莫品信

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名電白供電局）

0 引言

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中最接近用戶的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是制約供電可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)電力監(jiān)管部門的研究，我國(guó)電力用戶停電的最主要原因是由配電網(wǎng)故障引起的，而且電網(wǎng)損耗中的一半也發(fā)生在配電網(wǎng)[1]。按照發(fā)達(dá)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，提高供電可靠性最直接、最有效的技術(shù)手段是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化，而作為配電網(wǎng)自動(dòng)化核心部分的饋線自動(dòng)化在故障線路隔離、非故障線路快速恢復(fù)供電方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[2]。因此，本文對(duì) 10kV配網(wǎng)饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了分析。

1 10kV配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化模式與選擇

1.1 饋線自動(dòng)化模式

配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化（FA）模式可分為就地控制饋線自動(dòng)化（A型FA）模式、集中控制型饋線自動(dòng)化（B型FA）模式、分布式智能控制（C型FA）模式、網(wǎng)絡(luò)保護(hù)型饋線自動(dòng)化（D型FA）模式四類[3]。A型FA主要用于供電質(zhì)量要求不高的架空線路，例如城郊、農(nóng)村地區(qū)線路，其意義是基于就地電壓、電流的變化，并按照設(shè)定的邏輯程序，通過(guò)斷路器及分段器的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)故障線路隔離、非故障線路恢復(fù)供電。根據(jù)所檢測(cè)的信號(hào)，A型FA又分為電壓控制型（A-V型FA）、電流控制型（A-I型FA）和電壓電流控制型（A-VI型FA）三種。B型FA主要用于市區(qū)對(duì)供電質(zhì)量要求較高的架空線路或電纜線路，通過(guò)配電主站（B-M型FA）或配電子站（B-S型FA）集中收集饋線終端（FTU）的故障信息，并判斷、識(shí)別和定位故障區(qū)域，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電。按照線路類型的不同，B型FA又分為架空線路集中控制型和電纜線路集中控制型。C型FA主要用于對(duì)供電質(zhì)量要求很高的重要負(fù)荷區(qū)域，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)等通信方式，在數(shù)秒內(nèi)完成故障定位、故障區(qū)域隔離、非故障區(qū)域恢復(fù)供電。D型FA用于對(duì)供電質(zhì)量要求極高的重要設(shè)施，例如半導(dǎo)體集成電路廠、重要通訊設(shè)備、金融區(qū)等停電數(shù)秒也會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失或社會(huì)秩序混亂的廠礦、設(shè)施，主要運(yùn)行于電纜環(huán)網(wǎng)，并利用環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線開關(guān)直接切除故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān)，而非故障區(qū)域不受故障影響。

1.2 饋線自動(dòng)化面對(duì)的問(wèn)題與模式選擇

我國(guó)FA起步較晚，技術(shù)上尚有明顯不足之處。例如通信模式不統(tǒng)一，控制器功能不完善，F(xiàn)TU不具備可靠的本體狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，F(xiàn)TU中的永磁驅(qū)動(dòng)器可靠性還不夠理想，F(xiàn)A通訊安全防護(hù)功能不完善，存在含大量分布式電源（DG）配合性問(wèn)題，較少具備完善的小電流接地故障檢測(cè)與選線功能等。因此，F(xiàn)A的實(shí)現(xiàn)必須結(jié)合配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及一次設(shè)備狀況、功能需求、投資費(fèi)用等情況，經(jīng)過(guò)綜合分析比較選擇適宜的模式。首先，根據(jù)供電區(qū)域劃分類別，確定線路類型和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。然后再根據(jù)故障隔離功能、通訊實(shí)施條件、投資費(fèi)用等環(huán)節(jié)進(jìn)行選擇[4]。例如地級(jí)市市區(qū)B、C類供電區(qū)域主要線路類型為架空線路，必要時(shí)也可選擇電纜線路，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以環(huán)網(wǎng)為主，當(dāng)資金充裕、通訊條件好且對(duì)供電可靠性要求高時(shí)選擇C型 FA，資金、通訊條件及對(duì)供電可靠性要求一般時(shí)選擇B型FA，要求更低一些也可選擇A型FA。

