何洪流，張銳鋒，付 宇，吳 鵬，肖小兵，李前敏

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng)550002)

饋線(xiàn)自動(dòng)化作為實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是保證配電網(wǎng)可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要手段，近幾年來(lái)受到了廣泛應(yīng)用[1-3]。 但就目前來(lái)看，我國(guó)多數(shù)饋線(xiàn)自動(dòng)化方案存在一定的局限性，沒(méi)有切實(shí)地根據(jù)不同供電區(qū)域的可靠性需求制定相應(yīng)的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案。 此外，對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的不正確操作也會(huì)造成線(xiàn)路運(yùn)行在過(guò)負(fù)荷狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成二次停電事故或是大面積停電事故發(fā)生，對(duì)供電可靠性造成極大的威脅。 因此，從多方面對(duì)現(xiàn)有的饋線(xiàn)自動(dòng)化方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)提升供電可靠性具有重要意義[4-7]。

國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)饋線(xiàn)自動(dòng)化在配電網(wǎng)應(yīng)用方面已有大量研究基礎(chǔ)。 文獻(xiàn)[8]基于終端注入法、不停電測(cè)試技術(shù)以及主動(dòng)干擾技術(shù)，研制了饋線(xiàn)自動(dòng)化故障測(cè)試儀，詳細(xì)介紹了該故障測(cè)試儀的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了所提出方法的可行性和優(yōu)越性；文獻(xiàn)[9]基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)配網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化線(xiàn)路的運(yùn)行情況進(jìn)行了分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析，找到影響?zhàn)伨€(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用可靠性和準(zhǔn)確性的重要影響因素，通過(guò)仿真測(cè)試探究配電網(wǎng)饋線(xiàn)自動(dòng)化線(xiàn)路存在的問(wèn)題，并對(duì)配電網(wǎng)可靠性進(jìn)行評(píng)估，確保饋線(xiàn)自動(dòng)化線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中的安全性和可靠性；文獻(xiàn)[10]提出了一種終端注入測(cè)試法用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試饋線(xiàn)自動(dòng)化功能有效性的方案，以工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為案例，詳細(xì)介紹了該測(cè)試法的測(cè)試步驟，并分析了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用存在的主要問(wèn)題及其解決方案；文獻(xiàn)[11]提出了主干線(xiàn)采用基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膮^(qū)域故障定位與隔離，分支線(xiàn)采用就地分界保護(hù)功能與變電站出口斷路器級(jí)差配合的新型就地饋線(xiàn)自動(dòng)化策略，并給出了配套產(chǎn)品的整體設(shè)計(jì)，工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了該方案的可靠性和準(zhǔn)確性；文獻(xiàn)[12]總結(jié)了造成饋線(xiàn)自動(dòng)化不正確動(dòng)作的相關(guān)原因并進(jìn)行分析，提出了一種遞進(jìn)式的饋線(xiàn)自動(dòng)化功能測(cè)試策略，該方法涵蓋了饋線(xiàn)自動(dòng)化功能投運(yùn)的全生命周期，保證了饋線(xiàn)自動(dòng)化啟動(dòng)成功率、動(dòng)作正確率，實(shí)際工程應(yīng)用效果驗(yàn)證了所提方法的有效性；文獻(xiàn)[13]在配網(wǎng)10 kV 線(xiàn)路的運(yùn)行管理中將10 kV 線(xiàn)路饋線(xiàn)自動(dòng)化和故障定位“二遙”這兩種系統(tǒng)的功能結(jié)合起來(lái)，提出了一種具備故障自動(dòng)定位隔離，且具有遙測(cè)遙信功能的配網(wǎng)自動(dòng)化綜合系統(tǒng)；文獻(xiàn)[14]提出一種饋線(xiàn)故障定位、隔離和供電恢復(fù)算法可靠性評(píng)價(jià)的無(wú)失效測(cè)試方法，通過(guò)Bayes 鑒定試驗(yàn)次數(shù)的選擇方法確定測(cè)試樣本空間，對(duì)每個(gè)測(cè)試樣本運(yùn)行結(jié)果對(duì)用戶(hù)方貢獻(xiàn)度取平均值，求解出算法的可靠性量化分值，實(shí)際工程應(yīng)用案例驗(yàn)證了所提可靠性評(píng)價(jià)方法的有效性；文獻(xiàn)[15]提出了一種基于混合型分布式終端配置的快速故障定位智能饋線(xiàn)自動(dòng)化控制方法，在遺傳算法的基礎(chǔ)上完成了對(duì)故障區(qū)域的快速準(zhǔn)確定位，采用疊加查詢(xún)的方法定位聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)段的快速恢復(fù)供電，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明這種控制方法可在數(shù)百毫秒內(nèi)完成故障定位、切斷和恢復(fù)供電等一系列程序。

