新型配電網中的饋線自動化技術探微

牛瀟昆

（北京信息科技大學，北京 100192）

0 引言

近年來，隨著國內用電需求的不斷擴大，如何確保配電網的運行穩定已經成為當今首要面臨的問題。由于大量的分布式電源接入電網運行和越來越多的自動化技術被應用到配電網中，電力系統也逐步由“傳統電網時代”過渡到了“智能電網時代”，實現了發電、輸電、變電、配電、用電和調度六個環節的全面“信息化、自動化、互動化”?！爸悄茈娋W”具有“堅強、自愈、兼容、經濟、集成、優化”六個主要特征。2019年，國家電網有限公司提出了“三型兩網，世界一流”的戰略目標，標志著中國即將構建一個“樞紐型、平臺型、共享型”的世界一流“堅強智能電網”和“泛在的電力物聯網”。在智能配電網中，饋線自動化技術所發揮的作用至關重要，它是配電自動化的核心之一，其主要控制對象是中壓配電網。饋線自動化技術可以對智能電網的饋電線路進行優化控制和狀態監測，并在配電網出現故障時快速進行供電恢復。饋線自動化技術作為一項應用于配電網中的新興技術，其特點是什么？在配電網中占據什么樣的地位？將其應用于配電網會帶來哪些效益？本文將以饋線自動化技術的基本工作原理和應用條件為視角，結合當今配電網逐步走向智能化、自動化的過程，從幾個不同角度，探討了對這些問題的答案。

1 饋線自動化技術概述

1.1 饋線自動化技術的應用范圍

饋線自動化技術（Feeder Automation，FA）應用在變電站的饋電線路，它能夠幫助變電站出口到用電設備之間的饋電線路實現自動化。饋線自動化技術的應用可以分為兩個方面，即線路的正常運行狀態和故障狀態。在線路正常運行時，饋線自動化技術可以起到線路監控、數據測量和優化運行的作用；在線路發生故障時，饋線自動化技術能夠實現對故障的診斷、隔離以及供電恢復，包括對線路出現故障的位置進行判斷，及時將故障隔離，隨后快速消除故障以恢復正常用電。饋線自動化技術是配電網中重要的組成部分，同時，該技術的實現也需要配電網的自身結構和自動化技術作為支撐，饋線自動化技術與配電網二者之間是屬于相輔相成的關系。

1.2 饋線自動化技術的實現條件

饋線自動化技術在配電網中的應用，需要配電網具備足夠的前提條件，第一，饋線自動化技術對智能配電網的自身結構有明確的要求，譬如，該配電網要有形成環網供電的條件，如普通環式或拉手環式配電網，這是饋線自動化技術應用的基本條件。第二，該智能配電網亦應具備開環運行的條件，即配電網中應具有聯絡開關，聯絡開關的閉合與斷開能夠決定配電網處于閉環或開環運行的狀態。第三，智能配電網中各種類型的開關，包括聯絡開關、負荷開關以及隔離開關等，都要具有遠程操控的功能。這是由于在故障出現時，通過遠程操控可以及時對故障所在區域的開關進行遠程控制，對故障進行隔離。第四，配電網中的環網開關柜、FTU以及通信設備所使用的電源都要安全可靠，且這些設備之間的通信不能受到外界干擾，要有高級別的抗干擾能力。

2 饋線自動化技術的實現原理

饋線自動化技術經過不斷發展和進步，已經成為一項較為完備的技術，其分類可包括就地型饋線自動化和基于FTU的饋線自動化。

2.1 就地型饋線自動化實現原理

就地型饋線自動化，其最大的特點就是不依賴配電自動化主站，由配電終端或現場自動化裝置協同實現故障定位、故障隔離和恢復非故障區域的供電。就地型饋線自動化也可以繼續劃分為重合器式饋線自動化和智能分布式饋線自動化兩種類型。

重合器式饋線自動化的實現原理就是通過重合器、分段器等設備之間的相互協調、配合實現對故障的隔離和故障恢復。重合器在工作的過程中會檢測線路的電流和電壓兩個信號，作為線路是否發生故障的判斷依據。重合器在使用的過程中需要與電壓-時間型分段器進行配合，假設配電網的A區域內存在1個重合器，N個分段器，當A區域內某線路出現故障時，重合器會首先自動分閘，分段器在完全失壓后也會分閘，之后重合器延時重合，各個分段器會按照預先設定的恢復次序，依次延時X秒后自動合閘。若故障區段的分段器再次合閘，則重合器會立刻分閘，故障區段的分段器會因為在其合閘后Y秒內檢測到跳閘從而閉鎖，實現故障隔離。重合器在第二次重合之后，即可依次恢復所有非故障區域的供電，而故障區域的分段器不會再次合閘。這樣的工作原理既不會擴大故障范圍，又能在最短時間內對非故障區域恢復供電。

智能分布式饋線自動化可以在故障出現后的毫秒級時間內跳開距離故障區域最近的兩側電源開關，同時聯絡開關自動合閘，配電網形成環網運行。智能子站相互間可以進行通信，實現信息交流，并及時執行供電恢復方案，提高故障處理效率。

對于重合器式饋線自動化，其設備選擇應遵循以下要求，所使用的重合器額定電壓應大于配電網系統的額定電壓；重合器的動作電流應大于重合點可能出現的最大故障電流，進而能夠在出現故障時及時跳閘；重合器的長期工作額定電流應大于線路的負荷電流，確保重合器可以長期工作；所使用的分段器額定電壓應大于系統的最高工作電壓；分段器要串聯在重合器的負荷側，其長期工作的額定電流應大于預期的負荷電流，額定瞬時電流應大于可能出現的最大故障電流；分段器的熱穩定電流應大于線路的最大短路電流，其動、熱穩定時間應大于上級保護的斷開時間。

