基于不同接線模式的饋線自動化實現方式

王文博，馮 光，李珊珊，趙興亮，嚴 俊，劉 弢

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，鄭州 450052；2．天津天大求實電力新技術股份有限公司，天津 300384）

基于不同接線模式的饋線自動化實現方式

王文博1，馮 光1，李珊珊1，趙興亮2，嚴 俊2，劉 弢2

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，鄭州 450052；2．天津天大求實電力新技術股份有限公司，天津 300384）

饋線自動化的實現與網架結構、開關設備等關系密切。為實現10 kV配電網饋線自動化，提高配網運行安全性、可靠性和經濟性，明確不同供電區域的饋線自動化的建設模式，進行了本次研究工作。文中介紹了饋線自動化配置原理及各種模式的優缺點，專門研究不同電網結構下每個分段和聯絡開關實現的饋線自動化功能和采用的通訊方式，通過對不同接線模式下饋線自動化對可靠性的提升程度、所需的投資和帶來的效益等進行分析，來指導未來10 kV配網饋線自動化建設。

接線模式；饋線自動化；實現方式；供電可靠性；效益分析

配電自動化的核心之一是饋線自動化，饋線自動化的實現與網架結構、開關設備等關系密切。饋線自動化的核心是故障檢測、故障診斷、故障隔離以及非故障區域的供電恢復。實現饋線自動化是提高配電網供電可靠性，減少供電損失的重要保證，也是當下配網建設與改造的工作重點[1，2]。

目前，國內的電力系統體系已經形成了一種相對比較固定的分配模式，包括發電、輸電、配電以及用電4個主要環節。配電是輸電與用電兩個環節的中間連接樞紐，對于整個電網有著非常重要的作用，主要涉及配電網管理系統。該系統以自動化設備為基礎，結合計算機、自動控制和通信技術的運用，實現對配電網實施在線或者離線監控管理，確保配電網可靠、優質和高效的運行。其中饋線自動化系統是整個配電管理系統中的重要環節之一[3]。

現階段我國城市和農村建設速度較快，必須有完善的饋線自動化配置體系才能適應我國電網建設與改造的發展。饋線自動化技術的應用對減少停電面積、縮短停電時間、提高供電質量、降低線損、提高配電設備的利用率、延緩電力設備的投資進度、提高電力企業的經濟效益和工作效率、提高電力企業的服務水平等都具有十分重要的意義。

本文經過對不同供電區域的典型接線模式下的饋線自動化的配置方案進行可靠性分析和計算，論證其效果。并在可靠性計算結果的基礎上，對各個供電區的典型電網接線模式采用各種饋線自動化模式后帶來的經濟效益的提升進行了分析和計算。

1 饋線自動化簡介

國內外的饋線自動化建設模式大致可分為故障定位系統[1]、就地式饋線自動化[1]、集中式饋線自動化3類。

1.1 故障定位系統

故障指示器是指安裝在架空線、電力電纜、箱式變電站、環網柜或電纜分支箱，用于指示故障電流流通的裝置，能夠實時監測線路的運行狀態和故障發生的地點，如送電、停電、接地、過電流等。

當線路運行狀態發生變化或者線路發生故障時，線路上從變電站出口到故障點的所有故障指示器均翻牌或者閃光指示，而故障點后的故障指示器不動作，這可有效縮短故障查找時間，提高供電可靠性。

1.2 就地式饋線自動化

就地式饋線自動化指不依賴配電自動化主站，由配電終端或現場自動化裝置協同實現故障定位、故障隔離和恢復非故障區域供電的饋線自動化實現方式，目前有重合器和智能分布式兩種。

1）重合器方式

在故障發生時，通過線路開關間的邏輯配合，利用重合器實現線路故障的就地識別、隔離和非故障線路恢復供電。目前典型的重合器方式饋線自動化模式存在重合器和電壓-時間型分段器配合模式、重合器和過流脈沖計數型分段器配合模式、重合器和重合器配合模式3種[4]。

