单卫民,梁志瑞，郭海全

(1. 华北电力大学，河北 保定 071003；2. 石家庄供电公司， 石家庄 050051；3.河北省电力公司，石家庄 050021)

随着社会的进步与经济的发展，用户对供电质量和供电可靠性的要求越来越高，实现配电网自动化势在必行[1]。馈线自动化(Feeder Automation，FA)可以实现每条馈线运行方式和数据采集的监视，是配电自动化的重要内容之一。通过实施馈线自动化，当馈线在运行中发生故障时，能自动进行故障定位，从而实施故障隔离和恢复对非故障区域的供电，提高供电可靠性[2]。集中控制型馈线自动化(即实现“三遥”)以其快速可靠的优点在近些年得到较快发展，尤其是在供电可靠性要求高的地区已得到应用并取得一定成果，但因为其投资较大而无法在普通区域得到全面推进。同时传统馈线自动化方式因为存在着故障隔离时间长、出线开关动作频繁、不能有效缩小停电区域的缺点而不能满足供电可靠性要求，所以一些较为经济实用、在传统馈线方式基础上改进的馈线自动化方式在各地取得一定的发展[3-5]。

1 石家庄市试点区域配电网一次网架现状

石家庄配电自动化试点区域基本位于市区中部繁华地带，北起和平路、南至槐中路、西起休门街、东至翟营大街，占地面积约20.5平方公里，试点区域内涉及民生、广安、方北3个变电站,该试点区域10 kV馈线主要由架空网络、电缆网络、架空和电缆混合网络构成。其中架空线路26条，为多分段多联络网络，以三分段三联络为主。电缆线路45条，主要为双放射，少数为单环网接线。试点区域内有对供电要求高的政治、文化、商业中心及重要工业用户，同时也包括居民小区及用户用电等一般性负荷。从一次网架结构上看，该区域的配网结构较为复杂，为配电自动化的实施带来不便；从对供电可靠性的要求上看，该区域具有明显的层次性，为多种故障处理方式的并存提供了可能。目前，石家庄市已有部分区域开始推行馈线自动化和二遥故障定位的综合系统，并取得初步成效，但还未真正实现全局性的配电自动化。

2 馈线自动化实现方式分析

由于石家庄市试点区域的一次网架现状较为复杂，有架空线路、电缆线路、架空电缆混合线路，可以根据不同的网架结构结合变电站保护、配电线路上配置的各种类型的开关设备、自动化终端设备采用不同故障处理模式。

2.1 集中型全自动FA

集中型馈线全自动化FA是目前馈线自动化普遍采用的模式，是通过安装配电终端监控设备，并建设可靠有效的通信网络将监控终端与配电主站/子站相连，再配以相关的处理软件所构成的高性能系统。该系统在正常运行情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电流、电压情况，并实现线路开关的远方合闸和分闸操作以优化配网的运行方式，从而达到充分发挥现有设备容量和降低线损的目的。在故障时获取故障信息，配网主站/子站根据FTU采集的信息进行故障定位，自动隔离故障点，恢复非故障区段的供电，从而达到减小停电面积和缩短停电时间的目的。

2.2 二遥+故障定位

二遥+故障定位是通过故障定位指示器与通信单元的组合，当某一区段发生故障时，该区段指示器会发出报警信号，同时把故障信息上传给主站，主站接到报警后，急修人员根据故障指示的位置赶到现场手动隔离故障区段。

2.3 二遥+馈线自动化

二遥+馈线自动化是在已有断路器的基础上安装带有自动化功能的FTU，并改进电源变压器的构造、接线，使之不依赖主站就可以实现就地故障定位及隔离，同时把状态、电压、电流等遥测遥信量上传至主站，实现主站的拓扑分析与监控。

2.4 改进型就地控制馈线自动化

改进型就地控制馈线自动化是通过智能柱上断路器与智能柱上负荷开关将馈线分成若干区段，实现对馈线的分段监测、控制，故障时只跳开靠近故障区域的下游开关，以减小停电区域，同时应用线路分段故障隔离技术，使线路设备保护与变电站进行有效配合。

3 馈线自动化实现方式的应用

3.1 集中型全自动FA方式的应用

集中型馈线自动化通过配电主站和配电终端(FTU)的配合，实现三遥自动化功能，从而实现配电网内故障区段的快速切除与非故障区段的自动恢复供电。对正常供电运行的监控，可通过与上级调度自动化系统、生产管理系统等其他应用系统的互联，建立完整的配网模型，实现基于配电网拓扑的各类应用功能，为配电网生产和调度提供较全面的服务。但该方式对一次设备要求较高，在馈线自动化区域的分段开关、联络开关采用的断路器或负荷开关、开闭站、环网柜等均需配备具有三遥功能的FTU，且需加装电动操作机构，使其可通过终端进行远方控制。通过可靠、高效的光纤通信手段，由配电主站或子站实现快速故障定位、隔离和恢复非故障区域供电。该方式自动化程度较高，可及时隔离故障、恢复非故障区域供电，避免了人为操作错误，但其投资较大。对于市中心及重要负荷区域可采用集中型全自动馈线方式来提高供电可靠性与电能质量。该方式较多应用于手拉手环网中，其具体的隔离过程如图1所示。

