10 kV配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)研究與應(yīng)用

趙 召

（陜西省地方電力（集團）有限公司咸陽供電分公司，陜西 咸陽 712000）

0 引 言

咸陽北部屬于黃土高原半干旱區(qū)，供電方式以10 kV配網(wǎng)為主。受地形和氣候的影響，線路故障發(fā)生率較高。目前，10 kV線路保護配置相對簡單，普遍以三段式電流保護為主[1]。由于10 kV配網(wǎng)線路長度較短，線路不同位置處的短路電流差異不大，使得三段式電流保護門檻值整定困難，保護可靠性得不到保障，易引發(fā)事故擴大停電范圍。為了解決10 kV配網(wǎng)線路保護可靠性不足的問題，咸陽供電分公司引入饋線自動化系統(tǒng)作為現(xiàn)有保護系統(tǒng)的補充措施，通過與現(xiàn)有保護系統(tǒng)的密切配合，能夠快速鎖定故障位置。饋線終端根據(jù)系統(tǒng)控制策略遙控斷開或者閉合相應(yīng)的分段開關(guān)，實現(xiàn)線路故障區(qū)段的自主隔離，并快速恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。饋線自動化系統(tǒng)投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，各項功能指標均滿足技術(shù)要求，極大地提升了電網(wǎng)的智能化管理水平。

1 饋線自動化系統(tǒng)

圖1為饋線自動化（Feeder Automation，F(xiàn)A）系統(tǒng)架構(gòu)圖，主要由配網(wǎng)主站、饋線終端、分段開關(guān)和變電站出線開關(guān)等部分構(gòu)成[2]。

圖1 饋線自動化系統(tǒng)架構(gòu)

分段開關(guān)：將配網(wǎng)線路分割為多個區(qū)段，便于故障的定位與隔離，可以縮小故障停電范圍。為了簡化10 kV配網(wǎng)線路保護系統(tǒng)，提高投資的經(jīng)濟型，分段開關(guān)不配備保護裝置，但具備遠程控制功能。

變電站出線開關(guān)：配備保護裝置，可以在配網(wǎng)線路故障時快速切除故障。

饋線終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）：負責采集所有分段開關(guān)的故障過電流信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至配網(wǎng)主站，并作為FA控制策略的執(zhí)行機構(gòu)，控制相應(yīng)分段開關(guān)斷開或閉合。

配網(wǎng)主站：FA系統(tǒng)的核心組成部分，接收FTU上傳的分段開關(guān)故障過電流信息，根據(jù)故障信息選擇合適的FA控制策略。

通信網(wǎng)絡(luò)：提供饋線終端FTU與配網(wǎng)主站之間信息交互的通道，目前采用運營商無線數(shù)據(jù)專網(wǎng)。

聯(lián)絡(luò)開關(guān)：負責不同配網(wǎng)線路之間連接，正常運行時聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于“斷開”狀態(tài)，不配備保護裝置。

1.1 控制模式

根據(jù)控制原理的不同，現(xiàn)有FA系統(tǒng)主要分為就地式FA系統(tǒng)、集中式FA系統(tǒng)以及分布式FA系統(tǒng)[3]。就地式FA系統(tǒng)不依賴通信，結(jié)構(gòu)簡單，投資少，適用于結(jié)構(gòu)簡單的架空線路，但無法用于電纜線路。集中式FA系統(tǒng)利用通信系統(tǒng)可實現(xiàn)對配網(wǎng)線路的全天候遠程監(jiān)視，適用于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的架空線路或者電纜線路。分布式FA系統(tǒng)故障處理速度極快，對通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力要求非常高，需要投入大量資金。綜合考慮投資經(jīng)濟性原則和未來電力技術(shù)的發(fā)展趨勢，結(jié)合工作實際，咸陽供電分公司采用集中式FA系統(tǒng)。

1.2 工作原理

下面以圖1中k點發(fā)生相間短路故障為例，介紹集中式FA系統(tǒng)的工作原理。

配網(wǎng)線路發(fā)生故障后，變電站出線開關(guān)CX1保護動作后跳閘，若出線開關(guān)CX1重合閘成功，判定為瞬時性故障，系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。若重合閘失敗，判定為永久性故障，F(xiàn)A系統(tǒng)啟動。由于饋線終端FTU1兩次檢測到故障過電流信號，而FTU2未檢測到故障過電流信號，判定故障點位于分段開關(guān)FD1與FD2之間。配網(wǎng)主站遙控跳開FD1與FD2，實現(xiàn)故障的隔離，隨后遙控閉合出線開關(guān)CX1和聯(lián)絡(luò)開關(guān)FD3，恢復(fù)非故障區(qū)段（CX1與FD1之間、FD2與聯(lián)絡(luò)開關(guān)FD3之間）的供電。

為了確保分支線路發(fā)生故障后，保護能夠第一時間動作，避免故障停電范圍的擴大，實現(xiàn)就地隔離故障的目的，要求分支線路開關(guān)保護投入。此外，針對10 kV長線路，因變電站出線開關(guān)保護范圍不夠而加裝分段開關(guān)，要求分段開關(guān)保護投入。除以上情形外，其余分段開關(guān)只設(shè)置過流告警信號，不出口跳閘，重合閘退出。故障發(fā)生后，分段開關(guān)FTU向主站發(fā)送故障告警信號，作為FA系統(tǒng)制定控制策略的主要依據(jù)。