上述研究文獻(xiàn)從不同方面對(duì)饋線(xiàn)自動(dòng)化在配電網(wǎng)中的應(yīng)用展開(kāi)研究，但鮮有文獻(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)的饋線(xiàn)自動(dòng)化故障處理方法進(jìn)行研究。對(duì)于配電網(wǎng)新增線(xiàn)路分支、分段開(kāi)關(guān)亦或是改變?cè)新?lián)絡(luò)點(diǎn)的工況，初始的保護(hù)配置方法已不能保障故障的正確處理，需要對(duì)新電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下的定值進(jìn)行修改[16-17]。 為此，本文提出了一種不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線(xiàn)自動(dòng)化故障處理方案。 通過(guò)分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)分別對(duì)供電區(qū)域和負(fù)荷點(diǎn)序號(hào)進(jìn)行劃分和編號(hào)，并對(duì)邏輯運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行整定；通過(guò)分析故障工況下，分段開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性，探究配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變后的故障處理流程。

1 配電網(wǎng)的邏輯劃分及運(yùn)行時(shí)間整定

1.1 供電區(qū)域的劃分及負(fù)荷開(kāi)關(guān)的編號(hào)

如圖1 所示，為配電網(wǎng)供電區(qū)域劃分及負(fù)荷編號(hào)結(jié)果示意圖。 圖1 中，QF 代表斷路器，QS 代表負(fù)荷開(kāi)關(guān)，其中QS71 和QS72 為聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。 在正常運(yùn)行工況下，以聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)作為分割點(diǎn)，將圖1 所示的配電網(wǎng)劃分為3 個(gè)區(qū)域模塊。 對(duì)每個(gè)區(qū)域模塊按照先主干線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)，然后大分支線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)，最后新增分支線(xiàn)分段開(kāi)關(guān)的順序?qū)Ψ侄伍_(kāi)關(guān)進(jìn)行編號(hào)。 其中，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的編號(hào)為0，分段開(kāi)關(guān)的編號(hào)從1 開(kāi)始。以圖1 的區(qū)域模塊1 為例，圖中，分段開(kāi)關(guān)QS11，QS12 和QS13 位于主干線(xiàn)上，從距離斷路器QF1 最近的分段開(kāi)關(guān)QS11 開(kāi)始依次對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，QS11編號(hào)為1，QS12 編號(hào)為2，QS13 編號(hào)為3。 接著，對(duì)分支線(xiàn)路上的分段開(kāi)關(guān)QS14 進(jìn)行編號(hào)，QS14 編號(hào)為4，若有新增分支線(xiàn)則編號(hào)順序依次往后。

圖1 供電區(qū)域及負(fù)荷序號(hào)的定義

1.2 邏輯運(yùn)行時(shí)間的整定

分段開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)間的整定主要有得電延時(shí)合閘時(shí)限整定以及合閘確認(rèn)時(shí)限整定量部分，又叫做X時(shí)間的整定和Y 時(shí)間的整定，其中，X＞Y；聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)間的整定主要是單側(cè)失壓延時(shí)合閘時(shí)間的整定，又叫做XL時(shí)間。

在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，分段開(kāi)關(guān)狀態(tài)的X 運(yùn)行時(shí)間和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的XL運(yùn)行時(shí)間，需要按照開(kāi)關(guān)編號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，X 運(yùn)行時(shí)間為X 時(shí)間基礎(chǔ)定值加上開(kāi)關(guān)編號(hào)值，XL運(yùn)行時(shí)間為XL時(shí)間基礎(chǔ)定值加上開(kāi)關(guān)編號(hào)值的二分之一，如式(1)和式(2)所示:

式中:TXr為X 運(yùn)行時(shí)間，TXb為X 時(shí)間基礎(chǔ)定值，L 為開(kāi)關(guān)編號(hào)值，TXLr為XL運(yùn)行時(shí)間，TXLb為XL時(shí)間基礎(chǔ)定值。

