雷 楊，李朝暉，饒渝澤，宿 磊，車方毅

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司荊門供電公司，湖北 荊門 448000）

0 引言

智能配電系統(tǒng)是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢，而配電自動化是智能配電系統(tǒng)中“智能感知”的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)配電網(wǎng)可觀、可測、可控的重要基礎，饋線自動化承擔著配電自動化系統(tǒng)故障判定和故障處理功能，綜合應用自動化裝置或系統(tǒng)，迅速定位并隔離配電網(wǎng)故障。目前，饋線自動化主要模式包括集中型、就地型（包括智能分布型和重合型）、故障定位型，根據(jù)《國家電網(wǎng)公司“十三五”配電自動化建設實施意見》要求，“大部分A+、A、B類和部分C類供電區(qū)域，對配電線路關鍵節(jié)點進行自動化改造，實現(xiàn)故障區(qū)間就地定位和隔離，非故障區(qū)域可通過遙控或現(xiàn)場操作恢復供電。針對A+和A類供電區(qū)域，新建改造線路以安裝“三遙”終端為主，饋線自動化以集中型方式為主；針對B、C類供電區(qū)域，架空線路饋線自動化優(yōu)先采用就地重合式，電纜線路饋線自動化采用集中式。”在目前的建設模式下，集中型饋線自動化成為城區(qū)及部分城郊饋線自動化的主要部署模式，在配電自動化建設應用過程中占踞舉足輕重的地位。本文從集中型饋線自動化的原理入手，基于湖北電網(wǎng)配電自動化建設應用情況，對集中型饋線自動化應用過程中出現(xiàn)的各類問題及其原因進行分析闡述，并針對性提出了優(yōu)化思路。

1 集中型饋線自動化技術原理

集中型饋線自動化的整體部署模式包括3層結構，一是主站層，負責整個配電自動化系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)信息的監(jiān)控和管理，饋線自動化動作策略的制定；二是通信層，負責信息傳輸；三是設備層，包括配電終端和一次設備，負責系統(tǒng)內(nèi)設備狀態(tài)信息的采集，并執(zhí)行饋線自動化策略。整體架構如圖1。

圖1 集中型饋線自動化整體架構Fig.1 Structureof centralized feeder automa tion

集中型饋線自動化由配電終端設備、通信網(wǎng)絡、配電主站功能模塊共同組成，故障發(fā)生時，由配電主站根據(jù)采集到的故障信息，判斷故障區(qū)間，并結合實際電網(wǎng)負荷情況制定故障隔離方案，通過全自動或半自動方式實現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)域的供電恢復[1]。通常在故障判斷過程中，配電主站所采集的信息包括配電終端發(fā)送的故障告警信息、開關位置狀態(tài)、由調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)送的變電站出線開關動作狀態(tài)及保護動作信息、重合閘動作信息等。集中型饋線自動化的啟動條件為：變電站出線開關（部分地區(qū)由于EMS信息暫無法傳輸至配電自動化主站，采用變電站出線開關后的第一級開關替代變電站出線開關）的保護動作信息、開關變位信息均傳輸至配電自動化主站。根據(jù)網(wǎng)架結構的不同，集中型饋線自動化主要的故障判斷模式有兩種，一是針對單電源點網(wǎng)絡，由于故障電流方向確定，通常只需要根據(jù)故障電流的分布即可判斷出故障點；二是針對多電源環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡，由于故障電流方向不確定，通常需要根據(jù)故障功率方向綜合判斷出故障點[2]。以上兩種故障判定方式的示例如下：

（1）單電源點開環(huán)網(wǎng)絡

對于單電源點開環(huán)網(wǎng)絡，以圖1為例，在發(fā)生故障時，變電站出線開關CB1跳閘，配電主站接收到CB1開關變位信息及保護動作信息后，啟動饋線自動化功能，通過收集到的配電終端過流告警信息確定故障點，在圖1所示結構中，F(xiàn)1、F2感受到故障電流，而F3、F7則未感受到故障電流，因此可判定故障位于F2、F3、F7之間。在采用全自動的饋線自動化模式下，配電主站推送并執(zhí)行故障隔離策略，在采用半自動的饋線自動化模式下，配電主站推送故障隔離策略，由運維人員操作進行故障隔離。

圖2 集中型饋線自動化處理邏輯一Fig.2 Processing logic of centralized feeder automation（1）

（2）多電源點閉環(huán)網(wǎng)絡

對于多電源點閉環(huán)網(wǎng)絡，以圖2為例，在發(fā)生故障時，由于在故障發(fā)生時，閉環(huán)網(wǎng)絡中各終端均可能感受到故障電流，在這種情況下，通常以故障功率方向判斷故障點，配電主站根據(jù)圖示故障發(fā)生時刻的功率方向，可以判斷出故障位于F2、F3和F7之間，進而推送故障隔離策略。

