楊甲磊 藺亞寧

摘? 要：饋線自動(dòng)化系統(tǒng)是保障配電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要保證，首先分析了饋線自動(dòng)化系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后對(duì)電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了闡述。對(duì)兩種饋線自動(dòng)化處理模式進(jìn)行分析并對(duì)比其優(yōu)缺點(diǎn)，最后對(duì)國(guó)內(nèi)饋線自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：饋線自動(dòng)化系統(tǒng);電壓時(shí)間型;配電自動(dòng)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）36-0120-02

Abstract： Feeder automation system is an important guarantee to ensure the safe operation of distribution network. Firstly， the research status of feeder automation system at home and abroad is analyzed， and then the working principle of voltage time feeder automation system is described. The two feeder automation processing modes are analyzed and their advantages and disadvantages are compared. Finally， the existing problems of domestic feeder automation system are summarized.

Keywords： feeder automation system; voltage time type; distribution automation

1 饋線自動(dòng)化現(xiàn)狀

隨著社會(huì)自動(dòng)化水平的不斷提高，國(guó)家智能電網(wǎng)的建設(shè)也在不斷推進(jìn)。智能電網(wǎng)以保證電網(wǎng)的運(yùn)行更加安全，供電更加可靠，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種能源并網(wǎng)為建設(shè)目標(biāo)。智能電網(wǎng)不斷完善信息上傳機(jī)制，實(shí)現(xiàn)信息的網(wǎng)絡(luò)化處理，診斷線路故障類(lèi)型，完成故障處理等。饋線自動(dòng)化，利用自動(dòng)化裝置實(shí)現(xiàn)輸電線路的狀態(tài)監(jiān)控，及時(shí)定位故障線路并對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行隔離，完成非故障區(qū)域的快速恢復(fù)供電。饋線自動(dòng)化系統(tǒng)能夠有效提高配電系統(tǒng)的可靠性，是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。

日本以及歐美等國(guó)家首次提出饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，50年代初期，饋線自動(dòng)化故障處理設(shè)備主要包括重合閘器、分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)等高壓設(shè)備。隨著國(guó)外饋線自動(dòng)化水平的不斷提高，采用信息融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了饋線信息的實(shí)時(shí)測(cè)量傳輸、故障定位與非故障區(qū)域的恢復(fù)供電等功能，即是SCADA系統(tǒng)。

20世紀(jì)90年代初，我國(guó)開(kāi)始了饋線自動(dòng)化裝備的相關(guān)研制，但僅有部分企業(yè)比較重視。饋線自動(dòng)化裝備的主要功能包括監(jiān)測(cè)和控制，實(shí)現(xiàn)線路的數(shù)據(jù)測(cè)量和設(shè)備之間的遙信和遙控，但饋線自動(dòng)化系統(tǒng)在20世紀(jì)后期才于各省市的配電網(wǎng)中開(kāi)始試運(yùn)行。隨著饋線自動(dòng)化功能要求的不斷提高，而早期的重合器只有一種類(lèi)型，因此，為了滿(mǎn)足功能的需要，利用多個(gè)重合器的相互配合完成饋線自動(dòng)化。饋線自動(dòng)化的目標(biāo)是為了實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)處理，非故障區(qū)域能夠在較短時(shí)間內(nèi)自主恢復(fù)供電，從而減小人工的投入。目前隨著智能饋線終端設(shè)備（FTU）的出現(xiàn)，饋線自動(dòng)化成為了可能。由于饋線自動(dòng)化系統(tǒng)大多運(yùn)行在開(kāi)環(huán)形式的配電線路中，因此，供電恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)且供電的可靠性也難以滿(mǎn)足。

目前，饋線自動(dòng)化分為兩種類(lèi)型，即集中型和就地型。饋線集中型利用通訊系統(tǒng)完成終端與主站之間的配合，判斷故障區(qū)域并通過(guò)主站遙控通訊實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)間的恢復(fù)供電。饋線就地型不依賴(lài)于與主站之間的通訊，通過(guò)保護(hù)配合和時(shí)序配合實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。目前主要的饋線就地型類(lèi)型主要分為電壓時(shí)間型、過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)器型、智能分布式等。

