淺談幾種饋線自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

勝利石油管理局有限公司電力分公司 劉玉林

電能是國民經(jīng)濟(jì)的主要能源方式，國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活質(zhì)量的改善越來越離不開電力。因此，保證供電可靠性、不間斷地向電力用戶供電成為電力運(yùn)行部門最重要的考核指標(biāo)之一。但在實(shí)際工作中，各種人為或自然因素造成的線路故障時(shí)刻影響著供電的可靠性，給電力運(yùn)行部門正常工作帶來很大的困難。傳統(tǒng)的三段式保護(hù)存在上下級(jí)保護(hù)配合困難、容易越級(jí)跳閘等問題，饋線自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)為快速隔離故障、恢復(fù)非故障區(qū)間的供電帶來可靠的技術(shù)支持，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛[1]。

1 主站集中型饋線自動(dòng)化技術(shù)

主站集中型饋線自動(dòng)化技術(shù)指的是由主站與配電終端間相互配合，實(shí)現(xiàn)配電線路的故障定位、故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)間供電的饋線自動(dòng)化處理模式。此方案要求主站、饋線終端、通訊系統(tǒng)均已建設(shè)完畢并運(yùn)行完好，任何一方面出現(xiàn)故障都將導(dǎo)致饋線自動(dòng)化功能的失敗。線路上的一次設(shè)備可以是斷路器或負(fù)荷開關(guān)，饋線終端需是具備無線或光纖通信功能的三遙動(dòng)作型饋線終端。

當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，各饋線終端通過通訊系統(tǒng)將采集到的線路信息上傳到主站，此時(shí)主站只起到監(jiān)測(cè)作用。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)前端的饋線終端采集到故障信息，通過通訊系統(tǒng)上傳到主站。主站接收到故障信息后通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龃_定故障位置，然后下發(fā)遙控命令分開故障點(diǎn)兩端的開關(guān)、合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的隔離和恢復(fù)非故障區(qū)間的供電。

圖1 案例1

案例分析：

如圖1，F(xiàn)1處發(fā)生短路故障，A 變電站出口斷路器CB1檢測(cè)到短路電流并速斷跳閘。線路開關(guān)D01、D02檢測(cè)到失電失流后延時(shí)分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04檢測(cè)到失電后啟動(dòng)失電延時(shí)合閘倒計(jì)時(shí)。A 變電站出口斷路器CB1一次重合閘，開關(guān)D01、D02逐級(jí)得電合閘。開關(guān)D02合閘后A 變電站出口斷路器CB1再次檢測(cè)到短路電流并后加速跳閘，開關(guān)D02由于得電時(shí)間小于故障檢測(cè)時(shí)間而分閘閉鎖，開關(guān)D03檢測(cè)到殘壓脈沖而殘壓閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的隔離。A 變電站出口斷路器CB1二次重合閘，開關(guān)D01得電合閘，恢復(fù)CB1與開關(guān)D02之間線路的供電。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04延時(shí)內(nèi)未檢測(cè)到左側(cè)線路得電，啟動(dòng)合閘，恢復(fù)開關(guān)D03與聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04之間線路的供電。

通過以上動(dòng)作過程可以看出，電壓－時(shí)間型自動(dòng)化技術(shù)可就地隔離故障區(qū)間和恢復(fù)非故障區(qū)間的供電，不依賴于通訊和主站，但要依靠變電站出口斷路器兩次重合閘才能隔離故障，給變電站主變和出口斷路器增加了壓力。

2 “電壓－時(shí)間”型饋線自動(dòng)化技術(shù)

電壓－時(shí)間型饋線自動(dòng)化技術(shù)通過開關(guān)“無壓分閘、來電延時(shí)合閘”的工作特性配合變電站出線開關(guān)二次合閘來實(shí)現(xiàn)，一次合閘隔離故障區(qū)間，二次合閘恢復(fù)非故障段供電[2]。線路上的一次設(shè)備可以是斷路器或負(fù)荷開關(guān)，饋線終端需是具備無線或光纖通信功能三遙動(dòng)作型饋線終端。饋線終端需要投入的主要功能有：分段開關(guān)。失電延時(shí)分閘、得電延時(shí)合閘、合到故障分閘閉鎖、殘壓脈沖閉鎖、遙控分閉鎖得電合閘；聯(lián)絡(luò)開關(guān)。單側(cè)失壓延時(shí)合閘、雙側(cè)有壓禁止合閘。

當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，變電站出口斷路器跳閘，線路開關(guān)逐級(jí)失電分閘。變電站出口斷路器重合后線路開關(guān)逐級(jí)得電合閘，合到故障點(diǎn)后變電站出口斷路器再次跳閘。確定故障點(diǎn)后故障點(diǎn)兩端的開關(guān)閉鎖合閘功能，隔離故障。變電站出口斷路器二次重合閘，恢復(fù)非故障區(qū)間的供電。

