李國武 吳 尚 王海彪

（國網(wǎng)張家口供電公司，河北 張家口075000）

0 引言

智能化配電網(wǎng)建設(shè)成為今后配網(wǎng)發(fā)展的核心內(nèi)容，智能化配電網(wǎng)內(nèi)涵要求供電高度可靠、電壓電能高度優(yōu)質(zhì)、供電方案高度靈活，饋線自動化在供電網(wǎng)絡(luò)中的實用化推廣，是對接上述要求的關(guān)鍵技術(shù).現(xiàn)有各種類型的饋線自動化技術(shù)，但在實際運行中存在一些問題，為了進一步提升饋線自動化關(guān)鍵技術(shù)本身的可靠性及可信賴程度，從實用化的標準出發(fā)，研究基于故障回推理論的饋線自動化技術(shù)，可以有效提升技術(shù)理論本身的可靠性，另外該方法對通信系統(tǒng)的依賴程度相對較弱，其實用化程度將顯著提高.

1 饋線自動化技術(shù)概述

1.1 饋線自動化技術(shù)基本功能

饋線自動化（FA，feeder automation）是指利用自動化裝置或系統(tǒng)，監(jiān)視配電線路的運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)線路故障，迅速診斷出故障區(qū)間并將故障區(qū)間隔離，快速恢復(fù)對非故障區(qū)間的供電.

饋線自動化是配網(wǎng)自動化中的一項重要功能，故障處理是饋線自動化的首要任務(wù)，配網(wǎng)自動化是電力系統(tǒng)現(xiàn)代化的必然趨勢，其主要意義在于：當配網(wǎng)發(fā)生故障時，迅速查出故障區(qū)段，快速隔離故障區(qū)段，及時自動恢復(fù)非故障區(qū)域用戶的供電，因此縮短了對用戶的停電時間，減少了停電面積，提高了供電可靠性.

1.2 饋線自動化實現(xiàn)方式及優(yōu)劣分析

饋線自動化有兩種實現(xiàn)方式：當?shù)乜刂品绞胶图锌刂品绞?當?shù)乜刂品绞接纸须妷盒蛯崿F(xiàn)方式，通過重合器來實現(xiàn)，饋線失電壓時開關(guān)跳開，然后依時間延時順序試合分段開關(guān)，最后確定故障區(qū)段再隔離故障并恢復(fù)非故障區(qū)供電.集中控制方式，通過負荷開關(guān)、FTU（饋線自動化測控終端）加主站系統(tǒng)來實現(xiàn).由FTU檢測電流以判別故障，故障信息集中傳送到主站，由主站確定故障區(qū)段，然后由主站系統(tǒng)發(fā)遙控命令控制開關(guān)動作，完成故障隔離并恢復(fù)非故障區(qū)供電.集中控制方式由于引入了配電自動化主站系統(tǒng)，由計算機系統(tǒng)完成故障定位，因此故障定位迅速，可快速實現(xiàn)非故障區(qū)段的自動恢復(fù)送電，而且開關(guān)動作次數(shù)少，對配電系統(tǒng)的沖擊也小.

比較當?shù)乜刂坪图锌刂苾煞N實現(xiàn)方式，雖然在總體價格上，當?shù)乜刂品绞接捎诓恍枰髡究刂?、對通信系統(tǒng)可靠性要求低而有一定優(yōu)勢，但是就配電網(wǎng)絡(luò)本身的改造來看，當?shù)乜刂扑蕾嚨闹睾掀鞯膬r位要數(shù)倍于負荷開關(guān)，這在一定程度上妨礙了該方案的大范圍使用.相比之下，集中控制所依賴的負荷開關(guān)在城網(wǎng)改造項目中具有價格上的優(yōu)勢，在保證通信質(zhì)量的前提下，主站軟件控制下的故障處理能夠滿足快速動作的要求.因此，從總體上說，集中控制方式比當?shù)乜刂品绞骄哂忻黠@的優(yōu)勢.隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子、通信設(shè)備的可靠性不斷提高，計算機和通信設(shè)備的造價也愈來愈低，預(yù)計將來會廣泛地采用配電自動化主站系統(tǒng)配合遙控負荷開關(guān)、分段器來實現(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離及非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，能夠克服當?shù)乜刂品绞綆淼娜秉c.從最近幾年我國配電系統(tǒng)自動化的實施來看，越來越多的電力企業(yè)正在采用集中控制的饋線自動化方案.