2 電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化

2.1 工作原理分析

電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化原理示意圖如圖1所示。線路由雙端電源供電，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)線路進(jìn)行故障處理，并經(jīng)過(guò)一定時(shí)間完成自動(dòng)重合閘實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的送電。變電站A與變電站B之間通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)AB進(jìn)行連接，a1～a4為變電站A供電區(qū)段的分段開(kāi)關(guān)，b1～b4為變電站B供電區(qū)段的分段開(kāi)關(guān)。

當(dāng)線路F1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，變電站A出錢(qián)斷路器D1檢測(cè)到線路故障，斷路器動(dòng)作跳閘，因此變電站A供電區(qū)段線路所有電壓型開(kāi)關(guān)因失壓而動(dòng)作分閘。與此同時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)AB因單端側(cè)失壓而啟動(dòng)自身計(jì)時(shí)功能。

故障跳閘后經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間t1，變電站A出線斷路器D1進(jìn)行重合閘。經(jīng)過(guò)t2時(shí)間后，變電站A出線分段開(kāi)關(guān)a1來(lái)電合閘，隨后a2來(lái)電合閘。由于合閘處線路存在故障，變電站出線斷路器D1再一次動(dòng)作跳閘。同時(shí)，對(duì)分段開(kāi)關(guān)a2、a3完成閉鎖，實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段隔離。

隨后，變電站A出線斷路器D1進(jìn)行第二次重合閘，變電站A出線至分段開(kāi)關(guān)a1處的非故障區(qū)間恢復(fù)供電。經(jīng)過(guò)時(shí)間t1，分段開(kāi)關(guān)a1至a2處的非故障區(qū)間恢復(fù)供電。待聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)AB計(jì)時(shí)到設(shè)定值，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)AB合閘，實(shí)現(xiàn)分段開(kāi)關(guān)a3至聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)AB處非故障區(qū)間的不間斷供電。

2.2 電壓時(shí)間型開(kāi)關(guān)特性

分段開(kāi)關(guān)具有“來(lái)電即合，無(wú)壓釋放”的開(kāi)關(guān)特性，工作過(guò)程中無(wú)方向選擇特性，只存在電壓的標(biāo)量特性。分段開(kāi)關(guān)具有X、Y時(shí)限，X時(shí)限為延時(shí)合閘時(shí)間，即從開(kāi)關(guān)一側(cè)加壓開(kāi)始，到該開(kāi)關(guān)合閘的時(shí)間，分段開(kāi)關(guān)的X時(shí)限一般記為XL時(shí)限。Y時(shí)限為故障檢測(cè)時(shí)間，即合閘后，如果在一定時(shí)限內(nèi)，線路又失壓，則開(kāi)關(guān)分閘、并保持在閉鎖狀態(tài)。

3 饋線自動(dòng)化故障處理模式分析

線路故障處理的基本原理是將電網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)劃分成幾個(gè)供電區(qū)域，利用聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)連成網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，將故障區(qū)域兩端的開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，再利用聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域的不間斷供電。目前，故障處理模式根據(jù)其特征可分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)為無(wú)通訊的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，第二類(lèi)為帶通訊的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.1 無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)

無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)主要利用饋線終端和一次開(kāi)關(guān)設(shè)備的相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和供電恢復(fù)功能。重合器和電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)主要利用重合器、分段器等設(shè)備進(jìn)行操作。重合器和電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)中，每一段線路延時(shí)逐級(jí)供電，對(duì)各臺(tái)開(kāi)關(guān)饋線終端分別設(shè)置自動(dòng)重合閘延時(shí)時(shí)間和電流檢測(cè)時(shí)間。各臺(tái)分段開(kāi)關(guān)的饋線終端當(dāng)檢測(cè)到電壓信號(hào)時(shí)，延時(shí)一定時(shí)間后發(fā)出合閘指令，分段開(kāi)關(guān)合閘后在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)電流。若電流值正常，則表明故障不在該段線路或故障為瞬時(shí)性;若電流值仍然異常，則表明故障發(fā)生在該段線路，且故障類(lèi)型為永久性故障，斷路器跳閘并對(duì)分段開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)閉鎖功能隔離故障區(qū)域。相鄰區(qū)段的分段開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)序要求下級(jí)分段開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)間大于上級(jí)分段開(kāi)關(guān)電流檢測(cè)時(shí)間，即只有在確定故障不在上級(jí)分段開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)再合閘下級(jí)分段開(kāi)關(guān)。

