基于順序檢測(cè)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別研究

曹成帥，趙允貴，王太國(guó)，陳灝琦

（煙臺(tái)科大正信電氣有限公司山東煙臺(tái)264000）

基于順序檢測(cè)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別研究

曹成帥，趙允貴，王太國(guó)，陳灝琦

（煙臺(tái)科大正信電氣有限公司山東煙臺(tái)264000）

針對(duì)故障區(qū)段定位及隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電的需求，在介紹了智能分布式FA的控制原理和實(shí)現(xiàn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于智能終端“順序檢測(cè)”的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別方法。通過(guò)配置配電智能終端的局域拓?fù)湫畔ⅲ瑥亩谥悄芙K端“順序檢測(cè)”下，快速的識(shí)別出饋線(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最后聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的開(kāi)關(guān)位置信息和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息識(shí)別出來(lái)。這種方法使得配電網(wǎng)對(duì)故障的處理速度和供電恢復(fù)時(shí)間都大幅度減小，且此控制方法具有較強(qiáng)的通用性，適用于不同的供電運(yùn)行方式。

故障區(qū)段；隔離；智能終端；順序檢測(cè)；聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)

隨著人們對(duì)電力越來(lái)越依賴(lài)，如何提高供電可靠性成為現(xiàn)階段的主要任務(wù)，而智能電網(wǎng)因能滿(mǎn)足供電可靠性的要求漸漸走進(jìn)公眾的生活[1-5]。統(tǒng)計(jì)某地區(qū)10月份中低壓用戶(hù)平均供電可靠率為99.7816%，平均停電時(shí)間為2.62h/戶(hù)，考慮到中國(guó)供電可靠性統(tǒng)計(jì)只是以公共配電變壓器作為一個(gè)“用戶(hù)”等因素，因此實(shí)際的供電可靠性可能比公布的指標(biāo)還要低[6-10]。配電自動(dòng)化作為一種重要的配電網(wǎng)故障自愈控制技術(shù)，能夠避免或減少中低壓配電線(xiàn)路故障給用戶(hù)帶來(lái)的停電損失，在配電自動(dòng)化技術(shù)中具有舉足輕重的地位[10-15]。

在分布式FA控制原理及實(shí)現(xiàn)模型的基礎(chǔ)上，提出了基于“順序檢測(cè)”的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別方法，并通過(guò)對(duì)等信息系統(tǒng)收集相鄰開(kāi)關(guān)的故障信息，獨(dú)立進(jìn)行邏輯判斷，并判斷出故障區(qū)域，就地發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)快速可靠且高效的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 分布式FA系統(tǒng)的構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)模式

1.1 分布式FA系統(tǒng)的構(gòu)成

一般來(lái)說(shuō)，分布式FA系統(tǒng)由3部分組成，包括智能終端單元（STU）、對(duì)等通信系統(tǒng)和配電自動(dòng)化主站。

1）智能終端單元：分布式FA系統(tǒng)的主要部件是智能終端單元（STU），分布式FA系統(tǒng)中的饋線(xiàn)監(jiān)控終端不僅支持分布式控制應(yīng)用，而且還能夠?qū)Φ冉粨Q信息，為區(qū)別于常規(guī)的饋線(xiàn)監(jiān)控終端（FTU），所以稱(chēng)作智能終端單元。它的主要功能有檢測(cè)短路故障、通信、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制和分布式智能控制。

2）對(duì)等通信系統(tǒng)：在分布式FA系統(tǒng)中，其配電線(xiàn)路上的STU和位于控制中心的配電主站都是通過(guò)對(duì)等通信系統(tǒng)連接的。在國(guó)內(nèi)配電發(fā)展初期，應(yīng)用最多的為電力載波、光纖Moderm環(huán)網(wǎng)等串行通信方式，而對(duì)于各個(gè)終端之間的數(shù)據(jù)對(duì)等交換是不支持的。現(xiàn)階段對(duì)于分布式FA有更高的要求，不僅要求STU之間實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)等交換，而且還要滿(mǎn)足快速性的要求。配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，對(duì)于線(xiàn)路檢測(cè)信息的上傳和配電主站配置及下達(dá)的控制命令都由對(duì)等通信系統(tǒng)完成，以實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的“三遙”功能，即遙測(cè)、遙信和遙控；而在饋線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)STU與STU之間的對(duì)等通信也起到保障的作用，實(shí)現(xiàn)了STU的分布式FLISR操作，并將STU分布式故障處理過(guò)程及最終處理結(jié)果上傳到配電主站。

3）配電自動(dòng)化主站：在分布式FA系統(tǒng)中，配電自動(dòng)化主站主要負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)自STU配電網(wǎng)中運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并處理，根據(jù)處理得到的結(jié)果再向STU下達(dá)各種故障發(fā)生的特征量的整定值，還能提供較為友好的供配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控界面，從而完成更多的高級(jí)應(yīng)用。由以上敘述可知，對(duì)于分布式FLISR配電自動(dòng)化主站不直接參與操作，它只接收STU最終的FLISR處理結(jié)果。