但是，集中控制方式的缺點是，需要高質(zhì)量的通信通道及計算機主站，對通信系統(tǒng)要求較高，在線路故障時，要求相應(yīng)的信息能及時傳送到上級站，上級站發(fā)送的控制信息也能迅速傳送到FTU.當某一個或部分FTU出現(xiàn)故障或是通訊中斷，則主站系統(tǒng)根據(jù)不完整的信息可能無法定位故障位置或是定位錯誤.

2 基于故障回推饋線自動化故障定位方法

針對上述提出的集中式饋線自動化系統(tǒng)的缺點，提出一種基于故障回推的故障定位方法.該方法可以降低原集中式饋線自動化系統(tǒng)對通訊可靠性的過度依賴，當某一個或部分FTU出現(xiàn)故障或是通訊中斷，則主站系統(tǒng)根據(jù)不完整的信息依然可以準確定位故障位置.

本方法僅在集中式饋線自動化系統(tǒng)的主站或子站上實現(xiàn)，只需要對原有饋線自動化的主站或子站系統(tǒng)進行升級改造，而不需要對終端進行改造.

實施具體步驟如下：

2.1 系統(tǒng)開關(guān)及節(jié)點定義

在系統(tǒng)中定義開關(guān)和節(jié)點的屬性.開關(guān)屬性分為電源點開關(guān)，普通開關(guān)，分支線開關(guān)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)；節(jié)點屬性分為電源節(jié)點和普通節(jié)點，節(jié)點狀態(tài)分為正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，初始化時節(jié)點狀態(tài)默認為正常狀態(tài).然后，按照實際電力網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)置開關(guān)節(jié)點的連接關(guān)系；

電源點開關(guān)：與電源節(jié)點相連接的第一個開關(guān).

普通開關(guān)：開關(guān)兩側(cè)均可連接到電源節(jié)點的開關(guān).

分支線開關(guān)：只有一側(cè)可連接到電源節(jié)點的開關(guān).

聯(lián)絡(luò)開關(guān)：兩個電源的連接開關(guān)，負責恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，正常運行時狀態(tài)為分位.

2.2 理論基于的基本硬件和軟件環(huán)境

基于原有的饋線自動化系統(tǒng)，獲得實時的開關(guān)位置、節(jié)點狀態(tài)、故障信號.

2.3 故障回推理論方案設(shè)計

2.3.1 當有任一開關(guān)上報過流故障信號時，饋線自動化系統(tǒng)以發(fā)出故障信號的開關(guān)為起點，分別向該開關(guān)左右兩個方向按照節(jié)點及開關(guān)的連接關(guān)系對開關(guān)進行故障位置查找，依次檢查開關(guān)位置信號和節(jié)點屬性，直到電源節(jié)點或是開關(guān)位置處于分位開關(guān)，或是線路末端；

2.3.2 若搜索到節(jié)點屬性為電源點時，沿原搜索路線返回，直到發(fā)出故障信號的開關(guān)，同時將沿路節(jié)點狀態(tài)置為故障狀態(tài)；若搜索到末端節(jié)點或開關(guān)為分閘狀態(tài)則搜索結(jié)束，沿路的節(jié)點狀態(tài)保持原狀態(tài)，不進行改變；

2.3.3 檢查搜索過的所有開關(guān)兩側(cè)節(jié)點狀態(tài)，如開關(guān)兩側(cè)節(jié)點狀態(tài)一個為故障，一個為非故障，則該開關(guān)為隔離故障的開關(guān)，需要跳閘，而與該故障開關(guān)另一側(cè)非故障狀態(tài)的節(jié)點相連的未上報故障信號的普通開關(guān)為對側(cè)隔離故障的開關(guān)，需要跳閘；

2.3.4 隔離故障的開關(guān)的跳閘命令由主站下發(fā)給對應(yīng)開關(guān)的FTU，遙控跳閘，完成故障定位、隔離.

2.3.5 當故障隔離信息返回后，主站下發(fā)命令給聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電.

2.4 理論判據(jù)動作實例

如圖1所示，所有開關(guān)有唯一的開關(guān)編號，每個開關(guān)都定義有與其連接的左右節(jié)點，節(jié)點與其連接的開關(guān)對應(yīng)，根據(jù)連接關(guān)系便生成了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，如圖所示節(jié)點A、I為電源節(jié)點，開關(guān)K1、K8為電源點開關(guān)，K9、K10為分支線開關(guān)，K2－K7為普通開關(guān).

