叢樹(shù)安，王騰龍，檀 悅，蔡世超，曹建春

(中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)春 130021)

近年來(lái)，信息技術(shù)、電力電子技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)日新月異，加速推進(jìn)了智能配電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程，其中配電自動(dòng)化是提高供電可靠性的重要手段，也是智能配電網(wǎng)的重要組成部分[1]。先進(jìn)的配電自動(dòng)化技術(shù)已在城市和重點(diǎn)城區(qū)試點(diǎn)或推廣應(yīng)用[2-4]。目前在城市中推廣應(yīng)用的配電自動(dòng)化技術(shù)，在農(nóng)村環(huán)境下推廣應(yīng)用時(shí)，會(huì)有諸多局限性，例如智能分布式配電自動(dòng)化技術(shù)需要全線敷設(shè)光纜，在農(nóng)村地區(qū)的實(shí)施條件并不成熟[5-6]。我國(guó)農(nóng)村中壓配電線路仍以傳統(tǒng)的級(jí)差保護(hù)為主，少量的配有就地重合式配電自動(dòng)化技術(shù)，但傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型等就地饋線自動(dòng)化技術(shù)均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘，國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器均只配置1次重合閘，在使用效果上存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，全面步入小康社會(huì)目標(biāo)的達(dá)成，農(nóng)村用電負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求也日益提高，急需一種經(jīng)濟(jì)適用、高效可靠的配電自動(dòng)化技術(shù)，用于提高現(xiàn)代化農(nóng)村用戶的用電可靠性，切實(shí)降低農(nóng)村用戶的年平均停電時(shí)間。

1 傳統(tǒng)就地饋線自動(dòng)化技術(shù)

就地型重合器式饋線自動(dòng)化根據(jù)不同判據(jù)，目前可分為3類：電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型[7]。

a.電壓-時(shí)間型饋線自動(dòng)化。依靠配電終端(feeder terminal unit，F(xiàn)TU)檢測(cè)分段兩側(cè)有無(wú)電壓后做出相應(yīng)分合閘指令的工作原理，通過(guò)變電站出線斷路器1次重合閘完成故障段線路的隔離，2次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。

b.電壓-電流-時(shí)間型饋線自動(dòng)化。依靠FTU檢測(cè)分段斷路器兩側(cè)失壓與過(guò)流的次數(shù)，通過(guò)變電站出線斷路器的3次重合閘，逐步完成中壓線路故障的處理。變電站出線斷路器1次重合閘完成線路瞬時(shí)性故障的處理，2次重合閘完成故障段線路的隔離，3次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。

c.自適應(yīng)綜合型饋線自動(dòng)化。此類型FTU在具備電壓-時(shí)間型FTU的工作特性外，同時(shí)具備單相接地故障選線、選段功能，通過(guò)變電站出線斷路器2次重合閘控制策略，實(shí)現(xiàn)多分段多聯(lián)絡(luò)多分支配電網(wǎng)架的故障處理。出線斷路器1次重合閘完成故障段線路的隔離，2次重合閘完成非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。

以上3種就地饋線自動(dòng)化均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘，目前國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器均只配置1次重合閘，基于此現(xiàn)狀，提出一種只需1次重合閘配合的就地饋線自動(dòng)化技術(shù)方案。

2 新型饋線自動(dòng)化技術(shù)方案

設(shè)計(jì)一種新型饋線自動(dòng)化技術(shù)只需變電站出口斷路器1次重合閘配合，即可完成故障區(qū)間定位、隔離，以及故障點(diǎn)上游非故障區(qū)間的供電，然后通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘恢復(fù)故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段的供電。

當(dāng)中壓饋線發(fā)生短路故障時(shí)，變電站線路保護(hù)裝置(設(shè)0.2 s短延時(shí))可靠動(dòng)作，跳開(kāi)出線斷路器(circut breaker，BC)，配電終端FTU檢測(cè)到分段斷路器兩側(cè)無(wú)電壓后跳開(kāi)分段斷路器BF， BC延時(shí)合閘，當(dāng)短路為瞬時(shí)故障時(shí)，分段斷路器在FTU合閘指令下逐級(jí)延時(shí)合閘，線路恢復(fù)供電。當(dāng)短路為永久故障時(shí)，分段斷路器逐級(jí)檢測(cè)到電壓并延時(shí)X時(shí)間(檢測(cè)到電壓后的確認(rèn)時(shí)間，可設(shè)置5～8 s)合閘送出，當(dāng)合閘至故障區(qū)段時(shí)，分段斷路器立刻啟動(dòng)加速跳閘(0 s)，并閉鎖在分閘狀態(tài)，故障點(diǎn)后端開(kāi)關(guān)因感受瞬時(shí)來(lái)電未保持X時(shí)間，也閉鎖在分閘狀態(tài)(殘壓閉鎖)。