2 10kV配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式

2.1 就地控制饋線自動(dòng)化模式實(shí)現(xiàn)方式

A型FA模式無(wú)需主站參與，不用建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)就能獨(dú)立地快速切除故障區(qū)域，它所依據(jù)的就是故障發(fā)生時(shí)的低電壓或電流消失現(xiàn)象，再配合重合器、分段開關(guān)的動(dòng)作，就能實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位、故障區(qū)域的切除和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。其中A-V型FA模式多用于“手拉手”環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以電壓時(shí)間為判據(jù)，線路中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)正常狀態(tài)為“常開”，分段開關(guān)正常狀態(tài)為“常閉”。故障發(fā)生時(shí)，電源側(cè)斷路器跳閘，引起故障區(qū)段分段開關(guān)因失電而依次跳閘，在一定時(shí)限內(nèi)電源側(cè)斷路器及線路分段開關(guān)逐級(jí)延時(shí)重合。如果故障為瞬時(shí)故障，那么整條線路都能恢復(fù)供電。但若故障為永久性故障時(shí)，合閘至故障點(diǎn)處，因電壓異常將再次引起電源側(cè)斷路器跳閘，那么就可以判斷故障點(diǎn)。第二次重合閘時(shí)，因故障點(diǎn)兩側(cè)分段開關(guān)記憶電壓異常而分閘閉鎖。電源側(cè)非故障區(qū)段恢復(fù)正常供電，但故障點(diǎn)另一側(cè)與開環(huán)點(diǎn)之間掉電，聯(lián)絡(luò)開關(guān)經(jīng)過(guò)一定延時(shí)合閘，為該非故障區(qū)段供電。A-I型 FA模式用于輻射線路，基于故障區(qū)段線路電流異常的特征，經(jīng)過(guò)開關(guān)的分合，當(dāng)故障點(diǎn)分段開關(guān)記錄故障電流達(dá)到 2次或以上時(shí)，分段開關(guān)分閘并隔離故障區(qū)段，而上游非故障區(qū)段恢復(fù)供電。A-VI型FA模式動(dòng)作過(guò)程在A-V型FA模式的基礎(chǔ)上，增加了故障電流輔助判據(jù)，當(dāng)分段負(fù)荷開關(guān)合閘后在設(shè)定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到線路失壓以及故障電流，則自動(dòng)分閘并閉鎖合閘，完成故障隔離，減小了線路分段開關(guān)逐級(jí)重合的次數(shù)，減少了逐級(jí)恢復(fù)供電帶來(lái)的非必要停電時(shí)間，然而由于采用了多級(jí)重合器（斷路器），投資費(fèi)用比A-V型FA要高。

