10 kV配電網智能分布式自動化應用研究

陳惠敏，黃培鋒，吳超杭，黃培新，莊穎璇，唐力則

（廣東潮州供電局，廣東 潮州 521000）

配網自動化建設模式有控制型和監測型兩類，控制型不僅可以實現故障定位和狀態監測，還能隔離故障恢復非故障區域供電；運行監測型只能實現故障定位和狀態監測。

1 智能分布式系統結構

區域拓撲相鄰的開關通過對等通信交互故障相關信息，進而完成故障的定位、隔離以及非故障區域的恢復供電。整個故障處理過程僅依賴于拓撲中相鄰分布式終端的對等通信實現，不依賴于集中式控制。

系統的主要構成：分布式終端，安裝于環網柜、架空線路中的配電終端，檢測饋線開關的電流、電壓信號，監控開關分合狀態，并與饋線中其他的分布式終端通信，完成分布式FA的功能。饋線開關，作為線路故障處理的分段點，饋線開關可以是負荷開關，也可以是斷路器。要求開關具備電動機構，可以實現自動控制。光纖通信網絡，為智能分布式系統提供高速通信支持，工業以太網或EPON網絡。

2 終端信息交互

配電終端與相鄰的終端之間建立以太網通信通道，通信規約可采用GOOSE。一個終端內可能有多個開關，相鄰開關間信息交互分為同一裝置內開關信息交互和不同裝置間開關信息交互。

終端之間交互的信息內容包括：狀態信息，如開關狀態遙信、故障遙信、故障方向、通信狀態等；故障處理信息，故障隔離成功、失敗、擴大化準備、恢復供電成功等；壓板投退信息，FA托退、過流檢測、零流檢測等；回線配置信息，裝置ⅠD、開關ⅠD、開關屬性、拓撲類型等。

裝置間通信采用相鄰裝置劃分為一個組播，組播示意圖如圖1所示。

圖1 終端裝置組播示意圖

3 智能分布式故障處理邏輯

開環運行的手拉手典型接線示意圖如圖2所示。

圖2 典型接線圖

3.1 故障定位原理

對于一個檢測到故障的閉合開關來說，如果它左側相鄰所有閉合的開關都沒有檢測到故障，則表明故障點在它左側節點；右側亦然。

對于一個未檢測到故障的閉合開關來說，如果它左側相鄰所有閉合的開關有且只有一個開關檢測到故障，則表明故障點在它左側節點；右側亦然。

3.2 故障隔離原理

對于一個閉合開關來說，如果故障點不在它左側或右側節點，則不進行隔離。對于一個閉合開關，如果在判定故障點在它的左側或右側節點，則：若它檢測到故障，則直接跳閘，并向故障上游側斷路器發送擴大化準備信號；開關分遙信返回后，向上游斷路器發送隔離成功信號；若它未檢測到故障且為故障對側分支開關，則不隔離；若它未檢測到故障且為故障對側非分支開關，則直接跳閘。同時向故障下游發送擴大化準備信號，開關分遙信返回后，向下游發送隔離成功信號。

3.3 擴大化隔離原理

斷開的開關以及閉合的未檢測到故障的分支開關收到擴大化準備信號后，不作任何處理。閉合的開關（未檢測到故障的分支開關除外）收到擴大化準備信號后，啟動定時器。定時器清零前，若收到隔離成功信號，計時器清零，不作擴大化隔離；若未收到隔離成功信號，則跳閘作為擴大化隔離。

3.4 非故障區域恢復供電

非故障區域恢復供電示意圖如3所示。

3.4.1 故障點上游非故障區域恢復供電

圖3 故障點下游非故障區域恢復供電示意圖

若線路開關為斷路器，則故障點上游不須進行非故障區域恢復；若線路開關為負荷開關，變電站出線斷路器跳閘，故障隔離后，須恢復變電站出線開關。所以，當故障點上游隔離開關隔離成功后，故障點上游隔離開關向上游傳送隔離成功遙信，一直傳送到變電站出線開關為止，當變電站出線斷路器收到隔離成功遙信后，立即合閘，完成故障點上游非故障區域恢復供電。

3.4.2 故障點下游非故障區域恢復供電

聯絡開關在每次接收到來自某一側的電源剩余容量后，立即向對側傳送“電源有效”遙信，一直傳送到電源點出線開關或者另一個聯絡開關后停止傳送。這樣每個開關就了解到下游側有幾個有效聯絡。K107 能收到左側一個有效聯絡K108；右側能收到兩個有效聯絡K115 和K114。K106 能收到右側3個有效聯絡K108、K115和K114。

3.4.3 聯絡開關判斷和動作邏輯

在線路出現故障，并隔離成功后，故障點下游開關向下游傳送“成功隔離”遙信，并等待來自下游側所有有效聯絡開關傳送過來的數據。

當聯絡開關接受到來自某一側的“成功隔離”遙信后，立即向這一側傳送對側電源剩余容量值。一直傳送到非隔離開關的斷開開關，或者故障點下游隔離開關后停止傳送。當故障點下游隔離開關接收到下游側所有有效聯絡開關傳送過來的值后，選取最大剩余容量的聯絡開關，并判斷是否符合被失電的區域的負荷要求。并將恢復方案向下游傳送。相應的聯絡開關收到恢復方案后，進行合閘，完成負荷轉供。如圖5故障點處，K105和106被隔離后，K108、K114 和K115 收到隔離成功遙信，立即分別將DYD3、DYD4和DYD2的剩余容量傳送到K106，K106選取3個值中最大值，與自己故障前的總功率進行比較，確定恢復方案，并將其傳送回相應的聯絡開關。

4 工程應用案例

南園甲乙線線路拓撲如圖4 所示，該線路為單環網線路，101 開關為廣生變電站出線側斷路器，環網線路上有4個自動化環網柜。

圖4 系統拓撲圖

主干線環網開關配置斷路器成套自動化開關，具有的策略包括智能分布式保護、電壓電流型饋線自動化和常規保護3 種保護。日常運行時采用基于對等通信的速動型智能分布式自動化策略，實現故障的快速定位和隔離及非故障段恢復送電。

當主干線發生故障時，通過過流（零流）元件定位故障點，對于聯絡線或母線故障，當一側終端過流元件動作、另一側終端過流元件未動作或開關分位時，定位故障點在兩終端安裝處的開關之間，如圖5所示。

圖5 利用過流元件進行故障定位

對于分支故障來說，當分支開關處的終端過流元件動作時，定位故障點在該分支上。故障點定位成功以后，針對配置成速動型分布式饋線自動化的系統，故障點兩側開關直接快速隔離故障，實現故障后段轉供電恢復供電。速動型智能分布式是基于對等通信的，當通信異常時自動切換為電壓電流型。

5 結束語

智能分布式饋線自動化不須配電主站或配電子站控制，通過終端相互通信、保護配合或時序配合，在配電網發生故障時，隔離故障區域，恢復非故障區域供電，并上報處理過程及結果。配電網改造、擴容以及日常性維護頻繁，須各個配電環網的終端功能獨立運行、互不影響，如果某環網須改造或檢修，在工作過程中僅須停止本環網的終端功能，無須考慮對其他環網的影響，是智能分布式相對于其他自動化方式的最大優點。