姜 鵬

(黑龍江省林業(yè)設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

大多數用戶停電是由電力系統(tǒng)配電部分發(fā)生短路(故障)引起的。電網中個別輸電線路上的單一故障通常不會導致用戶長時間的電力損失，由于傳輸網絡的網絡化(mesh)配置在大多數情況下用戶都會經由多個獨立的輸電線路供電。如果一條輸電線路發(fā)生故障，電力將通過輸電網絡的其他路徑流向配電系統(tǒng)的用戶。一些變電站可能由輻射式網絡供電，因此其中一個分接頭的故障可能會中斷客戶服務。然而，除非變電站規(guī)模很小否則它很可能由多條輸電線路供電，因此，如果一條供電線路發(fā)生故障，則通過該電路供電的客戶將通過自動故障轉移控制電路迅速轉移到備用電源供電[1]。

配電饋線故障通常會導致短時間內失去電力服務。這是因為幾乎所有的配電饋線本質上都是單側電源輻射式供電的，即在任何給定的時間只提供一個電源的連接。然而，只要有備用電源存在并且備用電源有足夠的容量，就可以將故障饋線所帶的全部或者是一部分負載轉移到備用電源。饋線故障后恢復服務所需的切換基本由現場工作人員手動執(zhí)行，通過添加新的控制和通信設施可以使這一過程自動化，這是使用配電自動化創(chuàng)建“自愈”配電網的原理[2]。

1 配電饋線故障的性質

當配電線路發(fā)生永久性故障時，保護裝置檢測故障并觸發(fā)故斷路器跳閘。配電饋線上發(fā)生的許多故障，如配電線路與動植物的接觸，短路電流會使故障燃燒干凈，達到整定延遲時間后斷路器跳閘，消除由此產生的自由空氣電弧。如果原始故障完全排除，且沒有配電設備因短路電流而損壞，則利用自動重合閘將在與重合閘相關的短暫中斷(通常為5～15s)后成功恢復對受影響客戶的服務。在某些情況下，自動重合閘過程會重復多次。但是，如果故障不能自行清除或故障電流對電力設備造成永久性損壞，現場工作人員必須手動干預以恢復服務[3]。

手動恢復服務的過程中，即使是連接到配電饋線未受損部分的客戶，也可能經歷持續(xù)數小時的斷電，因為現場工作人員需要前往相關饋線，并沿著饋線進行搜索(巡查)以找到受損區(qū)域。在進行損壞評估后，現場工作人員可以選擇維修損壞的設備或手動斷開相應開關來隔離損壞的設備。一旦受損區(qū)域被物理隔離，并采取了安全保護措施后(安全接地、掛鎖開關機構等)，可以手動恢復饋線的“正常”(未損壞)部分的電源。這一過程平均需要45～75min，在交通困難地區(qū)可能需要更長的時間[4]。

配電自動化(DA)提供了一種機制，可以在不到1分鐘的時間內恢復對饋線未受損部分的客戶的供電，從而減少這些客戶的停電時間。在大多數情況下，整體可靠性改善將達到或超過50%，這就是“自愈”網格的本質[5]。

2 基于FLISR的服務自動恢復

FLISR應用功能可自動檢測到發(fā)生的故障定位故障(在兩個中壓開關之間)，發(fā)出控制命令以斷開連接損壞區(qū)域的開關隔離故障區(qū)段，然后關閉其他開關(如有可能)，以恢復正常部分的供電。目前最先進的技術允許所有這些操作在非人工干預的情況下完成(全自動控制)[6]。

2.1 故障檢測

FLISR應僅在饋線本身或正常供電設施發(fā)生短路(故障)后運行。當饋線因手動開關操作或因觸發(fā)低頻低壓減負荷操作而斷電時，FLISR不應運行。為了滿足這一要求，當檢測到故障電壓電流時，需要一個或多個故障檢測器來觸發(fā)FLISR操作。通常的做法是使用變電站中的保護繼電器智能電子裝置(IED)或帶有獨立保護設施的線路重合閘來確定配電饋線是否發(fā)生故障，然后提供信號觸發(fā)FLISR操作[7]。

2.2 故障定位

確定包含故障的饋線的“區(qū)段”。在本討論中，FLISR“部分”是由遠程控制開關限定的饋線部分。每個開關都包括一個故障指示器(FCI)，用于確定最近是否有故障電流通過開關。FLISR使用故障指示器狀態(tài)指示和運行饋線的拓撲結構來確定哪個部分出現故障。故障區(qū)段由一個“看到”故障的FCI和一個或多個未“看到”故障的FCI所包圍[8]。

2.3 故障隔離

根據上述故障定位分析，FLISR發(fā)出控制命令，打開所需的開關以完全隔離饋線受損部分。通常情況下，FLISR推遲這些控制動作直到完成標準自動重合閘程序。這可確保僅在永久性故障后才通過FLISR重新配置饋線(如果故障是自清除的“臨時”故障，則不應重新配置饋線)[9]。