1.2 實(shí)現(xiàn)模式

分布式FA系統(tǒng)的主要功能包括：定位故障區(qū)段、隔離故障和快速恢復(fù)供電等，發(fā)出控制命令的STU稱(chēng)之為主控STU。分布式FA根據(jù)其控制方法的不同可分為協(xié)同型和代理型兩種實(shí)現(xiàn)模式。

協(xié)同型分布式FA系統(tǒng)，有多個(gè)STU共同參與決策，協(xié)同完成配電線(xiàn)路分布式FLISR操作。同一供電環(huán)路相鄰的STU間的對(duì)等通信是通過(guò)STU自帶分布式故障處理邏輯實(shí)現(xiàn)的，最終達(dá)到定位故障區(qū)段、隔離決策與控制和非故障線(xiàn)路的供電恢復(fù)決策與控制等目的。代理型分布式FA系統(tǒng)，只有一個(gè)主控STU完成全部的功能，包括定位故障區(qū)段、隔離故障和恢復(fù)供電等，它和集中型FA主站的作用相同，為便于管理與維護(hù)，一般選擇變電站出口斷路器（電源開(kāi)關(guān)）處的STU作為代理終端。

2 工作原理

對(duì)于配電網(wǎng)饋線(xiàn)上包括的開(kāi)關(guān)設(shè)備，主要有柱上開(kāi)關(guān)、變電站出口斷路器和環(huán)網(wǎng)柜等，而環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)線(xiàn)和出現(xiàn)開(kāi)關(guān)數(shù)都不確定。不同的開(kāi)關(guān)種類(lèi)對(duì)于故障的處理方式也不同，為了設(shè)計(jì)分布式FLISR算法，需對(duì)饋線(xiàn)上出現(xiàn)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行詳細(xì)的分類(lèi)，電纜環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路如圖1所示。

圖1 電纜環(huán)網(wǎng)分布式FA系統(tǒng)

由饋線(xiàn)上開(kāi)關(guān)位置和功能的不同，將開(kāi)關(guān)分為三類(lèi)，分別為電源開(kāi)關(guān)USB1和SB2；干線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)K11、K12、K21、K22、K31、K32、K41和K42，其中K32為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，處于“常開(kāi)”狀態(tài)；支線(xiàn)開(kāi)關(guān)K13、K23、K33和K43。

2.1 定位故障區(qū)段及隔離原理

圖1中，當(dāng)故障發(fā)生在1點(diǎn)時(shí)，其故障電流流過(guò)電源開(kāi)關(guān)USB1，也同時(shí)流過(guò)相鄰的干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K11，由此可判斷和電源開(kāi)關(guān)相鄰的區(qū)段沒(méi)有出現(xiàn)故障；當(dāng)故障電流流過(guò)干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K11和K12時(shí)，干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K21和K12相鄰，并且故障電流流過(guò)，由此可判斷在支線(xiàn)開(kāi)關(guān)K12和K21之間的區(qū)段有故障，所以隔離故障應(yīng)該控制干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K12和K21跳閘。當(dāng)故障發(fā)生在2點(diǎn)時(shí)，故障電流流過(guò)支線(xiàn)開(kāi)關(guān)K23，則命令直接發(fā)送給支線(xiàn)開(kāi)關(guān)K23，K23跳閘隔離故障。

2.2 非故障線(xiàn)路供電恢復(fù)

由2.1節(jié)完成故障隔離后，對(duì)于沒(méi)有發(fā)生故障的線(xiàn)路，即故障點(diǎn)的上游，則由電源開(kāi)關(guān)合閘恢復(fù)供電。其具體過(guò)程：當(dāng)某一區(qū)段的故障成功隔離后，由電源開(kāi)關(guān)處的STU進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如果表明故障不在電源開(kāi)關(guān)的相鄰區(qū)段上，就對(duì)電源開(kāi)關(guān)發(fā)送指令合閘，從而達(dá)到上游非故障區(qū)段恢復(fù)供電的目的。而對(duì)于故障點(diǎn)下游的非故障線(xiàn)路恢復(fù)供電，需要通過(guò)調(diào)整干線(xiàn)開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，使配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變來(lái)恢復(fù)供電。若饋線(xiàn)干線(xiàn)上是發(fā)生故障的區(qū)段，并且還不是和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)相鄰的區(qū)段時(shí)，這時(shí)給聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)發(fā)送指令控制其合閘，從而達(dá)到恢復(fù)故障點(diǎn)下游非故障線(xiàn)路供電的目的。