3.2 帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通訊技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)得到了極大發(fā)展。利用線路中的饋線終端裝置對(duì)線路節(jié)點(diǎn)電壓電流等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并對(duì)采集信息進(jìn)行分析判斷是否存在故障。若線路存在故障，則將故障信息上傳至調(diào)度終端，由終端對(duì)各節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行分析判斷、定位故障、遠(yuǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)隔離故障區(qū)間及恢復(fù)無(wú)故障區(qū)間供電。

3.3 兩種饋線自動(dòng)化分析比較

無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝難度小，無(wú)需增加通訊設(shè)備，故障隔離過(guò)程直接有效。饋線自動(dòng)化設(shè)備無(wú)需外加電源，建設(shè)費(fèi)用低且易于維護(hù)，故障判據(jù)易于整定便于工作在各類(lèi)復(fù)雜環(huán)境。但無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)存在的主要缺點(diǎn)是故障切除時(shí)間較長(zhǎng)，故障電流對(duì)設(shè)備沖擊較大。由于沒(méi)有通訊系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及故障分析。故障發(fā)生時(shí)，若開(kāi)關(guān)柜故障無(wú)法斷開(kāi)將造成故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失。實(shí)際工作中，無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)存在各級(jí)開(kāi)關(guān)保護(hù)邏輯時(shí)序配合困難的缺點(diǎn)。

帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)線路的信息集中監(jiān)控，無(wú)需考慮各級(jí)開(kāi)關(guān)之間的邏輯時(shí)序配合的問(wèn)題。帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)可進(jìn)一步縮短故障切除時(shí)間和減小故障對(duì)設(shè)備的沖擊。由于帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)度依靠通訊系統(tǒng)，從而導(dǎo)致實(shí)際工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于系統(tǒng)維護(hù)，且建設(shè)成本較高。

4 國(guó)內(nèi)配電饋線自動(dòng)化系統(tǒng)目前面臨的主要問(wèn)題

第一，國(guó)內(nèi)大多數(shù)饋線方式為輻射型，線路故障發(fā)生后，故障區(qū)域下游將全部停電，停電時(shí)間較長(zhǎng)，供電可靠性較差，不利于饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的推廣與應(yīng)用。

第二，10kV饋線終端所采用的FTU只能完成開(kāi)關(guān)的分合閘功能，對(duì)于線路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)以及線路的保護(hù)功能不能應(yīng)用于開(kāi)關(guān)自身的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。由于開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期的開(kāi)合閘會(huì)造成機(jī)械結(jié)構(gòu)本體的變形，從而導(dǎo)致饋電線路中大量故障是由開(kāi)關(guān)本體所造成的。目前對(duì)于開(kāi)關(guān)本體的檢測(cè)主要依賴(lài)于設(shè)備的出廠試驗(yàn)和停電拆機(jī)檢修，而過(guò)于頻繁的拆機(jī)檢修將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的可靠性降低。因此，開(kāi)關(guān)設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)可有助于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的潛在故障隱患，提高開(kāi)關(guān)設(shè)備的可靠性。

第三，對(duì)于帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，由于線路監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)較多，且數(shù)據(jù)的傳輸依賴(lài)于通訊系統(tǒng)。若通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則將影響?zhàn)伨€自動(dòng)化系統(tǒng)的正常工作以及對(duì)于開(kāi)關(guān)本體的狀態(tài)分析。目前，大多數(shù)10kV饋線自動(dòng)化系統(tǒng)仍然為無(wú)通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)，因此，降低了配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)用性。

第四，目前已有的帶通訊饋線自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不存在加密功能，因此，若是配電網(wǎng)通訊系統(tǒng)受到黑客攻擊將會(huì)造成電力系統(tǒng)大面停電，降低供電的可靠性，將對(duì)正常的工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了極大的威脅。

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