基于原有的饋線自動化系統(tǒng)可以獲得實時的開關(guān)位置信號、節(jié)點屬性、節(jié)點狀態(tài)及故障信號；當線路發(fā)生故障時，檢測到故障電流的FTU會將故障信號上報給主站系統(tǒng)，當主站系統(tǒng)收到任何一個故障信號即啟動故障搜索，故障搜索以檢測到故障信號的FTU對應(yīng)開關(guān)為起始點分別向左右開始搜索，依次查詢各開關(guān)的位置信號和節(jié)點屬性，直到電源節(jié)點或是開關(guān)位置處于分位開關(guān)，或是線路末端如圖1所示，故障點在F點，K1－K5開關(guān)的FTU都檢測到故障電流，并上報故障信號，以圖中K5開關(guān)為例，所示實線箭頭方向為故障搜索方向，如下搜索路徑：

圖1 饋線自動化理論判決動作示意圖

K5—＞F—＞K6—＞G—＞K7依次查詢開關(guān)位置和節(jié)點屬性，查詢到開關(guān)K7為分閘位置，搜索結(jié)束；

K5—＞E—＞K9—＞J—＞K10—＞K依次查詢開關(guān)位置和節(jié)點屬性，到末端節(jié)點，沒有其他開關(guān)與其連接，搜索結(jié)束；

K5—＞E—＞K4—＞D—＞K3—＞C—＞K2—＞B—＞K1—＞A搜索到電源節(jié)點，開始回推，當搜索到電源節(jié)點時，按原路徑回推到搜索開始的起點開關(guān)，并將沿路所有節(jié)點均設(shè)置為故障狀態(tài).

如圖1－1虛線箭頭所示路徑A—＞B—＞C—＞D—＞E節(jié)點狀態(tài)都設(shè)置為故障.

盡管動作最快的FTU啟動了搜索，但拓撲結(jié)構(gòu)中的所有FTU都要進行一輪搜索，所以可以解決部分FTU不啟動的問題，全部搜索都完成后，檢測所有開關(guān)的左右節(jié)點狀態(tài)，若某開關(guān)一側(cè)節(jié)點是故障狀態(tài)，另一側(cè)節(jié)點是非故障狀態(tài)，則該開關(guān)為需要隔離的故障開關(guān)，需要跳閘；非故障側(cè)的節(jié)點為故障點（即K6的F節(jié)點），與之相連的未上報故障信號的普通開關(guān)（K6）也是需要隔離故障的開關(guān)，需要跳閘，分支線開關(guān)則不需要隔離操作.如圖1中K5、K6為需要隔離故障的開關(guān).隔離開關(guān)的跳閘命令由主站下發(fā)給對應(yīng)開關(guān)的FTU，遙控跳閘.然后由主站系統(tǒng)下發(fā)遙控合閘命令至K7，完成非故障區(qū)域的恢復(fù)供電.

在上述情況下，如果開關(guān)K3、K4的FTU裝置發(fā)生故障或者通訊中斷，則其不能正確上報故障信息，此時其他開關(guān)正確上報故障信息可以使主站正常啟動故障搜索，搜索路徑與結(jié)果依然與上述舉例相同，K3、K4開關(guān)雖然沒有上報故障，但是其節(jié)點的故障標志在故障搜索回推的過程中被置上，仍然可以保證故障定位的正確性.常規(guī)的僅通過比較兩相鄰開關(guān)故障信息的故障定位方法，對于開關(guān)K3、K4的FTU裝置發(fā)生故障或者通訊中斷的情況，由于一側(cè)有故障，一側(cè)無故障的節(jié)點有C、E、F三個點，會導(dǎo)致故障定位的錯誤.

如果恰好是K5開關(guān)所在FTU發(fā)生故障或通訊中斷，K5不能上報故障信息，則按照故障判據(jù)會誤判故障點為E點，主站或子站發(fā)命令跳開K4、K5開關(guān)，由于K5對應(yīng)FTU通訊中斷，無法收到遙控命令，K5開關(guān)跳閘失敗，主站或子站等待一定延時（按照大于“開關(guān)動作時間＋分閘位置接點上送至主站時間”設(shè)定），沒有收到K5開關(guān)的分閘信息，啟動擴大化處理方案，發(fā)命令跳開K6開關(guān)，隔離故障點；該種情況下，K5開關(guān)FTU通訊中斷，僅影響到了故障的隔離范圍，故障點仍然可以被準確隔離，并且使故障隔離區(qū)域最小化.