2）智能分布式

通過配電終端之間的故障處理邏輯，實現故障隔離和非故障區域恢復供電，可根據需要將故障處理的結果上報給配電主站。配電主站和子站可不參與處理過程。智能分布式的就地式饋線自動化是在重合器方式的就地式饋線自動化的基礎上，增加局部光纖通信，使得環網內的各FTU互相交互信息，在故障后秒級的時間內直接跳開離故障點最近的兩側開關，變電站出線開關不需要跳閘，使得停電區域最小，同時聯絡開關自動合閘轉供。在保護通道故障時，可自動轉為重合器方式的就地式饋線自動化工作模式。該模式可靠性高可應用于供電可靠性要求高的骨干網絡。

1.3 集中式饋線自動化

集中式饋線自動化由變電站出線斷路器、各柱上負荷開關、饋線監控終端、通信網絡、配電主站組成，如圖1所示。每個開關或環網柜的饋線監控終端要與配電主站通信，故障隔離操作由配電主站以遙控方式集中控制。

圖1 集中式控制型饋線自動化示意Fig.1 Diagram of centralized control type feeder automation

該控制模式由于采用計算機和通信技術，可避免饋線出線開關多次重合，能準確快速定位和隔離故障，且隔離故障的時間不受線路距離、線路分段數影響，實施集中控制，有可能按照最優經濟方案恢復供電。此外，正常情況可以實現SCADA功能，實時監視饋線運行工況，具備遙信、遙測、遙調功能，滿足正常的操作需要[6]。具體可采用全自動和半自動兩種實現方式。

2 不同接線模式饋線自動化配置方法

2.1 供電區劃分及接線模式選擇

根據國家電網公司最新公司企業標準《配電網規劃設計技術導則》，規定國網區域供電區域劃分為6類，如表1所示。

表1 供電區域劃分標準Tab.1 Standard of power supply area

導則給出不同的供電區域線路架設/鋪設方式，并規定了不同區域的組網方式，如表2所示。

2.2 各種饋線自動化模式的比較

表3給出了各種饋線自動化模式的比較。

表3 各種饋線自動化模式的比較Tab.3 Comparison of feeder automation mode

2.3 饋線自動化的配置方式

2.3.1 故障點分析

故障定位系統的安裝位置與線路最常發生故障的位置有關。

（1）電纜線路的最常見的故障可劃分為：設備和安裝工藝不良、敷設方式和環境不理想、人為破壞、運行條件不良、地理環境的影響等，最常出現故障的位置是電纜接頭處或電纜終端頭處等。

（2）架空線路完全暴露在外界環境中，所以架空線路的故障一般受外界因素導致，包括外界環境和自然災害等，架空線路的故障點在全線的發生概率理論上是均等的。

2.3.2 線路合理分段數分析

通過饋線自動化技術提高供電可靠性的效果與饋線分段數目有密切的關系，饋線自動化的實現必須依靠線路分段才能實現可靠率的提高。線路分段的數量以多少比較恰當，需要專門進行研究和分析。

1）輻射形網絡

假設配電線路先后發生兩次故障，不考慮倒閘時間，并且在兩次故障的恢復時間相同的情況下，不同分段數線路投資和可靠性指標見圖2。

圖2 輻射網絡分段數與停電戶數關系圖Fig.2 Diagram of radiation segments and the outage number

由圖2可以看出，在3分段和4分段時減少的停電時戶數的效果分別達到33.00%和37.50%，而從多于4段到20分段的時候，所起的效果并沒有因為分段數的增加而大幅度的增加。

通過計算分析可以得到最多的分段所起的效果不大于50%，4分段以上的效果也只是得到37.50%～50%之間的效果。所以，對于輻射形的配電線路網絡自動化動作分段開關的數量不應過多，應當控制在4個分段以內為好。

2）環形網絡

同樣在不考慮倒閘時間，并且在兩次故障的恢復時間相同的情況下環形網絡的不同分段數線路投資和可靠性指標見圖3。

由圖3分析，在3分段和4分段時減少的停電時戶數的效果分別達到83.33%和87.50%，而從多于4段到20分段時，所起的效果并沒有因為分段數的增加而大幅度的增加。

通過計算，可以得到大于4分段的效果也只是得到87.5%～100%之間的效果。所以，對于環形的配電線路網絡自動化動作分段開關的數量不應當過多，應當控制在4個分段以內為好。

