考慮通信失效下集中-就地模式切換的低壓饋線自動化研究*

張明明，秦 平，陳永進，賀詩輝，王兆健

（1.廣東電網有限責任公司韶關供電局，廣東韶關 512026；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣州 510670）

0 引言

當前中壓及以上的配電網已基本實現了饋線自動化，即故障識別、定位、隔離與轉供電，而在低壓層級還有待進一步推廣[1-2]。饋線自動化技術能夠自動處理故障，借助通信還能協助運維人員快速找到并搶修故障線路，既能降低由故障引發事故擴大的概率，又能顯著提升運維檢修效率[3-5]，但其技術也存在一些問題。李振強等[6]指出饋線自動化系統會因通信鏈路過長而無法投運，同時，數據傳輸會摻雜著信號干擾而無法正常通信；郭建成等[7]指出由于受資金、技術所限，配電網通信質量相對較低，但饋線自動化功能的實現要求有較高的容錯性能。同樣，饋線自動化作為智能配電網的關鍵技術，如果低壓配電網要實現智能化，也將面臨著通信問題，且在偏遠地區更為突出[8]。

近年來，智能分布式饋線自動化成為研究熱點[9]。高孟友等[10]提出通過接力查詢的方法自動識別饋線拓撲結構和辨識聯絡開關位置，最大范圍實現非故障區域復電，但該分布式控制策略須嚴格配合對等通信，投資成本大，在點多面廣和不同類型供電區域的低壓配變臺區中較難大規模推廣使用。文獻[11]《配電網技術導則》明確要求配網自動化要采用集中型和就地型[12]，而饋線自動化是配電自動化系統的功能之一，也應盡可能遵循這一原則。同時，為服務低壓智能配電網戰略，低壓饋線自動化功能除了能優先提高供電可靠性，還要進一步增強臺區的智能化程度。

由于不同類型供電區域的投資標準和通信水平要求不同，而且還存在現場環境的影響，除了經濟性原則，推進饋線自動化在低壓智能配電網的建設需要在保證可靠性的前提下才能兼顧智能化。因此，本文提出集中式和就地式相結合的集中—就地一體化控制模式，兼顧了集中式能快速獲取并反饋全局故障信息和就地式切除故障不依賴通信的優點[13]。控制策略的實現將依托配變智能監控終端（TTU）判斷故障區段與下達開關動作指令，借助低壓智能終端（LTU）完成故障狀態識別并向開關傳遞動作指令，避免故障信息和動作指令因遠距離傳輸造成信號異常的問題。同時，一體化控制模式提供了就地式作為通信故障時的后備保護，有效解決偏遠地區因通信不穩定使集中式失效的問題。與單獨建設集中式或就地式相比，該模式更能體現經濟性原則，同時還能在保證可靠性前提下兼顧智能化，適用于配變臺區的大規模推廣與應用。

1 集中式低壓饋線自動化步驟

在集中式低壓饋線自動化中，TTU 可以與LTU 進行通信，能依靠通信鏈路接收來自LTU檢測到的故障狀態信息[14]。TTU 獲得臺區的全局故障信息后，根據所嵌入的故障識別算法，最終能夠完成低壓配電網的故障定位、隔離與轉供電。該方式通過TTU 實現配變臺區的故障處理自動化，無須遠距離接入配電自動化主站，降低了通信設施建設成本，且不需要通過多次重合來排除故障，提高了臺區智能化程度，滿足低壓用戶對低壓配電網智能化的要求。

圖1所示為集中式低壓饋線自動化聯絡模型，以F1故障發生為例，集中式將以通信的方式處理低壓配電網中的故障，最終目標是斷開K1、K2實現故障隔離，閉合Q1實現對非故障區域的轉供電，具體步驟如下。

圖1 集中式低壓饋線自動化聯絡模型

（1）故障識別：F1故障時，K1過流，K2、K3失壓，Q1一側失壓，與開關相連的LTU 將檢測到的故障狀態、開關狀態信息形成故障停電事件并上報給TTU，TTU 收到故障停電事件并進入算法處理。

（2）定位故障區間：TTU 在算法中預先設置開關等級，其次尋找過流與失壓的分界點，定位最靠近失壓的K1為上游須斷開的開關，最靠近過流的K2為下游須斷開的開關。

（3）故障上游開關動作過程：故障時，K1過流脫扣，經TTU 定位故障區間后，確定靠近故障上游的開關為K1，給K1下發斷開動作指令，K1等待上電跳閘。

（4）故障下游開關動作過程：故障時，K2（K3）失壓脫扣，已完成故障隔離，但TTU 定位故障區間后，確定K2為距離故障點最近的下游開關，將會給K2下達斷開指令（K3為合閘指令），等待上電后跳閘（K3合閘）。