本文中，將各分段開(kāi)關(guān)的TXb值均設(shè)定成7 s，Y時(shí)間均設(shè)定成5 s，而TXLb值則根據(jù)不同的運(yùn)行方式，按照最大故障隔離時(shí)間進(jìn)行整定:

式中:Tp為斷路器保護(hù)動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)，Tr為第1 次重合閘的耗時(shí)，Tmax為最長(zhǎng)分段工況下各分段開(kāi)關(guān)X 時(shí)間的基礎(chǔ)定值總和；Td為安全裕度，一般為0.5 Tmax。

2 配電網(wǎng)故障處理的基本流程

當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，變電站出口斷路器保護(hù)跳閘，供電管轄范圍內(nèi)的各個(gè)分段開(kāi)關(guān)隨之?dāng)嚯姺珠l，接著斷路器進(jìn)行第1 次重合閘，各分段開(kāi)關(guān)在判斷無(wú)零序電壓后，依次按照各自的X 運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行得電延時(shí)合閘操作。

若故障上游分段開(kāi)關(guān)合閘后，線(xiàn)路故障再次發(fā)生，則按照故障接地電流的大小對(duì)故障進(jìn)行分類(lèi)處理。 對(duì)于大電流接地故障，則斷路器再次發(fā)生跳閘，供電管轄范圍內(nèi)的各個(gè)分段開(kāi)關(guān)均斷電分閘，故障上游區(qū)段的各個(gè)分段開(kāi)關(guān)啟動(dòng)正向合閘閉鎖功能；對(duì)于小電流接地故障，故障上游區(qū)段的各分段開(kāi)關(guān)的動(dòng)作邏輯與大電流接地故障一致，而對(duì)于故障下游區(qū)段的各分段開(kāi)關(guān)，則啟動(dòng)反向合閘閉鎖功能。

圖2 所示為正向合閘閉鎖邏輯示意圖。 分段開(kāi)關(guān)正向合閘閉鎖邏輯判定合閘閉鎖的情形有兩種:(1)在開(kāi)關(guān)合閘后的Y 時(shí)間內(nèi)過(guò)流信號(hào)以及接地故障信號(hào)仍存在，則各分段開(kāi)關(guān)斷電分閘后啟動(dòng)正向合閘閉鎖功能；(2)在開(kāi)關(guān)合閘后，配電網(wǎng)中未檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)或是接地故障信號(hào)，但配電網(wǎng)中存在零序電壓，則啟動(dòng)分段開(kāi)關(guān)延時(shí)分閘功能，若零序電壓在開(kāi)關(guān)分閘后隨即消失，則啟動(dòng)分段開(kāi)關(guān)正向合閘閉鎖功能，需要說(shuō)明的是各分段開(kāi)關(guān)的延時(shí)時(shí)間為其開(kāi)關(guān)編號(hào)值。 若在開(kāi)關(guān)合閘后配電網(wǎng)中未檢測(cè)到零序電壓，或是在延時(shí)計(jì)時(shí)期間零序電壓消失，以及分段開(kāi)關(guān)分閘后依舊能檢測(cè)到零序電壓的情況下，都將系統(tǒng)復(fù)原至正常運(yùn)行工況[18]。 若在開(kāi)關(guān)合閘后的Y 時(shí)間內(nèi)檢測(cè)不到故障信號(hào)的存在，也無(wú)法檢測(cè)出含有零序電壓，那么也將系統(tǒng)復(fù)原至正常運(yùn)行工況。

圖2 正向合閘閉鎖流程圖

圖3 反向合閘閉鎖流程圖

圖3 為反向合閘閉鎖邏輯示意圖。 分段開(kāi)關(guān)反向合閘閉鎖邏輯判定合閘閉鎖的情形有兩種:(1)分段開(kāi)關(guān)處于分閘位置，并且瞬時(shí)電壓未能維持X運(yùn)行時(shí)間；(2)分段開(kāi)關(guān)處于分閘位置，接收到正向來(lái)電電壓信號(hào)的持續(xù)時(shí)間超過(guò)X 運(yùn)行時(shí)間，此外，配電網(wǎng)中存在零序電壓且正向電壓與零序電壓同時(shí)存在、同時(shí)消失。 需要說(shuō)明的是，分段開(kāi)關(guān)能夠自動(dòng)解除反向合閘閉鎖功能，若開(kāi)關(guān)在處于反向合閘閉鎖狀態(tài)下接收到電源側(cè)的來(lái)電信號(hào)，得電信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)X 運(yùn)行時(shí)間且無(wú)零序電壓，那么分段開(kāi)關(guān)解除反向合閘閉鎖控制得電合閘[19-20]。