圖3 環網分段數與停電戶數關系圖Fig.3 Relationship between ring segments and the outage number

總而言之，饋線上面的分段數量不是越多越好，需要通過計算，并結合電網的特點，進行分析電網需要達到的水平，來確定采用分段的數量。

2.3.3 饋線自動化對一次網架需求分析

在進行配電自動化建設及改造時需要考慮一次網架對于自動化設備安裝的限制和要求。饋線自動化的實施對一次網架的要求見表4。

表4 饋線自動化的實施對一次網架的要求Tab.4 Requirements for a grid of feeder automation

2.3.4 不同接線模式饋線自動化實現方式

饋線自動化在不同供電區和不同接線模式下，可以采用多種實現方式[4，5]。

1）饋線自動化技術應用的供電區域及接線模式

（1）故障定位系統可以用于表1中的A類、B類、C類、D類、E類供電區的電纜線路和架空線路的全部接線模式。

（2）重合器系統使用的供電區和接線模式。

①重合器和電壓-時間型分段器配合模式的饋線自動化系統可用于A類、B類、C類、D類、E類供電區的電纜線路和架空線路的全部接線模式；

②重合器和過電流脈沖計數型分段器配合模式的饋線自動化系統可以用于C類、D類、E類供電區的架空單輻射線路；

③重合器和重合器配合模式的饋線自動化的饋線自動化系統可以用于C類、D類、E類供電區的架空單輻射線路。

（3）智能分布式饋線自動化和集中式饋線自動化系統使用的供電區和接線模式。

智能分布式饋線自動化和集中式饋線自動化在實現功能時都需要配合通信實施饋線自動化的功能。通信通道可以根據需要選擇，在只需要一遙和兩遙的地區使用GSM/GPRS無線通信，在需要三遙的地區使用光纖通信。智能分布式饋線自動化和集中式饋線自動化均能實現三遙功能，采用光纖通信方式。

①智能分布式饋線自動化系統可用于A類、B類、C類、D類供電區的電纜雙環式、單環式、雙射式、N供一備線路和架空多分段適度聯絡線路；

②集中式饋線自動化系統使用的供電區和接線模式可以用于A類、B類、C類、D類、E類供電區的電纜雙環式、單環式、雙射式、N供一備線路和架空多分段適度聯絡線路。

2）不同饋線自動化實現方式分析

本文中以A類地區電纜單環網和架空多分段兩聯絡為例進行分析。

（1）電纜單環網饋線自動化實現方式。

全電纜線路按每段安裝一組進行考慮，安裝位置原則上要求在線路上正常運行方式下的電源側，如圖4中A、B、C、D、E、F、G節點。

圖4 單環網故障定位系統圖Fig.4 Diagram of fault location system of single ring

線路出口位置分別放置一個重合器，將環網柜中的進線和出線的開關都配置成分段器，如圖5所示。

集中式饋線自動化方案對一次網架結構及開關設備都有一定的要求，例如線路要合理使用分段?？煽啃砸蟾叩膱龊喜捎铆h網供電方式，中壓電網具體的聯絡方式留有一定的備用容量[6]。見圖6所示。

出口斷路器和各個分段開關和聯絡開關均配置具有保護功能的FTU，終端需要配置不間斷電源，可以由FTU中的蓄電池提供，具有獨立儲能回路的開關，其儲能電源可以采用由PT提供的交流220 V。開關類型可以為負荷開關或斷路器。通信系統采用高效可靠的通信系統，一般采用光纖通信方式。

圖5 單環網線路重合器和電壓-時間型分段器配合模式Fig.5 Diagram of recloser and voltage-time sectionalizer system of single ring

圖6 單環網集中式饋線自動化系統Fig.6 Diagram of centralized feeder automation system

（2）架空多分段兩聯絡自動化實現方式。

架空主干線分段開關處，應在分段開關負荷側安裝一組短路故障指示器；線路上沒有任何分段，距離超過2 000 m的，應在適當位置安裝故障指示器，原則上至少2 000 m安裝一組，如圖7所示B節點。

架空分支線路有支線控制開關的，應在開關后段安裝一組。沒有支線控制開關且支線長度超過500 m的，應在支線與主干連接處安裝一組，如圖7所示C、D節點。

架空線路引落電纜處，當該電纜為線路聯絡電纜時，必須在兩側電纜頭處分別安裝一組，如圖7所示的A、E、F、G節點。

出口開關采用重合器，分段開關采用電壓-時間型分段器，個數可以按照線路合理分段數來確定，一般情況線路分段數以3段或4段為合適，則主干線路上的電壓-時間型分段器的個數為2個或3個，支線裝設一個電壓-時間型分段器，如圖8所示。