2.1 新型饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

2.1.1 主干線瞬時(shí)故障處理邏輯

a. 圖1為線路正常供電狀態(tài)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯， BC1、BC2為變電站內(nèi)中壓線路出線斷路器， BF01、BF02、BF03為中壓線路1的分段斷路器， BF04、BF05、BF06為中壓線路2的分段斷路器， BL為線路1和線路2的聯(lián)絡(luò)斷路器。

圖1 線路正常供電狀態(tài)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

b.假定BF02與BF03的區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障，故障電流超過(guò)變電站出線線路保護(hù)裝置定值，經(jīng)短延時(shí)0.2 s后保護(hù)裝置動(dòng)作出口，跳開(kāi)BC1，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖2。

圖2 BF02與BF03的區(qū)間內(nèi)發(fā)生故障饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

c. BF01、BF02、BF03感受到失壓均分閘，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖3。

圖3 BF01、BF02、BF03感受到失壓均分閘饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

d.3 s后，變電站BC1自動(dòng)重合閘，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖4。

圖4 BC1自動(dòng)重合閘饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

e. BF01感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5～8 s)后自動(dòng)合閘，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖5。

圖5 BF01感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間后自動(dòng)合閘，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

f.BF02感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5～8 s)后自動(dòng)合閘，由于是瞬時(shí)故障，此時(shí)故障消失， BF02合閘后無(wú)故障電流， BF02合閘成功，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖6。

圖6 BF02合閘成功饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

g.BF03感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5～8 s)后自動(dòng)合閘，恢復(fù)全線供電，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖7。

圖7 恢復(fù)全線供電饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

2.1.2 主干線永久故障處理邏輯

當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，步驟a—e與發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)一致，當(dāng)進(jìn)行第f步時(shí)BF02感受來(lái)電并延時(shí)X時(shí)間(可設(shè)置5～8 s)后自動(dòng)合閘， BF02合閘于故障點(diǎn)，啟動(dòng)加速跳閘(0 s)，同時(shí)BF02閉鎖在分閘狀態(tài)； BF03感受到殘壓(有壓時(shí)間少于X時(shí)間)，BF03閉鎖在分閘狀態(tài)，完成故障段隔離，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖8。

圖8 完成故障段隔離時(shí)饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

聯(lián)絡(luò)斷路器BL合閘，完成故障點(diǎn)下游非故障段供電。聯(lián)絡(luò)斷路器的合閘方式可采用自動(dòng)延時(shí)合閘方式、人工就地操作方式、遙控操作方式(具備遙控條件時(shí))，饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖9。

圖9 完成故障點(diǎn)下游非故障段供電饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯

2.1.3 分支故障處理邏輯

在農(nóng)村中壓線路的大分支處設(shè)置一臺(tái)斷路器代替原有的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，并配置瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)和1次重合閘。當(dāng)分支線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，由于變電站線路保護(hù)裝置設(shè)有0.2 s短延時(shí)，分支斷路器瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)優(yōu)先動(dòng)作出口跳開(kāi)分支斷路器，并經(jīng)2～3 s延時(shí)后重合閘，分支斷路器重合成功，分支線路供電恢復(fù)。當(dāng)分支發(fā)生永久性故障時(shí)，分支斷路器瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)優(yōu)先動(dòng)作出口跳開(kāi)分支斷路器，并經(jīng)2～3 s延時(shí)后重合閘，重合于故障點(diǎn)，啟動(dòng)加速跳閘(0 s)，實(shí)現(xiàn)故障隔離，在此期間變電站線路保護(hù)裝置始終未動(dòng)作出口跳閘，保證了主干線路上其他用戶的供電可靠性。