就地型饋線自動化技術，其優點是不需要互聯網和通信技術的支持，也不需要遠程控制中心的干預，結構簡單，投資費用較低，但也有一定的局限性。由于對故障區域的具體位置需要進行多次測定，因此配電網中的開關要頻繁動作才能找出準確的故障點，這對配電網中的開關通斷能力要求很高，同時這種方式也會對用電設備有一定沖擊。在運行過程中不能對運行參數進行監控，所以故障信息無法及時反饋到配電主站。

2.2 基于FTU的饋線自動化實現原理

基于FTU的饋線自動化技術是通過在變電所的出口斷路器或饋線分段開關上安裝FTU（Feeder Terminal Unit）設備，同時還應在配電網的配電變壓器上安裝FTU設備，并建設可靠的通信系統，將這些安裝了FTU的變壓器和變電所出口與配電網控制中心的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）系統連接起來，再配合相關的運算處理軟件，構成一個高性能的饋線自動化系統?；贔TU的饋線自動化技術的控制單元及核心部件就是FTU，FTU在該系統中發揮著至關重要的作用，既能進行數據采集，又能控制配電網系統內部不同單元之間的連接。同時，FTU還具有監控作用，屬于一種高度集成的自動化設備。

配電網在正常運行時，基于FTU的饋線自動化技術可以遠程實時監控分段開關和聯絡開關的狀態以及饋線電壓和電流的情況，通過遠程控制手段，實現饋線中的開關遠程合閘和分閘操作，優化配電網的運行方式，從而最大化利用現有設備的能力，提高能量利用率，降低線路損耗。

配電網在出現故障時，基于FTU的饋線自動化技術可以及時獲得故障處的相關信息，自動判別并隔離故障區域，對于非故障區域及時恢復供電，最終達到減小停電范圍和縮短停電時間的目的。在基于FTU的饋線自動化技術的應用中，由于不同類型的數據在傳輸時有著不同的時間限制，因此要保證線路數據的傳輸完整性以及系統對數據進行響應的快速性，這就要求系統中的通信網絡要有很強的抗干擾能力。

基于FTU的饋線自動化技術為全面實現配電自動化奠定了基礎。配電網在采用了該技術后，自動化程度會相當高，但其缺點是對通信線路的依賴性較高，一旦通信設備出現問題，該系統的工作就會受到影響。同時，FTU復雜的結構也會導致其建設投資較為昂貴。

3 饋線自動化技術在智能電網中的應用

3.1 對配電網的整體監控

隨著我國電力系統的不斷發展，配電環節在如今已經形成了高度智能化的配電系統。饋線自動化技術在配電網中的應用，能夠對配電網的運行狀態進行實時監控并在出現故障時及時反饋到總站。配電網在正常運行時，饋線自動化技術可以對用戶負荷、饋線狀態以及用電情況等進行監控。當配電網中某個區域一旦出現故障，通過饋線自動化技術，能夠對故障進行快速響應，反饋故障位置、故障電流和故障處的負荷容量等信息。

3.2 對系統電源進行保護

在電能的生產和運輸過程中，配電網負責運送不同電壓等級的電能。這就導致配電網中的變電站數量較多，輸送的電壓也各不相同。因此，在配電網中只要出現一處線路故障，就會影響到配電網的整體運行。饋線自動化技術的應用，其目的之一就是要保護系統的電源，該技術可以對配電系統的電源側進行實時監控，一旦發現某區域的饋電線路出現故障，就能及時進行反饋，并快速將該區域的系統電源進行隔離。同時應保證非故障線路能夠通過聯絡開關連接到其他電源，從而及時獲得電能，盡可能減少停電范圍和停電時間。

3.3 與互聯網和通信技術緊密結合

互聯網和通信技術的飛速發展，切實提高了工業系統自動化程度和運行效率，這更為饋線自動化技術在智能電網中的應用提供了良好的平臺。饋線自動化技術中正是由于結合了通信技術和互聯網技術，才能在配電網中實現種種控制功能。通信技術是饋線自動化技術所采用的核心技術之一，其特點就是響應及時且準確。當某一饋線出現故障時，配電網中的智能設備會快速分析故障出現的位置，通過通信系統向總站做出反饋，總站會根據接收到的信息數據，通過互聯網通信向其他硬件設備發出指令，對故障線路進行隔離和修復。由于配電網中出現的故障通常會造成較大范圍的影響，所以上述操作都要在極短的時間內完成，如果沒有成熟的、現代化的互聯網和通信技術，就無法做到在短時間內完成這些操作。

4 結語

智能配電網是以傳統配電網為基礎逐步發展起來的，是在傳統配電網的基礎之上，整合了眾多現代化的高新技術，尤其是饋線自動化技術的加入，使傳統配電網煥然一新，形成了一種具有高度智能的自動化配電網。與傳統配電網相比，智能配電網在供電可靠性和供電質量方面有了很大提高，運行方式更加靈活，對能源的利用效率也有所上升。同時更是能很好地利用分布式電源并協調其與用戶負荷之間的關系。饋線自動化技術在智能配電網中的重要作用之一就是在出現故障時能夠對配電網進行保護，有利于配電網整體的安全運行、穩定運行，提高配電網供電的可靠性。在不久的將來，饋線自動化技術還會進行不斷的創新和發展，也會在越來越多的配電網中應用，使傳統電網快速進入智能化時代，為電力系統的全面智能化做出更大的貢獻。