圖7 兩聯絡故障定位系統Fig.7 Diagram of fault location system

圖8 兩聯絡重合器和電壓-時間型分段器配合模式Fig.8 Diagram of recloser and voltage-time sectionalizer system

出口斷路器和各個分段開關和聯絡開關或者各個環網柜均配置具有保護功能的FTU。需要上級主（子）站、通信系統、測控終端的相互配合完成。開關類型可以為負荷開關或短路器。通信系統采用高效可靠的通信系統，一般采用光纖通信方式，如圖9所示。

圖9 智能分布式饋線自動化系統Fig.9 Diagram of intelligent distributed automation system

3 不同接線模式饋線自動化可靠性分析

隨著社會與經濟的發展，用戶對供電可靠性的期望值越來越高，因此在采用饋線自動化模式后的可靠性將作為實施自動化重要效果進行分析。下面同樣以電纜單環網和架空多分段兩聯絡為典型進行分析）。

3.1 可靠性計算方法

計算各種典型網絡結構的可靠性指標可采用狀態空間法。該方法首先通過建立各個元件的運行狀態馬爾可夫狀態模型，構建典型網絡的狀態空間。進而，根據網絡結構，分析狀態空間中每個狀態下系統的停電狀態、停電時間、缺供電量等參數。最后根據各個狀態的轉移概率綜合得到系統的可靠性指標[7]。

3.2 可靠性計算的基本參數

對選取線路參數和饋線自動化模式參數進行逐一設定。如果線路上沒有任何饋線自動化設備，若線路上發生永久性故障，對搶修人員趕到故障點的時間和查找故障的時間進行設定，各種饋線自動化模式的隔離故障并恢復故障的時間不同，對該時間進行設定。

3.3 可靠性計算結果分析

在不同接線模式線采用故障定位系統、重合器方式的饋線自動化、智能分布式饋線自動化、集中式饋線自動化對線路的供電可靠率的提升程度均不同[8]，并呈現逐級增大的效果，如表5所示。

表5 可靠性計算結果Tab.5 Calculation results of reliability

重合器方式饋線自動化、智能分布式饋線自動化、集中式饋線自動化可將線路的可靠率提升到4個9以上，該種模式可在投資充裕的A類和B類供電區推廣。

故障定位系統可將線路可靠率提升到3個9以上，該種建設模式建議在投資有限的C類、D類和E類供電區使用。

4 不同接線模式饋線自動化效益分析

4.1 經濟效益分析基本方法

4.1.1 分析思路

以本文的不同接線模式的可靠性計算結果為邊界條件，計算單回線路可靠性提升的增售電量所帶來的經濟效益，計算可靠性提升的增售電量對經濟的拉動作用帶來的社會效益。

4.1.2 計算公式

1）經濟效益計算公式

（1）用戶平均停電小時數=（1-供電可靠率/ 100）×全年小時數。

（2）采用各種饋線自動化系統后一年內線路比無任何饋線自動化設備用戶平均增售電量=用戶平均停電負荷×用戶平均停電小時數。

（3）收益=增售電量×平均售電價。

2）社會效益計算公式

（1）每度電對工農業生產總值的貢獻值=某地區工農業生產總值/該地區當年的售電量。

（2）采用饋線自動化一年內對工農業生產總值的貢獻值=每度電對工農業生產總值的貢獻值×增售電量。

4.2 經濟效益計算結果

典型電網結構模式的單回線路采用各種饋線自動化模式的投資和一年內的增售電量產生的收益，如表6所示。

表6 經濟效益計算結果Tab.6 Calculation results of economic benefits

采用各種饋線自動化模式的投資不同，但投資較多的饋線自動化模式所帶來的經濟效益也較大。在選擇饋線自動化模式時建議按照實際資金情況與可靠性要求目標相結合考慮選擇饋線自動化模式。

4.3 社會效益分析

電力企業作為關系國家能源安全和國民經濟命脈的國有重要骨干企業，不但要注重自身經濟效益，還要更加注重社會效益，承擔更多社會責任，下面從對地區經濟拉動方面分析采用饋線自動化對社會效益的促進作用。