图1 集中全自动FA方式实例

图1为集中全自动方式在常见手拉手环网中应用的典型案例，Ck1、Ck8为电源侧出口断路器，k2-k7为分段开关，其中k5为联络开关。FTU1-FTU8分别为各开关对应的监控配电终端。若Ck1、k2点之间发生永久性故障，其故障隔离过程为：

a. Ck1检测到故障后跳闸，接着延时重合闸，再次检测到故障并跳闸，重合闸闭锁；

b. 主站收到Ck1的开关变位和事故信号后，将故障点定位在Ck1和k2之间；

c. 主站发出控分命令，跳开k2，将故障区域隔离。隔离成功后，主站接着发出控合命令，合上k5，恢复非故障区域的供电。

同理，若k3出口侧发生永久性故障，其故障隔离过程为：

a. Ck1检测到故障后跳闸，接着延时重合闸，再次检测到故障并跳闸，重合闸闭锁。同时FTU2和FTU3这2台FTU在检测到电流超限值并且持续失压后，产生故障遥信并上传；

b. 主站收到Ck1的开关变位和事故信号及FTU2和FTU3的故障信号，将故障点定位k3之后；

c. 主站发出控分命令，跳开k3，将故障区域隔离。隔离成功后，主站接着发出控合命令，合上Ck1，恢复非故障区域的供电。所以集中全自动FA方式主站能及时分析故障点位置，可以避免人为操作错误且能快速隔离故障区域，恢复非故障区域的供电。

3.2 二遥+故障定位方式的应用

故障定位系统是由光纤型故障指示器和通信单元组成的1个“二遥”自动化系统。“二遥”故障定位可以实现故障指示，同时把故障信息传送给综合主站，主要应用在电缆线路中，可以配合馈线自动化使用。它通过故障指示器的检测探头检测电缆线路的负荷电流及故障电流，判断其线路是否存在短路故障；由专用检测探头检测接地零序故障电流，并通过光纤将故障信息发送到外接显示单元，实现就地故障指示，以便在通信通道故障的情况下通过人工快速地找到故障点。此外，测量探头又通过另1根光纤将正常的负荷电流值以及故障信息发送到远传终端的光学数据单元(ODU)上。该模块与通信模块相连，将所采集到的数据上传到主站，从而实现故障定位与电流采集的功能。抢修人员可以根据主站综合判断得出的故障位置到现场手动隔离故障区段。实时采集的遥测值可用于配网线路的统计分析、运行管理和规划。该方式下的实例分析见图2。

图2 二遥+故障定位FA方式实例

图2为二遥故障定位在常见的电缆双侧电源单环式中的应用，若k4和k5之间发生接地故障，将会造成全线路短时间停电，k4与k5处会发出故障报警信号并快速上传至主站平台，抢修人员根据报警信号第一时间赶到k4与k5处，手动跳开分段开关隔离故障，然后检查k4、k5之间故障处并进行检修。所以该方式一般适用于对供电要求不是很高的电缆线路，对于供电可靠性高的电缆线路，一般采用集中型全自动FA方式。

该方式对供电可靠性要求不是很高、采用电缆线路的一般性负荷较为经济实用，在电缆线路上安装故障定位终端，虽然无法进行准确地故障点定位及自动故障隔离，但可大大缩短人工查找故障的时间，只要人工及时操作，同样能很快手动隔离故障，且该方法不需配备高要求设备及光纤通道。所以该方式具有投资少、见效快的优点，但主站需要时刻监控，值班人员不能离岗。

3.3 二遥+馈线自动化方式的应用

该方式是在已有断路器的基础上安装带有自动化功能的FTU，并改进电源变压器的构造、接线，所以投资较少、见效较快，同时不失其隔离故障的功能，较多应用于供电可靠性稍低的架空线路中。该方式下故障隔离过程见图3。