圖2 案例2

案例分析：

如圖2，F(xiàn)1處發(fā)生短路故障，A 變電站出口斷路器CB1檢測(cè)到短路電流并速斷跳閘。線路開關(guān)D01、D02檢測(cè)到失電失流后延時(shí)分閘，聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04檢測(cè)到失電后啟動(dòng)失電延時(shí)合閘倒計(jì)時(shí)。A 變電站出口斷路器CB1一次重合閘，開關(guān)D01、D02逐級(jí)得電合閘。開關(guān)D02合閘后A 變電站出口斷路器CB1再次檢測(cè)到短路電流并后加速跳閘，開關(guān)D02由于得電時(shí)間小于故障檢測(cè)時(shí)間而分閘閉鎖，開關(guān)D03檢測(cè)到殘壓脈沖而殘壓閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的隔離。A 變電站出口斷路器CB1二次重合閘，開關(guān)D01得電合閘，恢復(fù)CB1與開關(guān)D02之間線路的供電。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04延時(shí)內(nèi)未檢測(cè)到左側(cè)線路得電，啟動(dòng)合閘，恢復(fù)開關(guān)D03與聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04之間線路的供電。

通過以上動(dòng)作過程可看出，電壓－時(shí)間型自動(dòng)化技術(shù)可以就地隔離故障區(qū)間和恢復(fù)非故障區(qū)間的供電，不依賴于通訊和主站，但要依靠變電站出口斷路器兩次重合閘才能隔離故障，給變電站主變和出口斷路器增加了壓力。

3 網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)型饋線自動(dòng)化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)型饋線自動(dòng)化技術(shù)是以電壓-電流-時(shí)間（V-I-T）型算法為基礎(chǔ)，當(dāng)開關(guān)組成邏輯運(yùn)行時(shí)，通過對(duì)終端邏輯功能的設(shè)置和保護(hù)定值的配合，實(shí)現(xiàn)區(qū)段就地清除故障、自動(dòng)隔離故障、非故障段自動(dòng)恢復(fù)供電等功能。線路上的一次設(shè)備可以是斷路器或負(fù)荷開關(guān)，饋線終端需是具備光纖通信功能的三遙動(dòng)作型饋線終端[3]。

此方案借助對(duì)等式通信網(wǎng)絡(luò)，將每個(gè)開關(guān)保護(hù)單元的檢測(cè)數(shù)據(jù)信息、故障判別信息、開關(guān)狀態(tài)等與相鄰開關(guān)實(shí)時(shí)共享，使不同地點(diǎn)的保護(hù)能夠在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)和配合，保障離故障點(diǎn)最近的斷路器速斷跳閘，其它開關(guān)進(jìn)入后備、不跳閘，使故障停電范圍最小、故障停電時(shí)間最短，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的快速性和選擇性的統(tǒng)一。對(duì)于復(fù)雜的配電網(wǎng)系統(tǒng)，供電線路因?yàn)楣╇娒娣e大、線路線徑長，網(wǎng)絡(luò)連接復(fù)雜等特性；故有必要深入研究配電網(wǎng)線路新型的饋線自動(dòng)化方案，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)線路的“自我感知，自我診斷，自我決策，自我恢復(fù)”的功能：開關(guān)類型和狀態(tài)自診斷-檢測(cè)到故障電流-網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)核心算法-故障切除-相鄰開關(guān)（類型和狀態(tài)自診斷）-故障隔離-聯(lián)絡(luò)開關(guān)（類型和狀態(tài)自診斷）-恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

智能分布式終端控制系統(tǒng)是利用高速對(duì)等式通信網(wǎng)絡(luò)，共享相鄰開關(guān)狀態(tài)信息，通過可靠有效的算法處理，進(jìn)行線路故障的快速定位、隔離及非故障線路的轉(zhuǎn)供電操作。解決了大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜組網(wǎng)方式、運(yùn)行模式變化及分布式電源接入等對(duì)保護(hù)的影響問題，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的快速性和選擇性的統(tǒng)一，保證線路的可靠性供電。

實(shí)現(xiàn)智能分布式終端控制系統(tǒng)的智能分布式終端通信是通過保護(hù)數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行信息交互，各智能分布式終端與主站之間的通信是通過主站數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行信息交互，兩組數(shù)據(jù)網(wǎng)相互獨(dú)立，互不影響。智能分布式保護(hù)采用對(duì)等式的通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生故障時(shí)線路上的智能分布式終端互相通信，收集相鄰開關(guān)的故障信息，分析定位得出故障的具體位置，進(jìn)而控制距離故障點(diǎn)最近的開關(guān)跳閘。

對(duì)等式通信：智能分布式保護(hù)采用了一種全新的保護(hù)配合思路，能盡可能地縮小故障影響的用戶范圍，并避免了傳統(tǒng)保護(hù)中電流和時(shí)間級(jí)差配合實(shí)現(xiàn)困難的問題。