以圖1為例講述恢復(fù)非故障區(qū)供電的過(guò)程，當(dāng)故障發(fā)生在1點(diǎn)時(shí)，由于故障發(fā)生的區(qū)段和電源開(kāi)關(guān)USB1不相鄰，將故障隔離后，向電源開(kāi)關(guān)USB1發(fā)送指令使其合閘來(lái)恢復(fù)故障點(diǎn)上游非故障區(qū)段供電；又因?yàn)槭歉删€(xiàn)上的故障區(qū)段，并且和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K32不相鄰，則需要將K32合閘來(lái)達(dá)到恢復(fù)故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段供電的目的。當(dāng)故障發(fā)生在2點(diǎn)時(shí)，其故障點(diǎn)上游非故障區(qū)恢復(fù)供電的方式和故障發(fā)生在1點(diǎn)時(shí)相同；而此時(shí)發(fā)生故障區(qū)段位于支線(xiàn)上，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)K32的合閘操作對(duì)故障點(diǎn)下游的非故障區(qū)段恢復(fù)供電不起作用，所以不進(jìn)行合閘操作。

3 聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別方法

在正常運(yùn)行的分布式FA系統(tǒng)中，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)始終處于“分閘”狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的兩側(cè)都帶電，如果其中一側(cè)發(fā)生故障，經(jīng)檢測(cè)后將故障隔離，則故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段的恢復(fù)供電由聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的合閘來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，還要考慮饋線(xiàn)的運(yùn)行方式是否發(fā)生了變化，若發(fā)生了改變，其聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的位置也會(huì)隨之發(fā)生變化，就需要重新識(shí)別聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的位置。

剛開(kāi)始識(shí)別聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置主要還是依靠人工識(shí)別的方法，但是考慮到工作量大且需要在配置前運(yùn)行FA系統(tǒng)，已不適合發(fā)展需要；后來(lái)漸漸的通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)兩側(cè)的電壓來(lái)自動(dòng)識(shí)別聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的位置，即當(dāng)檢測(cè)到兩側(cè)都有電壓時(shí)，就說(shuō)明此開(kāi)關(guān)為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，而這一方法需要大量的電壓互感器，經(jīng)濟(jì)性不高，難以投入大規(guī)模運(yùn)行。

本文介紹的分布式FA系統(tǒng)的STU擁有對(duì)等通信、獲取相鄰STU的測(cè)量信息和下一級(jí)相鄰STU的IP地址信息等功能，它能依照順序檢測(cè)變電站出口斷路器和各個(gè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的STU，這種用對(duì)等通信方式依次檢測(cè)每個(gè)STU信息的方式稱(chēng)為STU的“順序檢測(cè)”。通過(guò)這種方式可以自動(dòng)識(shí)別饋線(xiàn)不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而自動(dòng)識(shí)別聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的位置信息。

3.1 定義STU開(kāi)關(guān)信息

饋線(xiàn)上每個(gè)STU都定義其唯一的IP地址，以圖1為例，分別定義為 STU1、STU2、STU3、STU4、STU5和STU6，一個(gè)STU可以監(jiān)控一個(gè)或同一環(huán)網(wǎng)柜的多個(gè)開(kāi)關(guān)，對(duì)每一個(gè)STU配置其對(duì)應(yīng)的信息表，所有STU的IP地址定義和配置信息如表1所示。

表1 配置STU信息

3.2 自動(dòng)識(shí)別聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)步驟

結(jié)合圖1和表1，描述基于“順序檢測(cè)”的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別的方法與步驟：

1）當(dāng)STU4檢測(cè)到干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32處于“分閘”狀態(tài)時(shí)，即刻發(fā)起順序檢測(cè)。

2）順序檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)先檢測(cè)干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32左側(cè)饋線(xiàn)上的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由表1的配置信息可知左側(cè)為干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K31，此時(shí)K31處于“合閘”狀態(tài)。依照此順序接著往K31的左側(cè)進(jìn)行檢測(cè)，即STU3依次檢測(cè)干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K22和K21的分合狀態(tài)，把檢測(cè)結(jié)果返給STU4，再將STU4的命令傳遞給STU2，STU2將干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K11和K12的分合狀態(tài)再返給STU4，并繼續(xù)向STU1傳遞檢測(cè)命令，STU1再將電源開(kāi)關(guān)USB1的分合狀態(tài)返給STU4，USB1作為電源開(kāi)關(guān)不再接著傳遞檢測(cè)命令。STU1、STU2和STU3傳遞給STU4信息后，就已經(jīng)識(shí)別出自己和電源開(kāi)關(guān)USB1的拓?fù)潢P(guān)系。

3）用同樣的方法識(shí)別出聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和右側(cè)電源開(kāi)關(guān)USB2的拓?fù)潢P(guān)系。