根據對經濟效益分析可知，采用單回線路采用饋線自動化設備一年內會有相應的增售電量，以每度電對工農業生產總值的貢獻值5.48元估算，對社會總體經濟效益如表7所示。

采用饋線自動化技術后對社會總體經濟效益是十分可觀，意義深遠。此外，建設完善的饋線自動化體系，可以提高客戶服務水平，可有效提升政府和老百姓對電力行業的滿意程度，樹立良好的社會形象。

表7 社會效益計算結果表Tab.7 Calculation results of social benefits

5 結語

饋線自動化系統建設是一項投資大、周期長、系統集成多的綜合工程，本文從供電分區、接線模式入手分析饋線自動化實現方式，并結合可靠性、經濟效益和社會效益分析，以投資效益作為約束條件分析不同區域不同接線模式在不同饋線自動化實現方式下帶來的效果，最終給出饋線自動化建設的相關建議。

[1]劉劍（Liu Jian）.10 kV配電網饋線自動化發展與現狀分析（Analysis on the development and present situation of 10 kV distribution feeder automation）[J].企業技術開發 （Technological Development of Enterprise），2010，29 （11）：50-52.

[2]朱壽斌，周仁華（Zhu Shoubin，Zhou Renhua）.饋線自動化技術及其應用（Feeder automation technology and its application）[J].電力自動化設備（Electric Power Automation Equipment），1999，19（2）：34-36.

[3]徐丙垠（Xu Bingyin）.饋線自動化技術（Feeder automation）[J].電網技術（Power System Technology），1998，22 （22）：54-60.

[4]李楊（Li Yang）.饋線自動化的開關布點分析（The analysis of switch of feeder automation distribution）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），1998，10（4）：17-21，34.

[5]郭謀發，楊耿杰，黃建業，等（Guo Moufa，Yang Gengjie，Huang Jianye，et al）.配電網饋線故障區段定位系統（Feeder fault section location system in distribution network）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2011，23（2）：18-23.

[6]宋友文，廖偉炎（Song Youwen，Liao Weiyan）.基于智能開關的廣州10 kV架空饋線自動化新模式（The new automation model of Guangzhou 10 kV overhead feeder based on intelligent switch）[J].四川電力技術（Sichuan Electric Power Technology），2012，35（5）：46-50.

[7]任震，鄒兵勇，萬官泉，等（Ren Zhen，Zou Bingyong，Wan Guanquan，et al）.考慮饋線自動化的用戶停電時間計算（Calculation of customer′s interrupt time considering feeder automation）[J].電力系統及其自動化學報（Proceedings of the CSU-EPSA），2005，17（3）：42-46.

[8]劉健，崔建中，顧海勇（Liu Jian，Cui Jianzhong，Gu Haiyong）.一組適合于農網的新穎饋線自動化方案（A novel feeder automation scheme for rural distribution systems）[J].電力系統自動化（Automation of Electric Power Systems），2005，29（11）：82-86.

Realization of Feeder Automation Based on Different Connection Mode

WANG Wen-bo1，FENG Guang1，LI Shan-shan1，ZHAO Xing-liang2，YAN Jun2，LIU Tao2
（1.State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou 450052，China；2.Tianjin Tianda Qiushi Electric Power High Technology Co．，Ltd．，Tianjin 300384，China）

The realization of feeder automation is related to grid structure and switch gear.In order to achieve feeder automation of 10 kV distribution network to improve operation safety，reliability and economic efficiency，this research is carried out to discuss different feeder automation modes in different power supply zones.First，this paper introduces the principle，advantages and disadvantages of feeder automation mode.Second，the functions and communication mode of feeder automation realized by each segment and contact switch in different grid structure.At last，through the analysis of cost-effectiveness and reliability，the development of feeder automation of 10 kV distribution network can be directed.

connection mode；feeder automation；realization way；power distribution reliability；benefit analysis

TM743

A

1003-8930（2013）06-0072-07

王文博（1986—），女，工程師，主要從事配電網及供電可靠性相關研究工作。Email：wangwenbo623@163.com

2013-05-08；

2013-07-23

國家電網公司2012年科技項目（EPRIPDKJ[2012]3223）

馮 光（1984—），男，工程師，主要從事配電網及供電可靠性相關研究工作。Email：290736383@qq.com

李珊珊（1983—），女，工程師，主要從事智能配電網及配電網自動化相關研究工作。Email：lishanshan@ha.sgcc.com.cn