2.2 集中控制型饋線自動(dòng)化模式實(shí)現(xiàn)方式

B型FA模式需要配電主站或配網(wǎng)調(diào)度人員的配合，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障處理。這種模式要求可靠性較高的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及開關(guān)設(shè)備，例如環(huán)網(wǎng)供電方式，開關(guān)設(shè)備也要具備電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)及必要的傳感設(shè)備。配電主站或配電子站根據(jù)FTU的數(shù)據(jù)判斷配網(wǎng)線路運(yùn)行是否正常，如果檢測(cè)到故障現(xiàn)象，利用歷史數(shù)據(jù)庫(kù)及專家系統(tǒng)等進(jìn)行自動(dòng)判斷，然后遙控故障開關(guān)隔離故障，再通過(guò)主站系統(tǒng)或配網(wǎng)調(diào)度人員恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。圖1為架空線路環(huán)網(wǎng)B型FA模式，其中 F1、F2為電源側(cè)出口斷路器，Q11～Q22為分段開關(guān)，RTU為遠(yuǎn)程終端單元，S為聯(lián)絡(luò)開關(guān)，K表示故障點(diǎn)，實(shí)線和虛線分別表示電力線路和通信線路。圖2為電纜環(huán)網(wǎng)B型FA模式，符號(hào)意義同圖1。以圖1為例，假設(shè)K處發(fā)生故障，電源1出口斷路器F1因故障電流跳閘，經(jīng)延時(shí)后重合，若是瞬間故障，則合閘成功，恢復(fù)供電；若為永久性故障，F(xiàn)1重合失敗，啟動(dòng)主站故障處理。當(dāng)主站檢測(cè)到 Q11有故障電流流過(guò)，而其他開關(guān)均無(wú)故障電流流過(guò)時(shí)，判定故障發(fā)生在 Q11、Q12之間，主站先以遙控方式讓Q11、Q12分閘，隔離故障區(qū)域，主站再發(fā)出遙控命令讓F1合閘恢復(fù)故障區(qū)域左側(cè)供電，讓S合閘恢復(fù)故障區(qū)域右側(cè)供電。

圖1 架空線路環(huán)網(wǎng)B型FA模式

圖2 電纜環(huán)網(wǎng)B型FA模式

2.3 分布式智能控制模式實(shí)現(xiàn)方式

C型FA模式在變電站出線開關(guān)和環(huán)網(wǎng)柜遠(yuǎn)程終端單元（RTU）處設(shè)置智能終端單元（STU），用于實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)開關(guān)的狀態(tài)及流過(guò)本處的電流，并通過(guò)光纖或無(wú)線方式實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。故障發(fā)生時(shí)，只斷開與故障區(qū)域有關(guān)的開關(guān)，無(wú)需上級(jí)開關(guān)或電源側(cè)斷路器跳閘，所以可減小故障影響范圍，保護(hù)的選擇性和快速性優(yōu)于B型FA模式。圖3為C型FA模式，RMU1～RMU4為環(huán)網(wǎng)柜，Q31為聯(lián)絡(luò)開關(guān)（常開），其他符號(hào)意義參照?qǐng)D1。以圖3為例，K處發(fā)生故障，F(xiàn)A功能啟動(dòng)，RMU1的STU能檢測(cè)到Q12開關(guān)的故障電流而 RMU2的 STU沒有檢測(cè)到 Q21的故障電流，RMU1的STU判斷故障發(fā)生在Q12、Q21之間，控制Q12跳閘的同時(shí)向RMU2處STU發(fā)出跳開Q21的信息，隔離故障區(qū)域，系統(tǒng)再發(fā)出遙控命令讓Q31合閘恢復(fù)故障區(qū)域右側(cè)供電。

圖3 電纜環(huán)網(wǎng)C型FA模式

2.4 網(wǎng)絡(luò)保護(hù)型饋線自動(dòng)化模式實(shí)現(xiàn)方式

D型FA用于閉環(huán)運(yùn)行的電纜環(huán)網(wǎng)，是基于光纖差動(dòng)保護(hù)的升級(jí)版智能分布式饋線自動(dòng)化技術(shù)方案，線路采用光纖縱差保護(hù)、開關(guān)柜母線采用母線差動(dòng)保護(hù)，以及網(wǎng)絡(luò)備自投技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜網(wǎng)主干線路故障的快速定位切除，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電，故障就地檢測(cè)及隔離，不依賴后臺(tái)主站，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)“零停電”。

3 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化已成為提高10kV配電網(wǎng)供電可靠性的核心環(huán)節(jié)，對(duì)于節(jié)能減排、發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)具有非常積極的意義。但饋線自動(dòng)化建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)從現(xiàn)有線路實(shí)際情況、供電可靠性需求等多方面綜合考慮，才能實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化的最佳效益。