能電網相關技術引入配網自動化領域，針對某電網實際進行配網智能化改造，探索縣城智能配電網建設的模式，以Ⅳ回線為例，見圖1。

圖1 嵩明縣城網接線圖

5.1 防越級跳的智能網絡保護

隨著用戶對供電可靠性要求的提高，需要解決線路故障時保護動作的選擇性，從而一次性地實現故障切除與故障隔離。需要在線路的分段、聯絡斷路器上都配置保護裝置，并且各個保護裝置利用快速通信協同動作，共同實現有選擇性的故障隔離。

智能網絡保護系統是將就地保護和遠方保護相結合，系統基于GOOSE通信，當線路出現故障時，線路主干線首端、分段、聯絡斷路器等相關串聯保護智能模塊間基于GOOSE高速橫向通信，在電流速斷保護允許的時限內實現高速故障定位，閉鎖上游保護，僅故障點在保護范圍內的智能模塊速斷動作，切除故障點，防止越級跳閘導致擴大故障停電范圍，從而構成一個區域配電網的網絡化智能保護系統。基于網絡化智能保護技術的智能配網，具有快速定位故障點，就地處理故障，減少系統沖擊，迅速恢復供電等優點。

當G1位置發生故障時，K1、K2、K3均流過故障電流，若K1、K2、K3斷路器均配置保護，則因定值難以整定而易導致越級跳閘，因而常規配網自動化方式只在K1斷路器配置保護，K1保護跳閘后，主站遙控K3、K4分閘隔離故障，然后遙控K1合閘送電，從而導致K1～K3間非故障區域停電，且難以快速恢復供電。如果采用智能網絡保護系統，K1、K2、K3斷路器配置的保護裝置基于GOOSE高速橫向通信實現高速故障定位，僅由K3斷路器速斷保護跳閘，防止越級跳閘擴大故障區域，同時隔離故障，保障K1～K3間非故障區域不停電，不受故障影響。

5.2 智能化分界斷路器

分界斷路器與主干線的FTU采用相同的技術和設備，一同通過光纜通信，不僅可實現分支線和用戶專線的“三遙”監控和電量采集(可選功能)，而且同樣納入一體化的網絡保護、故障隔離、負荷轉供等快速自動控制。

如圖1所示，當 G2位置發生故障時，K1、K2、K3、K4、K7均流過故障電流，各斷路器配置的保護裝置通信，協同實現高速故障定位，僅由K7斷路器速斷保護跳閘，防止越級跳閘，同時隔離故障，主干線不停電，不受故障影響。

5.3 帶智能聯切的快速網絡重構

由于智能網絡保護是基于快速故障定位，而不是基于保護定值配合，因而能夠實現配網運行方式變化時保護系統自動匹配，從而不需要在運行方式發生變化時重新整定保護定值，使得網絡重構能夠自動、快速實現。

如圖1所示，當G1位置發生故障時，K3斷路器速斷保護跳閘，同時相關各斷路器配置的智能裝置基于GOOSE高速橫向通信，確定故障區域G1的邊界斷路器如K4也同步分閘，實現對故障區域的快速隔離。

確認隔離狀態后，根據預先設置的預案，①K5合閘，石塘變供電;②K5、K8合閘，K6分閘，由Ⅴ回線供電;③K5、K9合閘，K6分閘，由Ⅲ回線供電。自動在這三回供電路徑中選擇最優路徑，快速恢復對K4～K5區域的供電，實現負荷轉供。根據實際運行負荷，如果這三回供電路徑均不能對K4～K5區域全額供電，則根據預案選擇某回供電路徑，并自動將該路徑所供負荷中的部分一般負荷切除，以保障不過載，然后實施網絡重構控制，保障該回供電路徑下重要負荷的供電，從而實現智能化的快速網絡重構。

5.4 快速的智能保電控制

智能配網系統以強大的UNIX主站預案管理機制為后盾，以硬件層高速高可靠的GOOSE通信為支撐，將整個城網作為一個整體，在變電站、開閉所、配電線路等發生故障時，各開關配置的智能裝置根據預案自動控制開關分合，實現快速網絡重構，以保障重要負荷供電。

5.5 一體化的輸配供運維管理

由于智能配網系統能夠將配電網的首端、分段、聯絡、分支、分界等節點的環網柜、柱上斷路器以及用戶供電網絡的開閉所、配電室等統一納入管理，除實現網絡保護、故障隔離、負荷轉供等故障時的自動化功能之外，同時也實現整個配電網絡正常運行的連續、實時“三遙”監控，因而構成統一的信息平臺。

因此，除實現配電網的故障快速定位、快速隔離、最優化恢復功能之外，利用配電網統一信息平臺，采用分層集中模式，通過配電網智能保護裝置將配電網運行信息、保護故障信息和故障定位信息集成上送主站端，實現對配電網運行情況的有效監測和控制。

6 結束語

采用智能配網系統，能夠有效解決常規微機保護、常規配網自動化系統在配電網中應用的不足，能夠有效提高配電網運行的安全性，提高供電可靠性和供電質量。因而智能配網系統是將來微網建設的重要基礎，是提高需求側管理水平的有效技術手段，是智能電網的重要組成部分。

［1］何光宇、孫英云.智能電網基礎［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］龔靜.配電網綜合自動化技術［M］.北京:機械工業出版社，2008.

［3］秦立軍、馬其燕.智能配電網及其關鍵技術［M］.北京:中國電力出版社，2010.