張貝貝

（國網(wǎng)江蘇連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

配電自動化系統(tǒng)（distribution automation，DA）具有配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、故障處理、負(fù)荷管理等功能，是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的基礎(chǔ)，而DA核心功能是饋線自動化（feedback automation，F(xiàn)A）。

集中式FA（下文簡稱FA）由于其自愈適應(yīng)性強等特點，受到較多關(guān)注。根據(jù)統(tǒng)計，某地區(qū)配電房電纜室或電纜中間接頭故障發(fā)生率為58.6%[1]，受TA安裝位置影響，使得FA判斷故障位置與實際故障位置不一致，動作成功率大大降低，并造成重復(fù)停電、故障點轉(zhuǎn)移、停電范圍擴(kuò)大等問題。文獻(xiàn)[1]擴(kuò)大故障隔離范圍，提高復(fù)電的成功率。文獻(xiàn)[2]通過區(qū)分利用環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開關(guān)、出線開關(guān)的故障指示信息，遙控分開其上一級開關(guān)，確保故障點的徹底隔離。但以上策略均未能對是否發(fā)生死區(qū)故障做出準(zhǔn)確判斷，當(dāng)線路發(fā)生死區(qū)故障時，造成停電范圍擴(kuò)大等問題。

本文提出了考慮死區(qū)故障的饋線自動化技術(shù)，從配電網(wǎng)環(huán)網(wǎng)開關(guān)加裝電流互感器產(chǎn)生的死區(qū)問題，分析現(xiàn)有FA策略不適應(yīng)死區(qū)故障問題，通過自適應(yīng)調(diào)整故障邊界開關(guān)的上游“三遙”開關(guān)保護(hù)動作跳閘功能，實現(xiàn)對死區(qū)故障的準(zhǔn)確隔離，快速恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

1 饋線自動化技術(shù)

1.1 配電自動化系統(tǒng)概述

DA主要由主站、子站（根據(jù)需要建設(shè)）、終端和通信通道組成，采用數(shù)據(jù)中臺的方式，實現(xiàn)與其他相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和功能擴(kuò)展，如圖1所示。供電企業(yè)實際應(yīng)用的DA系統(tǒng)包括配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理自動化系統(tǒng)、停電管理系統(tǒng)以及配電管理系統(tǒng)[3-4]。

圖1 配電自動化系統(tǒng)示意圖

通過DA實時監(jiān)視中低壓配電網(wǎng)及其設(shè)備的運行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出異常預(yù)警時，通知人員及時處理，消除故障隱患，避免配電網(wǎng)設(shè)備“帶病”工作。當(dāng)配電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障時，實現(xiàn)自動完成故障定位、遙控隔離故障以及恢復(fù)非故障負(fù)荷供電，減少故障停電給社會造成的經(jīng)濟(jì)損失和不良影響[5]。

1.2 主站集中式饋線自動化

饋線自動化主要分為主站集中式和就地分布式，其中，就地分布式又可分為時間電壓型和智能分布型，本文研究的重點對象就是主站集中式饋線自動化。

對于采用主站集中式FA的配電網(wǎng)10 kV（20 kV）線路，當(dāng)發(fā)生短路故障或者單相接地故障時，變電站出線開關(guān)保護(hù)動作跳閘，配電自動化系統(tǒng)根據(jù)相應(yīng)的設(shè)定原則啟動FA，通過多種通信方式，綜合線路上自動化開關(guān)的保護(hù)動作信息，結(jié)合配電線路拓?fù)淠Ｐ?，研判故障類型以及故障區(qū)域，遙控分開故障區(qū)域的邊界開關(guān)，遙控合上電源點開關(guān)，實現(xiàn)非故障區(qū)域供電。

2 考慮死區(qū)故障的饋線自動化技術(shù)

為了節(jié)省投資，對于現(xiàn)有未集成TA的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜，一般在原有開關(guān)柜間隔的電纜室加裝TA，安裝位置位于開關(guān)、電纜終端接頭下方[1]，分別以進(jìn)線電纜終端接頭和出線電纜中間接頭發(fā)生故障展開討論分析。