智能分布式保護(hù)算法：根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，智能分布式保護(hù)算法分為對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的開環(huán)模式和對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的閉環(huán)模式兩種。智能分布式保護(hù)可根據(jù)開關(guān)類型不同整定不同的功能，因此智能分布式保護(hù)具有很好的適用性。

容錯(cuò)方案：考慮到配電系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)容易受到外力破壞，無線通訊網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)延時(shí)問題，從而導(dǎo)致通信異常。本方案針對(duì)上述情況設(shè)計(jì)了一整套容錯(cuò)方案，當(dāng)系統(tǒng)中任何節(jié)點(diǎn)或裝置對(duì)外的通信通道喪失或異常后，自動(dòng)啟動(dòng)容錯(cuò)方案，通過容錯(cuò)方案的一系列功能的自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行，確保故障區(qū)段能夠快速有效隔離同時(shí)實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段轉(zhuǎn)供電。

根據(jù)一次設(shè)備的不同，具體的實(shí)施方案也不相同，如果線路上的一次設(shè)備是斷路器則直接控制故障點(diǎn)兩端的斷路器分閘來隔離故障點(diǎn)，如果線路上的一次設(shè)備是負(fù)荷開關(guān)則需要變電站出口斷路器先跳閘，饋線終端檢測(cè)到線路無壓無流后再控制故障點(diǎn)兩端的負(fù)荷開關(guān)分閘來隔離故障點(diǎn)。

圖3 案例3

案例分析：

線路開關(guān)為斷路器：F1點(diǎn)發(fā)生短路故障，A 變電站出口斷路器CB1、斷路器D01和D02檢測(cè)到短路電流，斷路器D03未檢測(cè)到短路電流。經(jīng)過信息交互，判斷故障點(diǎn)在斷路器D02和D03之間；A 變電站出口斷路器CB1、斷路器D01進(jìn)入后備保護(hù)，斷路器D02速斷保護(hù)跳閘，斷路器D03失電分閘閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的隔離。如果斷路器D02未能速斷跳閘成功，則發(fā)送“跳閘失敗”的遙信給斷路器D01，斷路器D01接收到斷路器D02“跳閘失敗”的遙信后執(zhí)行速斷跳閘。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04檢測(cè)到失電后啟動(dòng)失電延時(shí)合閘倒計(jì)時(shí)；聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04延時(shí)內(nèi)未檢測(cè)到左側(cè)線路得電，啟動(dòng)合閘，恢復(fù)開關(guān)D03與聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04之間線路的供電。

線路開關(guān)為負(fù)荷開關(guān)：F1點(diǎn)發(fā)生短路故障，A變電站出口斷路器CB1、負(fù)荷開關(guān)D01和D02檢測(cè)到短路電流，負(fù)荷開關(guān)D03未檢測(cè)到短路電流。經(jīng)過信息交互，判斷故障點(diǎn)在負(fù)荷開關(guān)D02和D03之間；A 變電站出口斷路器CB1速斷跳閘，負(fù)荷開關(guān)D02、D03檢測(cè)到無壓無流后分閘閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間的隔離。如果負(fù)荷開關(guān)D02未能分閘閉鎖則發(fā)送“分閘失敗”的遙信給斷路器D01，斷路器D01接收到斷路器D02“分閘失敗”的遙信后執(zhí)行分閘閉鎖。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04檢測(cè)到失電后啟動(dòng)失電延時(shí)合閘倒計(jì)時(shí)；A變電站出口斷路器CB1重合閘，恢復(fù)A 變電站出口斷路器CB1、負(fù)荷開關(guān)D01和D02之間線路的供電。聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04延時(shí)內(nèi)未檢測(cè)到左側(cè)線路得電，啟動(dòng)合閘，恢復(fù)開關(guān)D03與聯(lián)絡(luò)開關(guān)L04之間線路的供電。

三種饋線自動(dòng)化技術(shù)比較：主站集中型處理時(shí)間分鐘級(jí)、投資要求多、通訊要求較高、主站需要高；電壓－時(shí)間型處理時(shí)間分鐘級(jí)、投資要求少、通訊要求不高、主站需要不高；網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)型處理時(shí)間秒級(jí)、投資要求較多、通訊要求高、主站需要不高。

綜上，本文論述的三種饋線自動(dòng)化技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均能實(shí)現(xiàn)快速隔離故障、恢復(fù)非故障區(qū)間供電的目的，具體采用哪種方案要根據(jù)負(fù)荷重要程度、工程實(shí)施難度、投資金額等具體情況來決定。當(dāng)然，隨著科技水平的進(jìn)步和生產(chǎn)工藝水平的提高，未來會(huì)有更經(jīng)濟(jì)、更可靠的新技術(shù)出現(xiàn)，需要不斷進(jìn)取、不斷探索。