本方法解決了集中式饋線自動化系統(tǒng)中如果有一個或者多個FTU本身故障檢測功能失效或者通訊中斷，饋線自動化系統(tǒng)將不能定位故障位置或是定位錯誤的缺陷，降低了集中式饋線自動化系統(tǒng)對通訊可靠性過度依賴.

3 基于故障回推技術(shù)及拓撲結(jié)構(gòu)的饋線自動化邏輯自愈

自愈能力作為保證電網(wǎng)可靠、優(yōu)質(zhì)供電的關(guān)鍵功能，是智能電網(wǎng)技術(shù)研究的重點.繼電保護與安全自動裝置作為實現(xiàn)自愈功能的主要設(shè)備，在高壓輸電網(wǎng)中，繼電保護已經(jīng)完全能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，通過快速繼電保護快速可靠、有選擇性的切除故障，并對系統(tǒng)進行在線安全評估和預(yù)警控制，防止出現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故導(dǎo)致的大面積停電，維護系統(tǒng)的穩(wěn)定性.但相對于輸電網(wǎng)，配電網(wǎng)直接面向用戶，是保證供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)運行效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但根據(jù)統(tǒng)計，目前用戶停電95%以上是由于配電系統(tǒng)原因引起，導(dǎo)致電能質(zhì)量惡化的主要原因也在配電網(wǎng).這些都對配電自動化提出了更高的要求.因此在配電網(wǎng)中也迫切需要實現(xiàn)故障的快速定位和隔離，在目前具有優(yōu)越通信條件的配網(wǎng)中完全有可能實現(xiàn)這一目標.

故障回推理論為拓撲結(jié)構(gòu)型的饋線自動化邏輯自愈功能實現(xiàn)成為最優(yōu)方案，適應(yīng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化頻繁的特點.當系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，根據(jù)電氣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖拓撲自動形成配電自動化動作邏輯及相關(guān)的策略，經(jīng)過技術(shù)評價后成為系統(tǒng)動作邏輯方案.

在建立配電自動化高效通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，當由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化造成智能終端配置及邏輯配合發(fā)生變化時，對等通信網(wǎng)絡(luò)中終端設(shè)備可根據(jù)重新給定的電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，調(diào)用合理的饋線自動化邏輯，滿足電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化要求.

［1］秦立軍，馬其燕.智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)，中國電力出版社，ISBN－978－7－5123－0674－5

［2］林永軍，施玉杰.配電網(wǎng)自動化實用技術(shù)，中國水利水電出版社，ISBN－978－7－5084－5479－5

［3］陳堂，趙祖康，陳星鶯，胡大良.配電系統(tǒng)及其自動化技術(shù)，中國電力出版社，ISBN－978－7－5083－1206－4

［4］黃漢棠.地區(qū)配電自動化最佳實踐模式，中國電力出版社，ISBN－978－7－5123－1479－5

［5］馮慶東，毛為民.配電網(wǎng)自動化技術(shù)與工程實例分析，中國電力出版社，ISBN－978－7－5083－5409－5

［6］張明光.電力系統(tǒng)遠動及調(diào)度自動化，中國電力出版社，ISBN－978－7－5083－9978－2

［7］國際大電網(wǎng)會議36.04工作組.發(fā)電廠和變電站電磁兼容導(dǎo)則

［8］要煥年，曹梅月.電力系統(tǒng)諧振接地，中國電力出版社，ISBN－978－7－5083－8038－4

［9］陳化鋼.電力設(shè)備異常運行及事故處理手冊，中國水利水電出版社，ISBN－978－7－5084－6165－6

［10］李景祿.實用配電網(wǎng)技術(shù)，中國水利水電出版社，ISBN－978－7－5084－3626－5

［11］劉健，贠保記，崔琪，等.一種快速自愈的分布智能饋線自動化系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2010，34（10）：82～86

［12］焦振有，焦邵華，劉萬順.配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)保護原理及分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2002，26（12）：75～78