配电网馈线自动化技术路线探讨

2023-01-11王有的

今日自动化 2022年10期

王有的

(广州市电力工程设计院有限公司，广东广州 510000)

配电线路一般采用过电流保护，由于配电线路长度有限，阻抗沿线路变化幅度不大，不同地点发生短路的短路电流值相差不大，只通过电流整定级差很难实现分级保护，若是通过时间上的配合实现选择性，由于保护动作延时过长，将导致短路电流与电压骤降长时间存在，会加重对电力设备和敏感负荷的伤害。因此，利用各级保护之间的通信实现电流保护配合，解决保护速动性与选择性之间的矛盾，这种综合了继电保护、配电终端单元（DTU 或FTU）遥控、通信的智能馈线自动化（FA）模式便应运而生。

按照FA 的实现模式，可分为3种类型：①就地型。即基于配电终端处理当地测量信息的就地控制方式。②集中型。即基于主站的集中控制方式。通过配电主站和配电终端配合，借助通信手段进行故障处理。③分布型。基于相关配电终端间交换实时数据的分布型智能控制方式，通过配电终端之间的相互通信进行故障处理。

1 就地型智能型FA

1.1 电压时间型FA故障处理过程

（1）如图1所示为一个典型的10 kV 带联络开环运行线路，变电站出线断路器CB1配置电流速断保护（延时0.2 s），两次重合闸；线路FS1-FS4开关及联络开关LS 为电压时间型自动化负荷开关；分段断路器FB1电流速断保护0 s 动作，不具备电压时间型功能，仅起到分段作用，当故障点位于FB1负荷侧时，能减少约1/2的停电范围。

图1 电压时间型FA线路接线

（2）若K 点发生短路故障，CB1检测到故障电流，保护动作CB1第一次跳闸，如图2所示。

图2 出线断路器第一次跳闸

（3）LS 左侧所有电压时间型开关失压而分闸，LS 单侧失压而启动计时器倒计时。如图3所示。

图3 电压时间型开关失压分闸

（4）CB1 第一次跳闸后1 s，第一次重合闸，将电送到FS1电源侧。如图4所示。

图4 出线断路器第一次重合闸

（5）FS1得压后延时7 s合闸，将电送到FS2电源侧。如图5所示。

图5 第一级电压时型开关得压延时合闸

（6）FS2得压后延时7 s合闸，将电送到FS3电源侧。如图6所示。若是瞬时性故障，则合闸成功，下游开关继续执行得压延时合闸，送电至LS 左侧，LS 两侧得压，复归一侧失压后合闸计时，线路恢复正常供电。

图6 第二级电压时间型开关得压延时合闸

（7）若是永久性故障，因FS2合到故障点，CB1第二次保护动作跳闸。如图7所示。

图7 出线断路器第二次跳闸

（8）FS1、FS2因失压再次分闸。FS2因合闸后Y（短）时间内失压而闭锁合闸；FS3因瞬时加压而闭锁合闸，自此，完成故障的定位与隔离。如图8所示。

图8 故障点定位与隔离

（9）CB1 第一次跳闸延时5 s 后第二次重合闸，恢复CB1至FS1间非故障线路供电。如图9所示。

图9 出线断路器第二次重合闸

（10）FS1得压后延时7 s 合闸，恢复FS1至FS2之间非故障段供电。如图10所示。

图10 各级电压时间型开关依次得压延时合闸

（11）LS 因单侧失压启动计时器，计时到后合闸，FS4得压后合闸，由联络电源供电至故障点下游非故障区段负荷。如图11所示。自此，完成故障处理全过程。

图11 联络开关合闸转供电

1.2 电压时间型FA特点

通过以上故障处理过程分析，电压时间型FA 是一种无通信通道的FA 模式，各开关之间无信息交互，动作逻辑简单，建设成本低；不依赖于主站系统，也不需要通信系统支持。

其也有一定局限性：①配电线路运行改变后，需对终端逻辑定值进行调整；②发生故障时，需要通过开关逐个按顺序依次重合来加以恢复，故障定位、隔离及非故障区域恢复供电时间长；③依靠故障上游断路器的重合器切除故障，停电范围大。

2 集中型FA

2.1 基本的集中型FA故障处理过程

（1）如图12所示，以馈线开关采用负荷开关为例，各馈线开关配置过电流保护，只传信号到FA 主站，配电主站具备集中型FA 功能，FA 启动条件设置为分闸加保护，系统不断监听故障信号，判断故障信号是否满足启动条件。

图12 集中型FA线路接线

（2）当K 点发生故障，出线断路器CB1 保护动作第一次跳闸。主站收到CB1 分闸信号和FS1、FS2、FS3及FS4电流保护动作信号，启动FA 程序。如图13所示。