進(jìn)線開關(guān)發(fā)生死區(qū)故障特征分析。當(dāng)進(jìn)線開關(guān)的電纜終端接頭處發(fā)生故障時，故障電流流過該接頭下方的TA，變電站開關(guān)至該開關(guān)之間的上游主干線開關(guān)（包括該開關(guān)）的終端（distribution terminal unit，DTU）上送保護(hù)告警信息，F(xiàn)A研判故障點在該開關(guān)的下游區(qū)域，遙控隔離故障區(qū)域、恢復(fù)故障點上游區(qū)域供電時，造成變電內(nèi)斷路器再次跳閘，變電站開關(guān)至該開關(guān)之間主干線開關(guān)（包括該開關(guān)）的DTU再次上送保護(hù)告警信息，此時該開關(guān)處于分位。

出線開關(guān)發(fā)生死區(qū)故障特征分析。當(dāng)出線開關(guān)的電纜終端接頭處發(fā)生故障時，故障電流不流過該接頭下方的TA，該開關(guān)下游（包括該開關(guān)）的DTU均無保護(hù)告警信息，F(xiàn)A研判故障點在該開關(guān)的上游區(qū)域，遙控隔離故障區(qū)域、恢復(fù)故障點下游區(qū)域供電時，造成轉(zhuǎn)供線路變電站的斷路器跳閘，該開關(guān)至轉(zhuǎn)供線路站內(nèi)斷路器之間的開關(guān)DTU上送保護(hù)告警信息，此時該開關(guān)處于分位。

綜上所述，當(dāng)環(huán)網(wǎng)開關(guān)發(fā)生死區(qū)故障時，主站FA不能將故障點有效隔離，導(dǎo)致重復(fù)停電、故障轉(zhuǎn)移等不良后果。同時FA將發(fā)生死區(qū)故障的開關(guān)（故障區(qū)域邊界開關(guān)）遙控分開后，對非故障區(qū)域送電失敗，且該開關(guān)以及上游開關(guān)的DTU上送保護(hù)告警信息，因此，可利用該特征對現(xiàn)有的FA技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，如圖2所示。

圖2 考慮死區(qū)故障的饋線自動化技術(shù)流程圖

當(dāng)配電網(wǎng)線路發(fā)生永久性故障時，變電站出線開關(guān)保護(hù)動作跳閘，主站FA功能啟動。主站FA根據(jù)變電站出線開關(guān)以及配電網(wǎng)線路開關(guān)的保護(hù)信息，研判故障區(qū)域，遙控分開故障區(qū)域各側(cè)開關(guān)，隔離故障區(qū)域。

檢索并形成故障區(qū)域各側(cè)邊界開關(guān)至變電站出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的供電路徑拓?fù)?，識別并遙控分開故障區(qū)域邊界開關(guān)的上一級“三遙”開關(guān)（以下簡稱上一級開關(guān)）以及兩者之間的分支開關(guān)，遙控合上變電站出線開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

主站將上一級“三遙”開關(guān)的保護(hù)跳閘功能投入，并遙控合上。如果未發(fā)生保護(hù)動作跳閘，將保護(hù)跳閘功能退出，判定故障區(qū)域定位準(zhǔn)確，并恢復(fù)上一級開關(guān)與故障邊界開關(guān)之間分支開關(guān)后段負(fù)荷的供電；如果發(fā)生保護(hù)動作跳閘，將保護(hù)跳閘功能退出，判定跳閘側(cè)邊界開關(guān)發(fā)生死區(qū)故障，完成死區(qū)故障隔離，分支開關(guān)后段負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)供，將未跳閘側(cè)的故障邊界開關(guān)保護(hù)跳閘功能投入，遙控合上邊界開關(guān)，并恢復(fù)故障區(qū)域負(fù)荷供電，在試送饋線開關(guān)過程中，如邊界開關(guān)發(fā)生跳閘，判定試送的饋線開關(guān)發(fā)生死區(qū)故障，遙控分開饋線開關(guān)，遙控合上邊界開關(guān)，完成其余饋線負(fù)荷供電后，將邊界開關(guān)的保護(hù)跳閘功能退出。