2.2 新型饋線自動(dòng)化技術(shù)方案相關(guān)配置原則

2.2.1 布點(diǎn)原則

a.中壓主干線路的分段與聯(lián)絡(luò)斷路器不再選用負(fù)荷開(kāi)關(guān)，均選用成套斷路器，主干線路上的分段斷路器數(shù)量設(shè)置在4個(gè)以內(nèi)。

b.中壓線路的大分支處配置一臺(tái)分支斷路器，同樣采用成套斷路器，并為其配置瞬時(shí)速斷保護(hù)(0 s)和1次重合閘，與變電站線路保護(hù)裝置(0.2 s)設(shè)定級(jí)差配合。

c.在終端大用戶與分支線路間配置分界斷路器，避免用戶界內(nèi)的故障造成整條中壓線路停電。

2.2.2 斷路器動(dòng)作時(shí)限

a.X時(shí)限：延時(shí)合閘時(shí)限或開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間。FTU檢測(cè)到開(kāi)關(guān)一側(cè)有電壓后開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)超過(guò)X時(shí)限后，F(xiàn)TU發(fā)出合閘命令，開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘。若FTU檢測(cè)到開(kāi)關(guān)一側(cè)有電壓并開(kāi)始計(jì)時(shí)后，計(jì)時(shí)未達(dá)到X時(shí)限，F(xiàn)TU檢測(cè)到再次失壓，F(xiàn)TU啟動(dòng)殘壓閉鎖，之后當(dāng)FTU再檢測(cè)到另一側(cè)有電壓時(shí)，不再啟動(dòng)計(jì)時(shí)，閉鎖在分閘狀態(tài)。

b.合閘故障后加速跳閘：若斷路器合閘于故障點(diǎn)，F(xiàn)TU監(jiān)測(cè)到故障電流后，立刻啟動(dòng)0 s跳閘，并閉鎖在分閘狀態(tài)。

c.短延時(shí)速斷保護(hù)：變電站出線保護(hù)裝置投入短延時(shí)速斷保護(hù)(保護(hù)延時(shí)定值設(shè)0.2 s)，并配置1次重合閘。

2.2.3 配電自動(dòng)化終端選用原則

a.配套“二遙”動(dòng)作型配電自動(dòng)化FTU，具備通信條件的，可采用無(wú)線公網(wǎng)通信方式將采集信息上傳至配電自動(dòng)化主站。

b.由于主干線上采用的配電自動(dòng)化終端不具備單相接地故障檢測(cè)功能，配合暫態(tài)錄波型故障指示器協(xié)助判斷接地故障位置。在線路首段加裝故障指示器1套，實(shí)現(xiàn)接地選線功能。在無(wú)饋線自動(dòng)化的分支線路上可加裝故障指示器，完善配電自動(dòng)化主站線路信息。

2.3 新型饋線自動(dòng)化技術(shù)方案優(yōu)勢(shì)

新型饋線自動(dòng)化動(dòng)作邏輯不依賴于通信和主站，僅需要變電站出線斷路器配置1次重合閘即可完成線路故障段的就地定位與隔離，以及非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)，大大節(jié)約人力成本，瞬時(shí)故障和永久故障處理速度快，動(dòng)作可靠，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，分段開(kāi)關(guān)全部選用斷路器，后期升級(jí)改造具備更大靈活性。

與新型饋線自動(dòng)化相比，傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型和自適應(yīng)型均需要變電站中壓出線斷路器配置2次重合閘，電壓-電流-時(shí)間型需要變電站中壓出線斷路器配置3次重合閘，才能完成線路故障的就地定位與隔離，以及非故障區(qū)間線路的供電恢復(fù)。

目前10 kV電壓等級(jí)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)與真空斷路器的造價(jià)成本相差不大，選用全斷路器方案的投資成本與選用負(fù)荷開(kāi)關(guān)方案的投資相差不大。

3 結(jié)論及建議

本文闡述了傳統(tǒng)的電壓-時(shí)間型、電壓-電流-時(shí)間型、自適應(yīng)綜合型等就地饋線自動(dòng)化技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的級(jí)差保護(hù)均需要變電站出線斷路器配置2或3次重合閘，而國(guó)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)變電站出線斷路器大都只配置1次重合閘，基于此現(xiàn)狀，提出應(yīng)用一種只需出線斷路器1次重合閘配合，且適用于現(xiàn)代化農(nóng)村智能配電網(wǎng)的新型就地饋線自動(dòng)化技術(shù)方案，節(jié)約了人力成本，縮短了用戶的停電時(shí)間。