图13 FA程序的启动

（3）CB1延时第一次重合闸，若是瞬时故障，则CB1 重合成功。一定延时后，主站收到FS1、FS2、FS3及FS4过电流保护动作信号，进行故障处理计算，推出FA 方案窗口，故障定位为FS4与FS5之间线路发生瞬时故障，同时推出相关单线图，对故障分段进行着色显示（图中以粗线显示）。如图14所示。

图14 线路瞬时故障定位

（4）若是永久性故障，则CB1重合不成功，第二次跳闸。主站收到FS1、FS2、FS3 及FS4 过电流保护动作信号，进行故障处理计算，推出FA 方案窗口，故障定位为FS4与FS5之间线路发生永久性故障，同时推出相关单线图，对故障分段进行着色显示（图中以粗线显示）。给出故障隔离方案为断开FS4与FS5两台开关，恢复故障点上游供电的方案是合上CB1，恢复故障点下游供电的方案是合上LS。如图15所示。

图15 永久性故障定位

（5）主站向DTU2 及DTU3 下发分闸命令，对FS4及FS5执行分闸操作。然后主站向CB1下发合闸命令，CB1合闸。如图16所示。

图16 故障隔离和故障点上游恢复供电

（6）故障隔离成功后，主站向DUT4下发合闸命令，对LS 执行合闸操作，故障点下游非故障区域实行转供电。如图17所示。

图17 故障点下游非故障区域恢复供电

2.2 集中型FA特点

通过以上故障处理过程分析，集中型FA 是通过变电站出线断路器及时切除故障，配电主站借助通信系统搜集配电终端上送的信息（过电流动作信号），综合判断故障区域，推出FA 方案，给出隔离故障及恢复非故障区域供电方案，由主站向各配电终端发出分闸、合闸指令，从而完成故障的定位、隔离及非故障区的恢复供电全过程。

3 分布智能型FA

3.1 缓动型（馈线开关配置负荷开关）故障处理过程

（1）假设图18所示的K 点发生故障。

图18 缓动型分布式FA线路接线

（2）CB1 检测到故障电流后保护跳闸。如图19所示。

图19 出线断路器第一次跳闸

（3）之后CB1进行一次重合闸，若是瞬时性故障，则线路恢得正常供电。如图20所示。

图20 出线断路器第一次重合闸

（4）若是永久性故障，CB1再次检测到有故障电流，DTU2及DTU3检测到FS1、FS2、FS3及FS4流过故障电流，DTU4 与DTU5 没有检测到故障电流。CB1再次合闸到故障点上，保护再次跳闸。如图21所示。

图21 出线断路器第二次跳闸

（5）通过DTU 间的信道，各DTU 对等信息交互后，DTU3得知FS4检测到故障电流而FS5没有检测到故障电流，判定故障在FS4与FS5之间。DTU3发出分闸指令跳开FS4，并组播“FS4 隔离跳闸”；DTU4发出分闸指令跳开FS5，并组播“FS5隔离跳闸”。自此，完成故障的定位与隔离，FS4与FS5闭锁合闸。如图22所示。

图22 故障定位与隔离

（6）DTU1、DTU5收到“FS4隔离跳闸”和“FS5隔离跳闸”，DTU1 向CB1 发出合闸指令，DTU5 向LS 发出合闸指令，CB1及LS 执行合闸操作，恢复故障点上游及下游非故障区供电。如图23所示。

图23 非故障区域恢复供电

3.2 速动型（馈线开关配置断路器）故障处理过程

与缓动型相比，速动型由于馈线开关采用断路器，可以一步到位由馈线断路器直接切除故障，同步完成故障定位与隔离，变电站出线断路器无需设定重合闸，详尽的故障处理过程不再赘述。

该模式的特点在于：①速动型技术方案可以一次直接跳开故障点两侧开关，变电站出线无需跳闸；②对配电网不造成不必要的冲击，免去了保护整定时间的设置和配合；③故障隔离速度快，0.2 s 内故障定位，数秒级内隔离故障与恢复供电。

3.3 技术特点对比

综上所述，就地智能型FA、集中型FA 和分布智能型FA 三种技术方案的基本原理、动作逻辑等方面技术特点各有优劣，表1从故障定位及隔离、通信方式要求、投资成本等方面进行综合比较，进一步熟悉各种技术路线的优缺点，以便依据供电可靠性、一次网架水平、一次设备水平、通信条件、用电负荷等级、投资规模及升级发展前景等条件选择符合当地电网条件的技术先进、经济高效、安全可靠的配网自动化技术路线方案。详见表1。