（5）聯絡轉供電：TTU 判定Q1單側失壓且可以進行轉供電，給Q1下達合閘指令，經Q1合閘后，K2、K3將得電并執行TTU動作指令，完成對非故障區域的供電。

2 就地式低壓饋線自動化步驟

就地式與集中式不同，不需要進行通信，只需要LTU 與開關配合并通過內置算法便可以實現故障隔離與非故障區域復電。該方式雖然建設成本比集中式的低，但故障切除時間長，并且在故障處理過程會對用戶造成多次沖擊。因為無法與TTU 進行信息交互，無法監視開關及配電網運行狀態，難以滿足低壓配電網透明化的建設需求。

就地式饋線自動化的一次設備可選擇采用智能斷路器或負荷開關，前者可以直接切除短路電流，而負荷開關則須配合重合閘才能完成故障切除。本文以F1故障為例，繼續采用如圖1 所示模型（TTU 不作用），開關均采用斷路器，經故障隔離和恢復供電后，開關最終狀態為K1和K2斷開，K3、Q1閉合，具體的實現步驟如下。

（1）F1故障發生時，LTU 均檢測到故障并初始化為合閘狀態，K1過流脫扣，K2、K3失壓脫扣，Q1一側失壓。

（2）故障上游開關動作過程。LTU 檢測到K1單側有電，經T1延時且無異常后，K1根據LTU 初始化指令合閘，因故障發生在下游，在T2（T2

（3）故障下游開關動作過程。K2檢測到殘壓后脫扣并閉鎖合閘。

（4）聯絡轉供電。LTU 檢測Q1單側失壓且單側有電，經T3（T3>2L（T1+T2），L 為開關級數）延時且無異常后，Q1根據LTU 初始化指令合閘，并在T2內未檢測到過流故障，所以Q1保持合閘狀態且LTU保持合閘指令。

對于K3，LTU 檢測到單側有電，經T1延時且無異常后，K3根據LTU 初始化指令合閘，并在T2內未檢測到過流故障，所以K3保持合閘且LTU維持合閘指令。

3 通信故障處理

在集中式中，常存在通信鏈路異常、信號傳輸不穩定情況，顯著體現在偏遠的農村配變臺區[15-16]。當故障發生時，由于TTU 缺乏故障信息，會導致線路故障不能及時切除，從而引發配變臺區大范圍停電事故或短路燒毀配電設備。為了避免因通信故障使TTU 無法正常獲取LTU 的故障信息，本文采用心跳檢測的方法對TTU 與LTU 的通信進行診斷，解決因未及時檢測到通信問題而導致低壓配網的故障處理機制失效情形。

本文所應用的心跳檢測是以TTU 為主設備，LTU 為從設備，為了判斷兩者間的通信是否正常，TTU將定時向LTU發送心跳檢測包，并判斷返回的標志位。如果通信正常，LTU將接收到心跳檢測包，解析成功后向TTU 返回解析成功標志位；如果異常，LTU在固定時間內無法收到心跳檢測包，TTU也無法收到解析成功標志位。因此，通過心跳檢測試驗，TTU 能判斷LTU 是否失聯并根據程序作出處理，LTU 也能夠檢測到與TTU 失聯，從而切換成就地模式，轉向執行就地控制策略。

4 集中-就地一體化控制流程

經過對集中式與就地式在低壓故障處理自動化技術的研究，本文結合配變臺區的實際情況，綜合考慮臺區可靠性、經濟性與智能化原則，融合集中與就地2種模式，形成集中-就地一體化控制模式。該模式既能滿足臺區智能化建設要求，可快速進行故障定位、隔離與復電；又能克服集中式在通信故障場景下失效的問題，滿足保護所要求的可靠性；同時，只需通過LTU 便可使低壓饋線自動化實現從集中到就地的模式切換。與單獨配置集中式或就地式相比，集中-就地一體化控制模式兼顧兩者的優勢，更能體現出經濟性原則。

本文提出的集中-就地一體化控制模式需要LTU、TTU配合智能塑殼斷路器使用，能夠實現基于本地電氣量感知的故障狀態獲取功能、響應配變智能監控終端的故障處理自動化功能和通信故障下充當后備保護的離線故障處理自動化功能。具體的控制流程如圖2所示。

5 結束語

本文提出集中-就地一體化控制模式，并給出了具體的控制流程，該模式能夠自動進行故障識別、隔離和轉供電，并推送故障信息到運維平臺，實現智能化運維；同時，在通信失效情況下模式能夠自動轉化為就地模式切除故障并完成轉供電，進一步增強臺區的供電可靠性；與單獨配置集中式或就地式相比，該模式更能體現經濟性原則，適用于在配變臺區中推廣與應用。

圖2 集中-就地一體化控制流程