2.4 服務恢復

一旦饋線的受損部分被隔離，FLISR將嘗試通過可用的電源恢復饋線中盡可能多的“健康”部分的服務?？捎秒娫窗伨€的正常電源，以及通過常開遠程控制聯絡開關連接至故障饋線的任何可用備用電源。FLISR比較每個“正?！别伨€部分的故障前負荷，然后將該負荷與備用電源上的備用容量進行比較。如果有足夠的容量，則關閉聯絡開關以恢復服務。如果沒有足夠的容量，在現場工作人員到達現場之前，相關部分將保持斷電狀態(tài)[10]。

3 行業(yè)趨勢和問題

3.1 在FLISR開關中使用重合閘與負載斷路開關

FLISR可以通過故障中斷重合閘或無故障中斷能力的斷路器來實現。對于負載斷路器，故障中斷由變電站內斷路器處理，因此當發(fā)生故障時整個饋線都會發(fā)生電源中斷。當使用重合器時，除了故障發(fā)生在饋電線路首端導致整條饋電線路斷電之外，其他情況下饋電線路只有部分區(qū)段會停電。目前的行業(yè)趨勢是使用重合閘，因為近年來重合閘和負荷斷路開關之間的價差已經大大降低[11]。

3.2 安全事項

維護現場工作人員和公眾的安全始終是FLISR的首要要求，通常的做法是在進行帶電作業(yè)時禁用FLISR操作，另一項安全措施是確保所有FLISR開關關閉活動在2～3min內完成。

3.3 集中式與分散式體系結構

當前有多種可行的產品可用于實施FLISR。這包括使用集中式架構(主FLISR邏輯駐留在位于控制中心或IT數據中心的服務器上)或分散式架構(主邏輯駐留在位于變電站和桿/墊安裝外殼中的處理器中)的FLISR系統(tǒng)。分散式方法的顯著優(yōu)點是不需要實際運行的配電系統(tǒng)模型，非常適合于處理中小型的饋線。集中式方法通常首選于包括高滲透分布式能源的饋線和可能經常為負載平衡或其他目的而重新配置的饋線。

3.4 分布式能源的影響

可提供故障電流的大型分布式發(fā)電機使FLISR的實施變得非常復雜。位于故障饋線段下游的柴油發(fā)電機組的故障電流可能導致錯誤的故障定位，在這種情況下，可能需要提供具有判斷故障電流方向的FCI來正確識別故障饋線部分。分布式發(fā)電機的供電也可能導致錯誤的故障前負荷計算，例如，在故障發(fā)生之前，發(fā)電機可能會提供一部分負荷，從而減少故障前由電網提供的負荷。當故障發(fā)生時，柴油發(fā)電機組將斷開，從而增加恢復后需要電網供電的負荷，由此產生的負載轉移可能會使備用電源過載，導致其過載跳閘。

4 應對措施

4.1 業(yè)務恢復的閉環(huán)控制

在大多數情況下，故障檢測和隔離是以全自動的方式進行處理的，而服務恢復(通常是一項更困難和風險更大的任務)則是在“咨詢”模式下進行的。在這種模式下，操作員根據FLISR建議的切換做出最終的控制決策。由于需要防止過載、欠壓以及饋線重新配置后的其他不利后果，恢復供電是目前為止最困難的任務。大多數分散安裝使用全自動方法，而大多數集中系統(tǒng)是半自動或手動的。

4.2 饋線重構后的操作

隨著系統(tǒng)在智能電網部署方面取得進展，由于恢復服務以外的原因而重新配置饋線的情況將更加頻繁。最好的例子是優(yōu)化網絡重構(ONR)，它包括改變互連配電饋線的拓撲結構，以平衡負載、降低電損耗、改善電壓質量和其他目的。當配電饋線處于“異?！迸渲脮r，早期的FLISR部署被禁用。新的設計能夠更新修改后的配置為“新常態(tài)”，并繼續(xù)運行。還需要進一步的工作來確保FLISR和ONR完全集成，并與外部應用(如電壓無功優(yōu)化)保持一致。

4.3 減少需求技術在重負荷饋線恢復中的應用

多年來，大多數地區(qū)的饋線負荷都在增加，而且從重負載的備用饋線恢復供電越來越困難。因此，由于負載和欠壓問題，服務恢復通常會受阻。解決這個問題的一種方法是安裝更多的遠程控制開關，使饋線能夠被分成更小的負載塊，這樣可以更容易地傳輸而不會使備用電源過載。但是，增加更多的開關或增加容量可能會導致成本過高，另一種可能性是通過儲能裝置、柴油發(fā)電機組觸發(fā)快速需求響應控制動作來降低負載率。

5 結論

通過分析FLISR在自愈式電網中的作用，雖然FLISR有一些需要改進的方面，但是在縮短配電網事故停電時間、快速恢復非故障線路供電、提高供電可靠性、減輕調度運檢人員工作壓力方面有著廣闊的前景。