圖3 集中型饋線自動化處理邏輯二Fig.3 Processing logic of centralized feeder automation（2）

2 集中型饋線自動化影響因素分析

集中型饋線自動化通過配電主站搜集配電終端上送的告警信息綜合判斷故障區(qū)間，信息收集的全面性是其故障判斷準確性的基本保障，因此通常情況下，集中型饋線自動化啟動后將預留15至30 s的故障信息收集時間，故障判定時間需數(shù)秒，全自動化模式下整體故障處理耗時一般在十秒級，故障處理效率較傳統(tǒng)方式有了極大提升[3]。整體上來說，集中型饋線自動化易受主站功能部署、通信情況、終端性能等多方面的影響，具體分析如下：

（1）與主站功能部署的關系

集中型饋線自動化的核心在于配電主站收集到故障區(qū)域內(nèi)配電終端的告警及狀態(tài)信息之后，能夠準確推送故障隔離方案。因此主站功能部署在集中型饋線自動化的實用過程中就顯得尤為重要，關鍵點體現(xiàn)在3個方面，一是配電主站的網(wǎng)絡拓撲是否與實際匹配，以圖4為例，在配電主站的網(wǎng)絡拓撲與實際存在差異的情況下，配電主站推送饋線自動化策略時，會將故障定位在F1、F3、F7之間，從而斷開F1，導致故障范圍的擴大；二是配電終端在配電主站拓撲中的對應關系是否正確，在配電終端或主站的IP配置錯誤的情況下，例如F2和F4開關IP配置反，則FA策略執(zhí)行的時候，由于F4開關并無故障電流經(jīng)過，不存在故障告警信息，將導致配電主站認為F2開關無故障電流，從而判定故障位于F1、F2之間，導致故障隔離策略錯誤；三是配電主站能否正常接收變電站出線開關跳閘信息，由于配電主站的故障隔離策略啟動條件是變電站出線開關的保護動作信息、開關變位信息均傳輸至配電自動化主站，若配電主站無法從調(diào)度自動化系統(tǒng)中讀取變電站出線開關的狀態(tài)信息，將導致饋線自動化策略無法制定與推送。

圖4 拓撲錯誤情況下的處理邏輯Fig.4 Processing logicin topology error condition

（2）與通信情況、終端性能的關系

由于集中型饋線自動化對狀態(tài)信息的全面、完整性要求較高，導致集中型饋線自動化對通信的依賴性較強，在光纖中斷、光衰過大、通信延時過高、ONU等光設備損壞的情況下，都會導致終端狀態(tài)信息收集不完整，從而影響?zhàn)伨€自動化策略。與通信類似，在配電終端軟、硬件故障導致終端漏發(fā)或誤發(fā)故障信息的情況下，均容易導致饋線自動化故障推送錯誤，從而影響?zhàn)伨€自動化策略的正確性。

以圖5、圖6為例，圖5為通信及終端均正常情況下的集中型饋線自動化策略，通過終端上送的故障告警信息判定故障區(qū)間位于F2、F3之間，主站遠程遙控F2、F3分閘，并合CB1、L1恢復非故障區(qū)間供電。在F2終端因為終端缺陷無法上送故障告警信息、或F2終端與主站通信不暢導致故障告警信息無法上送的情況下，將導致主站在接收到CB1跳閘信息后僅通過F1故障告警信息判定故障位于F1、F2之間，從而推送并執(zhí)行錯誤的饋線自動化策略，分F1、F2擴大故障范圍，在故障隔離開后，通過合開關L1及F3恢復非故障區(qū)供電的過程中，再次合閘于故障，導致變電站B的出線開關CB2跳閘，再次執(zhí)行集中型饋線自動化策略，分F3隔離故障。在本案例中，由于F2終端無法正確上送故障告警信息，導致變電站A側故障隔離區(qū)間擴大，影響了F1至F2區(qū)間內(nèi)支路用戶的供電，同時變電站B側在供電恢復過程中再次合閘于故障，亦導致安全風險。

