饋線自動化仿真平臺設計

具 浩 賈宏偉 楊世民 黎建樂

（ 1、廣東電網有限責任公司培訓與評價中心，廣東 廣州510520 2、廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞523000）

配電自動化是實現供電安全、優質、經濟等要求的關鍵。饋線自動化系統是配電自動化的重要組成部分, 主要用于饋線故障自動定位、自動隔離和非故障區自動恢復供電。其中饋線是指任意配網節點相連接的支路, 饋線故障是指饋線發生的相間故障或接地故障。電力行業的設備在投入運行之前,需要通過嚴格的檢測。而一直以來,對于饋線自動化系統的檢測、處理饋線故障功能的測試往往是通過在現場長期的運行過程中執行。這樣既不符合電力設備投運檢測要求, 也不利于及時發現和處理系統缺陷。實際上,因為測試手段的缺乏,在目前已經投運的配電網運行現場中,大部分的饋線自動化功能并沒有投入運行,只是使用其簡單的數據采集以及故障檢測等基礎功能。

1 系統設計

本文參考饋線自動化的原理，搭建了一套饋線自動化的仿真系統。實現有壓定值采集動作、無壓定值采集動作、得電壓延時合閘動作、失電壓延時分閘動作。其意義在于模擬單電源供電、多電源供電且各電源中性點保護接地方式不同的復雜配電網架。基于斷口繼電器研發了一種銀合金材質的模擬斷路器，提供兩組觸點并適用于AC220V 電壓，可拉斷電流1A。其意義在于有效模擬了配網線路中的斷路器開關動作分合后，線路的實際運行方式。在每組終端測控單元后設置故障量輸入口，在測控單元上方設置故障分合指示燈。其意義在于直觀全面了解故障動作效果，實現故障點在線路首、末、主干、分支等位置時定值配置方案有效性。在結構上，以DAL203 控制終端為核心建立饋線自動化系統；以軟件控制模擬斷路器為核心建立故障仿真系統。

將饋線故障類型進行分類，根據故障類型進行控制策略的設計。以不同的負荷切入和切出系統、設備可靠性的模擬以仿真各種故障類型。軟件控制繼電器以實現各種故障點和故障策略。常見的饋線故障類型主要包括瞬時故障、永久故障，其又可細分為相間短路故障、單點接地故障、多點接地故障等。從設備可靠性的角度出發也可以引出一系列的故障類型，如開關本體拒動導致的故障越級、定值整定差錯引起的拒動等，以上的常見故障都要求饋線自動化系統能夠正確判斷且無誤動。

圖1 饋線自動化仿真平臺柜體圖

2 饋線自動化仿真模塊

本文設計整個饋線自動化仿真系統仿真雙電源饋線自動化網絡，所有設計采用模塊化設計，可根據需要增加或減少線段，也可調整結構。整個電路將運行方式進行分類，每種運行方式對應著相應的電壓和電流閥值。在DAL203 控制終端里根據饋線自動化類型和負荷電路的各種電壓電流閥值進行設置。在相應的母線段接上相應的負荷電路就會產生相應的電壓電流值，進而觸發DAL203 控制終端產生相應的動作。

整個電路主要包括，兩組電源模塊（三相），多段分段母線，多組DAL203 控制終端，模擬斷路器，負荷模擬電路和負荷控制電路。兩組三相電源用來仿真雙電源的情況。每個DAL203 控制一組模擬斷路器，用于斷開和連接多段母線。每段母線上設有負荷模擬電路，用于仿真正常負荷和多種故障情況。負荷控制電路用于將不同的負荷連接到相應的仿真母線，或從相應的仿真母線上斷開。其中DAL203 測控單元適用于10kV 及以下電壓等級環網柜間隔單元的保護測控，具備完善、量制通信監視等功能，與斷路器、負荷開關配合為10kV 及以下等級的線路饋出提供保護。

兩組三相電源用于仿真雙電源的情況。DAL203 是對電壓信號進行采集，因此終端本身的功耗非常小。所以整個電路的主要功耗取決于負荷電路和故障點的數量。本文的電源電路設計如圖。三相信號可由SA4828 或AD9834 等芯片電路產生。信號調節電路主要是控制功率放大電路的輸入信號大小及濾波作用。功率放大電路可采用LM3886 等低成本的功率放大芯片。直流電源需要包括正負24V 及正12V 兩組。為了控制整個電源模塊的體積和考慮到功率放大模塊的輸出，升壓變壓器采用15V/220V 的升壓變壓器。由此，為了得到相電壓57.7V，功率放大電路的輸出電壓約為有效值4V。

圖2 電源模塊設計示意圖

3 故障仿真模塊

正常情況下電壓（電流）信號的采集通過電壓（電流）互感器，本文采用一次運行母線模擬方法。通過直連或較低變壓比例的變壓器代替電壓互感器以采集電壓信號，電壓母線直接做成電壓互感器的二次輸出值，即相電壓57.7V（線電壓100V）。母線上的電流信號的大小取決于負荷電路，同時母線上的各種運行狀態也都要在電流上有所體現。正常情況下電流的檢測通過電流互感器，將大電流變成小電流。本文中采用降壓變壓器連接仿真母線和負荷，這樣做的好處在于仿真母線功耗不大的情況下可以得到明顯的電流信號響應。負荷根據仿真的母線的運行情況分類進行連接。例如正常運行狀態，相間短路，相對地短接等。所有的負荷和仿真母線之間采用繼電器連接，由繼電器的通斷來控制負荷類型的連接，即故障模式的設定。所有的繼電器由軟件或負荷控制電路統一控制。每個DAL203 的信號檢測都包括電源側和負荷側，電壓電流信號和DAL203 的連接方式如圖所示。負荷電路中的小電阻，對應的是故障電流，故障是否發生由此電阻連接的繼電器開關控制。每組都設有三個是負荷電阻，對應的是正常電流。

圖3 配網故障仿真模塊硬件設計示意圖

4 總結和展望

傳統的測試方法主要采用繼電保護儀與若干配電終端配合成饋線網絡,使用繼電保護儀注入故障電流生成饋線故障,由測試人員人工觀察以檢查饋線自動化系統的功能實現情況。此種測試方法成本較高,并且效率比較低,只能進行有限的故障測試。且在電氣連接的邏輯上與真實的配電網差別太大。本文設計的仿真系統是模擬了真實配網的結構，前后電氣節點在邏輯上與真實的電網基本是相同的。如果只是驗證饋線自動化的方案策略或用于培訓，可將信號電路中的電壓電流值按等比例縮小使用，以此來提高安全性。如果要驗證檢測終端的功能則可以采用接近真實的電壓電流及功率信號。