图3 二遥+馈线自动化FA方式实例

图3中，若A点发生单相接地故障，站内接地告警，按小电流系统指示或依次拉闸确定接地故障线路，断开Ck1时告警消失。数秒合上Ck1，k2延时闭合至故障点A，若为瞬时性故障，则线路恢复供电；若A点发生的为永久性故障，则k2依零序电压-时限原理判定故障，直接分闸切除故障段，k3则自动设置闭锁，联络开关k4延时闭合后，k3后段恢复供电。若A点发生相间短路故障，Ck1跳闸，k2、k3失电压分闸。数秒后Ck1重新合闸，Ck1延时闭合至故障点A，若A点为瞬时性故障，则线路恢复供电；若A点发生的是永久性故障，则Ck1再次跳闸，k2、k3均闭锁，Ck1重合后k2前段恢复供电，联络开关k4延时闭合后，k3后段恢复供电。所以采用该方式，可以有效地隔离故障，同时把状态电压、电流等遥测、遥信量上传至主站，达到主站对各段的监控与分析。

3.4 改进型就地控制馈线自动化方式应用

针对传统的馈线方式出线开关动作频繁、不能缩小停电区域、反复重合停电的缺点，改进的就地控制馈线自动化主要通过增设断路器和负荷开关将主干线分为几段，实现对馈线的分段监测与控制，同时应用线路分段故障隔离技术，通过有效地配合来减少出线断路器的跳闸次数[6]，提高重合闸成功率。该方式下的故障隔离具体过程见图4。

图4 改进型就地控制FA方式实例

在图4中，通过增设断路器与负荷开关将主干线分为两段，其中CB为馈线出线断路器(带时限保护延时较长)，FB为主干线分段断路器(带时限保护延时较短)，ZB为分支线分界断路器(带时限保护延时短)，FSW为主干线分段负荷开关，ZSW为分支线分段负荷开关。该方案主要通过有效的配合使线路实现分段控制。若主干线Ⅱ段内FSW2出口侧发生永久性故障，FB先跳闸，FSW2、ZB、ZSW1、ZSW2失压，数秒后FB第一次合闸，FSW2一侧有压，延时数秒后合闸，由于永久性故障，FB再次跳闸，FSW2分闸并闭锁合闸，数秒后FB再次合闸，这样成功隔离了故障区域。若分支负荷侧ZSW1出口侧发生故障，ZB先跳闸，ZSW1、ZSW2失压，数秒后ZB第一次合闸，ZSW1、ZSW2一侧有压，如ZSW1延时5 s后合闸，ZSW2延时10 s合闸，ZSW1先合闸，ZB又一次跳闸，ZSW1分闸并闭锁合闸，数秒后ZB二次重合，ZSW2一侧有压，10 s后合闸，这样成功隔离了ZSW1侧的故障。

该方式主要适用于非城市中心对供电要求不高的架空网络，同时增设断路器、负荷开关较为方便的区域负荷及用户。在该方式中增加FTU同样可以将遥测、遥信量上传至主站，实现主站对全网的拓扑分析与监控。但该方式对设备之间的配合度要求较高，所以对设备的选取及事先分析显得较为重要。另外，该方式在南方电网中已初步应用并取得一定成果，为该方案的设计提供了理论支持。

4 结论及建议

通过上述分析，从可靠性与经济性角度出发，在配电网中对于供电可靠性高的政治中心等重要负荷应采用集中型全自动FA方式以方便对整个系统的监控；对于供电可靠性稍低的负荷，在电缆线路采用二遥故障定位、在架空线路采用二遥馈线自动化方式即可满足需求；对于供电要求不高的非城市中心区域的架空网络，采用改进型就地控制馈线自动化方式较为简单，且经济实用。

对于石家庄市试点区域较为复杂的一次网架结构，从可靠性与经济性出发，考虑到试点区域主要为市中心繁华地带，所以建议以集中型全自动FA方式为主，但同时作为其他区域配网发展的模范，同时应兼顾其他几种方式，充分体现从半自动化到逐步改造为全自动化的过程。对于和平路和槐中路附近区域，建议其电缆线路采用二遥故障定位方式、架空线路采用二遥馈线自动化方式；对于休门街、翟营大街附近区域的架空线路，建议采用改进型就地馈线自动化实现方式。

参考文献：

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[2] 方富淇．配电网自动化[M]．北京：中国电力出版社，2000．

[3] 黄汉棠．地区配电自动化最佳实践模式[M]．北京：中国电力出版社，2011．

[4] 陈 刚，李晓明，曾 鹏，等．配电及馈线自动化技术探讨[J]．湖北电力，2009，33(3)：28-30.

[5] 高艳平，陈 林，杨 健．郑武线馈线保护存在问题分析及改进措施[J]．电力科学与工程，2006(3)：41-43．

[6] 张延辉，郑栋梁，熊 伟．10 kV馈线自动化解决方案探讨[J]．电力系统保护与控制，2010，38(16)：150-152.