圖5 終端或通信異常情況下的處理邏輯Fig.5 Processing logicin equipment or channel error condition

3 集中型饋線自動化相關問題及優(yōu)化策略分析

集中型饋線自動化能夠在10 s級的時間內(nèi)迅速定位故障，在自動化模式下能夠在數(shù)分鐘隔離故障并恢復非故障區(qū)間的正常供電，對縮短故障停電時間，提高配電網(wǎng)運行維護效率有著重要意義，在目前的建設模式下，集中型饋線自動化是全國城市核心區(qū)的主要饋線自動化部署模式，但是由于集中型饋線自動化尚處于建設發(fā)展階段，相關技術仍處在不斷完善和成熟過程中，在實際的應用過程里，集中型饋線自動化依然存在一些問題。以湖北電網(wǎng)為例，截止2018年1月，湖北電網(wǎng)已接入國網(wǎng)配電自動化運維管控系統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)覆蓋配電主站4套，線路420條，包含配電終端973臺。配電自動化覆蓋區(qū)域以城市核心區(qū)為主，饋線自動化功能部署線路為401條，集中型饋線自動化模式占比100%，但是饋線自動化實際投入線路條數(shù)僅85條，全年饋線自動化啟動次數(shù)為19次，饋線自動化實際應用效果欠缺，通過配電自動化系統(tǒng)自動分析處理故障的功能未能完全體現(xiàn)，也極大地限制了配電自動化的全面建設工作。整體來說，有3個方面的原因，具體分析如下：

（1）運維調(diào)試工作量較大，調(diào)試成本過高

集中型饋線自動化的建設主要依賴“三遙”配電終端，需要采用光纖通信方式，對應的建設和調(diào)試成本相對較高，且對應“三遙”配電終端的蓄電池也主要采用蓄電池作為主后備電源，相應的運維工作量較大。在功能調(diào)試方面，目前集中型饋線自動化主要采用同步注入式測試法[4]，即在采用集中型饋線自動化線路的配電終端處利用故障發(fā)生裝置進行故障量輸入，各故障發(fā)生裝置采用GPS時鐘進行同步，模擬現(xiàn)場故障情況，并將主站側生成的饋線自動化策略與擬定策略進行比對，驗證相關功能的正確性。采用同步注入式測試法的過程中，注入故障量的終端處必須由人工進行操作，主站側需要人員進行饋線自動化策略核對，整體調(diào)試工作量較大，周期較長，對人員數(shù)量的要求較高，目前的測試成本也在每條線路3萬元左右，接近甚至超過部分線路的配電終端造價。由于測試人員及測試周期需求過大，目前湖北電網(wǎng)完成集中型饋線自動化功能測試并實際投入的線路僅占具備饋線自動化功能線路的20.24%。

（2）對通信、終端質(zhì)量依賴較大，推送策略的正確性難以保證

如前文所述，集中型饋線自動化依賴區(qū)域內(nèi)采集信息的完全正確性[5]，因此對通信、終端的依賴性較大，而目前配電自動化終端、通信設備廠家較多，設備質(zhì)量參差不齊，且由于設備運行于戶外，運行條件較惡劣，加之受到市政施工的影響，導致設備故障率較高。據(jù)統(tǒng)計，2017年湖北電網(wǎng)配電自動化系統(tǒng)共發(fā)生缺陷299起，其中通信缺陷占比50.83%，以光路故障、通信設備故障為主，配電終端缺陷占比39.46%，以蓄電池或電源回路故障、對時異常、終端軟硬件故障為主。故障大多表現(xiàn)為配電終端掉線、信號誤發(fā)或漏發(fā)，對于集中型饋線自動化的實用化投入產(chǎn)生了極大的影響。

（3）現(xiàn)場運維人員對集中型饋線自動化的熟悉程度不夠

由于目前配電自動化建設尚處起步階段，建設主要集中在城市核心區(qū)，且由于傳統(tǒng)配電運檢主要以一次設備為主，相關技術人員對配電自動化設備的運維經(jīng)驗不足，對饋線自動化的基本原理、部署模式、技術關鍵點等還比較模糊；測試過程中，由于同步注入測試法在配電主站和關鍵配電終端處都需要調(diào)試人員參與，運維人員也明白掌握測試全過程也需要一個階段。因此現(xiàn)有的集中型饋線自動化的測試和運維過程主要依賴廠家，導致運維技術力量有限，由于測試效率限制，導致目前集中型饋線自動化投入率較低，實用化情況欠佳。

相對于就地型，集中型饋線自動化大量采用光纖通信模式，配置范圍內(nèi)的配電終端也多為“三遙”類型，不需要人工進行故障查找和隔離，自動化程度相對較高。且集中型饋線自動化可以在全自動、半自動模式下進行切換，策略靈活性較強，在城市核心區(qū)進行應用有較大的技術優(yōu)勢，因此，如何解決集中型饋線自動化在現(xiàn)有模式下的技術問題，提高應用效率，是配電自動化建設過程中一個亟待解決的問題，針對上述問題，提出以下3點建議。