為了確保FA系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，需要滿足圖-庫-模完全對應(yīng)，即現(xiàn)場設(shè)備安裝位置與自動化系統(tǒng)單線圖對應(yīng)、自動化系統(tǒng)單線圖與網(wǎng)絡(luò)拓撲建模對應(yīng)、終端IP地址與數(shù)據(jù)庫設(shè)置參數(shù)對應(yīng)。

2 控制要求

按照公司有關(guān)技術(shù)標準和管理要求，在10 kV配網(wǎng)FA系統(tǒng)控制策略制定以及應(yīng)用過程中，需要遵守以下幾條原則。

（1）FA控制策略部署在配網(wǎng)主站，達到啟動條件后，主站將FA控制策略轉(zhuǎn)發(fā)至工作站執(zhí)行。工作站將執(zhí)行過的FA系統(tǒng)控制策略存儲于歷史數(shù)據(jù)庫中，主站根據(jù)需要可隨時調(diào)取查看記錄。

（2）縣公司生產(chǎn)技術(shù)部按照線路當前運行方式制定FA控制策略，主管領(lǐng)導(dǎo)審核簽字后提交市公司調(diào)控中心統(tǒng)一管理。縣公司按照相關(guān)要求向調(diào)控中心提交保護定值的配置與計算資料，保護專責負責保護定值計算。

（3）縣公司根據(jù)FA控制策略和保護定值的實際應(yīng)用效果，提出對FA控制策略及保護定值的修改建議。后期因網(wǎng)改等情況造成線路運行方式的改變，要提前考慮對FA控制策略及保護定值進行修訂，確保FA控制策略始終與電網(wǎng)實際運行方式相符合。

（4）在編制FA控制策略時，要求控制策略覆蓋線路所有位置的故障，不能有遺漏。

3 案例分析

3.1 單線圖

圖2為119坳橋線-135南宮線單線圖，為手拉手供電線路，10 kV 119坳橋線由110 kV太村變引出，10 kV 135南宮線由35 kV職田變引出。正常運行時，135南宮線66#桿聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于斷開狀態(tài)。下面介紹119坳橋線的FA控制策略，系統(tǒng)啟動條件設(shè)置在出線開關(guān)CX1上。

圖2 119坳橋線-135南宮線單線圖

3.2 控制策略

119坳橋線發(fā)生相間短路故障后，出線開關(guān)CX1保護動作后跳閘。若出線開關(guān)CX1重合閘成功，判定為瞬時性故障，F(xiàn)A系統(tǒng)不啟動；若重合閘失敗，判斷為永久性故障，F(xiàn)A系統(tǒng)啟動。

（1）當永久性故障k1發(fā)生在出線開關(guān)CX1與119坳橋線30#桿分段開關(guān)之間。119坳橋線出線開關(guān)CX1跳閘，由于分段開關(guān)無過流告警信號，故障定位在出線開關(guān)CX1與30#桿之間。FA控制策略：提示拉開119坳橋線30#桿分段開關(guān)隔離故障，然后遙控合上135南宮線66#桿聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)段（119坳橋線30#桿分段開關(guān)與135南宮線66號桿聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間）供電，并通知運維班巡視故障線路區(qū)段，完成FA控制策略。

（2）當永久性故障k2發(fā)生在119坳橋線30#桿分段開關(guān)與135南宮線66#桿分段開關(guān)之間。119坳橋線出線開關(guān)CX1跳閘，119坳橋線30#桿分段開關(guān)發(fā)出過流告警信號，系統(tǒng)定位故障在119坳橋線30#桿分段開關(guān)與135南宮線66#桿之間。FA控制策略：提示拉開119坳橋線30#桿分段開關(guān)隔離故障，然后遙控合上119坳橋線出線開關(guān)CX1，恢復(fù)非故障區(qū)段（出線開關(guān)CX1與119坳橋線30#桿分段開關(guān)之間）供電，并通知運維班巡視故障線路區(qū)段，完成FA控制策略。

此外，當配網(wǎng)線路故障指示器發(fā)出短路告警信號但FTU無相應(yīng)告警信息時，為了避免故障停電范圍的擴大，應(yīng)使用負控采集系統(tǒng)對相應(yīng)區(qū)段內(nèi)配變臺區(qū)信息進行查證。當發(fā)現(xiàn)10 kV配網(wǎng)線路故障后，要求縣調(diào)在接到市調(diào)通知后30 min內(nèi)，利用FA系統(tǒng)快速隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。

4 結(jié) 論

為了落實公司高質(zhì)量發(fā)展的理念，提高10 kV配網(wǎng)運行維護管理水平，咸陽供電分公司結(jié)合自身工作實際，建立集中式FA系統(tǒng)，通過與現(xiàn)有保護系統(tǒng)的密切配合，能夠快速鎖定故障位置。FTU根據(jù)FA控制策略控制分段開關(guān)的通斷，完成故障區(qū)段的隔離和恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。運行實踐表明，F(xiàn)A系統(tǒng)可以減少故障停電檢修時間，提高運維人員故障巡線的效率，減輕人員工作強度，減少停電給用戶帶來的經(jīng)濟損失。