對(duì)于非故障區(qū)域的供電恢復(fù)，也按照故障接地電流的大小對(duì)故障供電恢復(fù)進(jìn)行分類(lèi)處理。 對(duì)于大電流接地故障，在實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離后，故障上游區(qū)段通過(guò)出口斷路器的二次重合閘完成非故障區(qū)域的復(fù)供電；對(duì)于小電流接地故障，在實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域的隔離后，故障上游區(qū)段未發(fā)生斷電無(wú)需進(jìn)行供電恢復(fù)，而故障下游區(qū)段通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的合閘轉(zhuǎn)供、分段開(kāi)關(guān)的順序合閘實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域分段的復(fù)電。

3 案例分析

如圖4 所示，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化后的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖。 圖中，QS71 和QS72 為原聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，因此該兩點(diǎn)的負(fù)荷編號(hào)為0，圖4 中的虛線(xiàn)表示新增的分支線(xiàn)，分支線(xiàn)上開(kāi)關(guān)QS15 的編號(hào)從已有開(kāi)關(guān)序號(hào)4 往后順序編寫(xiě)為編號(hào)5，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變后，配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置發(fā)生變化，各開(kāi)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓蟮腦 運(yùn)行時(shí)間以及XL運(yùn)行時(shí)間在圖4 中已標(biāo)注出。

假設(shè)QS13 與QS71 之間的線(xiàn)路發(fā)生短路故障，則故障處理流程如下:

(1)斷路器QF1 跳閘，QF1 供電范圍內(nèi)的所有分段開(kāi)關(guān)失電分閘，如圖5(a)所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)的配電網(wǎng)算例

圖5 拓?fù)涓淖兒蠊收咸幚砹鞒?/p>

(2)斷路器QF1 啟動(dòng)第1 次重合，分段開(kāi)關(guān)QS11(8 s)和分段開(kāi)關(guān)QS12(9 s)順序得電合閘，而后經(jīng)過(guò)10 s，分段開(kāi)關(guān)QS13 進(jìn)入得電合閘邏輯，合于故障并檢測(cè)到過(guò)流信號(hào)，如圖5(b)所示。

(3)斷路器QF1 又一次保護(hù)跳閘，分段開(kāi)關(guān)QS13 失電分閘啟動(dòng)正向合閘閉鎖邏輯，分段開(kāi)關(guān)QS15 和分段開(kāi)關(guān)QS71 處于分閘狀態(tài)，同時(shí)接收到電源側(cè)傳來(lái)的短時(shí)來(lái)電信號(hào)啟動(dòng)反向合閘閉鎖邏輯。 斷路器QF1 啟動(dòng)二次重合恢復(fù)故障上游區(qū)段的供電，分段開(kāi)關(guān)QS11 和分段開(kāi)關(guān)QS12 順序上電合閘，隨后分段開(kāi)關(guān)QS15 經(jīng)過(guò)12 s 后解除其反向合閘閉鎖邏輯開(kāi)始合閘，如圖5(c)所示。

(4)對(duì)于聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)QS14 和QS22，自斷路器QF1 第1 次保護(hù)跳閘開(kāi)始啟動(dòng)XL運(yùn)行時(shí)間計(jì)時(shí)，當(dāng)QS14 接收到兩側(cè)均有電壓信號(hào)傳來(lái)時(shí)停止計(jì)時(shí)，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)QS22在61 s 后開(kāi)始合閘，QS23 經(jīng)過(guò)10 s 后開(kāi)始合閘，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)故障下游區(qū)段的復(fù)電，如圖5(d)所示。

綜上，得到各開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間情況如表1 所示。

表1 故障處理流程

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化后的饋線(xiàn)自動(dòng)化故障處理方法進(jìn)行研究，提出了一種基于供電區(qū)域和負(fù)荷開(kāi)關(guān)編號(hào)的不受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼s束的就地型饋線(xiàn)自動(dòng)化故障處理方法，分析了各開(kāi)關(guān)邏輯運(yùn)行時(shí)間的整定原則、故障工況下各開(kāi)關(guān)的操作邏輯與復(fù)電流程，并以某新增分支線(xiàn)的配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖為例，證明本文所提方法在拓?fù)浼軜?gòu)發(fā)生變化后，系統(tǒng)在故障處理方面的自適應(yīng)性。