①結合設備檢測工作開展饋線自動化調(diào)試

集中型饋線自動化的測試工作是相關功能投入的必要條件之一，目前針對集中型饋線自動化采用的測試方案對于人員、設備的要求較高，單條線路測試耗時也較長，且每臺故障發(fā)生裝置之間的對時、故障電氣量的設置都要有配合關系，導致整體測試效率較低，從而影響了集中型饋線自動化功能的投入。由于集中型饋線自動化測試主要目的是驗證以下3項內(nèi)容：一是配電主站和現(xiàn)場實際的網(wǎng)絡拓撲關系是否一致；二是配電終端是否能正常感應并報送故障、正確響應主站發(fā)出的遙控操作指令；三是通信通道是否正常，各類信息是否能正確傳輸。2016年以來，大部分新增配電終端在安裝投運之前，均進行了倉庫調(diào)試和現(xiàn)場聯(lián)調(diào)，通過倉庫調(diào)試可以驗證配電終端單體的功能，而通過現(xiàn)場聯(lián)調(diào)則可以驗證通信通道的正確性，并核對配電終端在配電主站中的位置是否正確。因此，在現(xiàn)有的配電自動化建設模式下，可以通過設備檢測和聯(lián)調(diào)工作完成集中型饋線自動化的大量功能驗證工作，在確保設備和通道無誤后，集中型饋線自動化的測試焦點主要就集中在配電主站的網(wǎng)絡拓撲關系和饋線自動化策略是否正確，而該項功能測試可以在配電主站仿真態(tài)下進行，通過這種測試模式，可以極大地減少現(xiàn)場調(diào)試的人員及時間投入，并保證集中型饋線自動化功能的正確性。在實際投入過程中，可以先試運半自動型饋線自動化，逐步向全自動型饋線自動化過渡。

②優(yōu)化集中型饋線自動化與繼電保護的配合模式

饋線自動化與配電網(wǎng)繼電保護無法相互取代，大部分10 kV配網(wǎng)線路分支數(shù)量較多，集中型饋線自動化在主干線具備較好的適用性，但是如果覆蓋到分支線路，則對應的策略配置工作量會大幅增加，且由于涉及到的配電終端及通信設備過多，對應的運維工作量也將大大增加。因此做好集中型饋線自動化和繼電保護的配合是提高集中型饋線自動化建設實效的重要途徑，建議在集中型饋線自動化部署區(qū)域內(nèi)，采用如下方式進行部署:對于主干線采用集中型饋線自動化，路徑上開關可采用負荷開關；對于用戶分支或分界開關投入過流保護，采用斷路器，與變電站出線開關進行延時級差配合。采用這種部署模式的情況下，在用戶分支發(fā)生故障時，對應的分支斷路器將首先跳閘隔離故障，而在主干線發(fā)生故障時，則由變電站出線開關跳閘，通過集中型饋線自動隔離故障，配置示例如圖6所示。

③加強配電終端、通信設備的質(zhì)量管控

配電終端、通信通道缺陷對集中型饋線自動化有較大影響，提高故障消缺效率是提高集中型饋線自動化成功率的重要措施，而目前配電自動化設備、通道缺陷過多是影響集中型饋線自動化投入率及成功率的重要因素，因此，做好配電終端倉庫調(diào)試、現(xiàn)場調(diào)試工作，嚴把設備質(zhì)量；加強配電終端缺陷情況總結分析，對易損壞的終端插件備足備品備件，提高消缺效率；加強調(diào)度、運檢、通信等各專業(yè)人員的溝通協(xié)調(diào)，重視通信通道的檢驗質(zhì)量；通過“做早操”或日常巡檢工作及時排查設備或通道隱患，都是提高集中型饋線自動化、實用化程度的有利措施。

圖6 集中型饋線自動化配置示例Fig.6 Example of centralized feeder automation configuration

4 結語

目前集中型饋線自動化是城市核心區(qū)及部分城郊饋線自動化的主要部署模式，其應用效果在很大程度上決定了配電自動化的建設成效，本文闡述了集中型饋線自動化的基本原理和實現(xiàn)過程，并針對集中型饋線自動化的影響因素進行了分析，針對目前集中型饋線自動化存在的各種問題，提出了結合設備檢測工作開展饋線自動化調(diào)試，提高功能調(diào)試效率；優(yōu)化集中型饋線自動化與繼電保護的配合模式，優(yōu)化饋線自動化功能部署；加強配電終端、通信設備的質(zhì)量管控，提高饋線自動化成功率等建議。