4）由上述步驟檢測(cè)到干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32左右兩側(cè)的干線(xiàn)開(kāi)關(guān)和電源開(kāi)關(guān)都處于“合閘”狀態(tài)，所以判斷出干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，其饋線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別拓?fù)鋱D

若干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32和其右側(cè)的電源開(kāi)關(guān)USB2均處于“分閘”狀態(tài)，所以自動(dòng)判斷出干線(xiàn)開(kāi)關(guān)K32不是聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，不能通過(guò)其進(jìn)行非故障區(qū)段的恢復(fù)供電，STU4通過(guò)“順序檢測(cè)”獲得如圖3所示的饋線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3 實(shí)時(shí)饋線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

針對(duì)故障區(qū)段的定位及隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電的需求，提出了基于“順序檢測(cè)”實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)識(shí)別的方法，配置各個(gè)STU監(jiān)控開(kāi)關(guān)的IP地址和對(duì)應(yīng)信息，借助對(duì)等通信的技術(shù)手段，STU順序檢測(cè)饋線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)開(kāi)關(guān)信息及開(kāi)關(guān)位置信息來(lái)識(shí)別出聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置，識(shí)別方法簡(jiǎn)單、可靠，能夠適應(yīng)配電線(xiàn)路拓?fù)渥兓臓顩r，而不需要加裝大量的電壓互感器，經(jīng)濟(jì)性較好，在工程中較為容易實(shí)現(xiàn)。

[1]張磐，凌萬(wàn)水，劉東，等.饋線(xiàn)自動(dòng)化功能的遞進(jìn)式測(cè)試方法及可靠性保障機(jī)制研究[J].供用電，2015，32（3）:42-46.

[2]孫杰，劉順桂，朱正國(guó)，等.智能配網(wǎng)中智能分布式FA的應(yīng)用分析[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015，23（12）:163-165.

[3]徐丙垠，李天友.配電自動(dòng)化若干問(wèn)題的探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（9）:81-86.

[4]周磊，呂東.智能電網(wǎng)中智能分布式FA的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（23）:16-17.

[5]高孟友.智能配電網(wǎng)分布式饋線(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2016.

[6]李林，郭晉楠，張少雷，等.配電自動(dòng)化分布式FA聯(lián)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的研究[J].電測(cè)與儀表，2013，50（11）:123-128.

[7]Shu Hong chun，WangXu，XiaQi，etal.A Fault Location Method of Traveling Wave for Distribution Network with only Two-Phase Current TransformerUsing ArtificialNeutralNetwork[J].2010 3rd International Congress on Image and Signal Processing（CISP2010），2010（1），3:2942-2945.

[8]凌萬(wàn)水，劉東，路一鳴，等.基于IEC 61580的智能分布式饋線(xiàn)自動(dòng)化模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（6）:90-95.

[9]李天友，徐丙垠.智能配電網(wǎng)自愈功能與評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（22）:105-108.

[10]唐文博.10KV配電網(wǎng)故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與定位研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013.

[11]劉健，程紅麗，張志華.配電自動(dòng)化系統(tǒng)中配電終端配置數(shù)量規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（12）:44-50.

[12]包金龍.一種支持智能分布式FA功能的配電終端的研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2013.

[13]馬秉偉，張杰明，綦孝文.智能分布式FA在配網(wǎng)自愈上的應(yīng)用研究[J].貴州電力技術(shù)，2013，16（12）:58-59.

[14]周恒俊，郭創(chuàng)新.面向智能配電網(wǎng)的能量管理體系結(jié)構(gòu)[J].高電壓技術(shù)，2010（8）:2088-2094.

[15]賈浩帥，鄭濤，趙萍，等.基于故障區(qū)域搜索的配電網(wǎng)故障定位算法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（17）:62-66.

Research on automatic identification of contact switches based on sequential detection

CAO Cheng?shuai，ZHAO Yun?gui，WANG Tai?guo，CHEN Hao?qi
（Yantai Zhengxin Electric Co.Ltd，Yantai264000，China）

According to the location and isolation of fault section and non-fault restoration of power de?mand，based on introducing the principle of distributed intelligent control and realization method of FA，proposes a method for automatic identification of contact switch intelligent terminal based on sequential detection.The local topology information distribution of intelligent terminals，resulting in the intelligent terminalquot;sequence detectionquot;，identify the topology of feeder speed，contact switch position last accord?ing to the detected switch position information and switch state information identification.In this way，the processing speed and power supply recovery time of the distribution network are greatly reduced，and the control method is more universal and applicable to different power supply operation modes.

fault section；isolation；intelligent terminal；sequential detection；contact switch

TN99

A

1674-6236（2017）22-0093-04

2016-09-19稿件編號(hào)：201609170

曹成帥（1990—），男，山東菏澤人，碩士。研究方向：配電自動(dòng)化設(shè)備研究、新能源發(fā)電及并網(wǎng)技術(shù)研究。