3 案例分析

故障前線路運行方式如圖3所示，圖中實心代表開關(guān)合位，空心代表開關(guān)分位。甲、乙變電站主變10 kV側(cè)為小電阻接地方式，Q1為甲變電站10 kV I段母線上出線開關(guān)，Q2為乙變電站10 kV I段母線上出線開關(guān)，均配置過流保護(hù)和零序過流保護(hù)，I段時限均設(shè)置為0.4 s，兩條線路均采用全電纜敷設(shè)，變電站內(nèi)重合閘功能不投入。Q1與Q2線路采用主站集中式FA，均投入在線自動模式。

圖3 故障前運行方式

H1、H2、H3、H4為自動化環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)開關(guān)具備“三遙”功能，配置過流保護(hù)I段和零序過流I段保護(hù)，其中，用戶分界點開關(guān)（L1、L2、L3、L4）均投跳閘，時限設(shè)置為0，其余分段開關(guān)跳閘不投，K7為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。環(huán)網(wǎng)開關(guān)零序TA均采用穿心式，安裝在電纜與開關(guān)接頭處下方。

K4發(fā)生死區(qū)故障時，故障零序電流回路見圖4，Q1、K1、K2、K3開關(guān)的TA流過故障電流，智能終端有保護(hù)告警，下面分別對傳統(tǒng)和改進(jìn)的集中式FA處置方案進(jìn)行分析。

圖4 K4死區(qū)故障零序電流示意圖

3.1 傳統(tǒng)的FA處置方案

傳統(tǒng)的FA根據(jù)保護(hù)告警信息，判斷故障點在K3、K4與L2之間，遙控分開K3、K4與L2；遙控合上Q1，K3前段恢復(fù)供電，此時K3的上一級開關(guān)K2無保護(hù)告警信號，同時遙控合上K7，對故障點再次送電，零序電流回路見圖5。由圖5可知，零序電流流過K4的TA4，K4有零序過流I段保護(hù)告警信息，通過遙控分開K4，無法隔離故障點，造成變電站內(nèi)Q2開關(guān)送電失敗。

圖5 K4死區(qū)故障轉(zhuǎn)移后零序電流示意圖

3.2 改進(jìn)的FA處置方案

改進(jìn)的FA根據(jù)保護(hù)告警信息，判斷故障點在K3、K4與L2之間，遙控分開K3、K4與L2；檢索非故障區(qū)域供電路徑，L2為負(fù)荷開關(guān)，無轉(zhuǎn)供路徑，識別并遙控分開K3的上一級“三遙”開關(guān)K2，K4的上一級“三遙”開關(guān)K5，將K2與K5開關(guān)保護(hù)動作跳閘投入，時間時限設(shè)置為0 s；遙控合上所內(nèi)開關(guān)Q1、線路聯(lián)絡(luò)開關(guān)K7，送電正常；遙控合上K2與K5，K2開關(guān)送電正常，K5開關(guān)保護(hù)動作跳閘，判斷K4發(fā)生死區(qū)故障，隔離故障點，將K2、K5開關(guān)的跳閘功能退出；將K3的保護(hù)動作跳閘功能投入，時限設(shè)置為0 s，遙控合上K3，送電正常，遙控合上負(fù)荷開關(guān)L2，送電正常，恢復(fù)非故障段供電，將K3的保護(hù)跳閘功能退出。

3.3 效果對比

采用改進(jìn)的FA策略前后，針對是否發(fā)生死區(qū)故障，從停電范圍、非故障段重復(fù)停電、恢復(fù)供電速度等3個方面進(jìn)行對比，見表1。從表1可以看出，當(dāng)未發(fā)生死區(qū)故障時，停電范圍相同，均不存在重復(fù)停電情況，非故障段恢復(fù)供電速度均高于傳統(tǒng)巡線處理方案。當(dāng)發(fā)生死區(qū)故障時，改進(jìn)的FA停電用戶范圍更小，重復(fù)停電影響范圍更小，非故障段恢復(fù)供電速度更快。

表1 FA策略改進(jìn)前后效果對比

4 結(jié)束語

本文論證了現(xiàn)有的集中式FA技術(shù)并不適用于發(fā)生死區(qū)故障的線路自愈，著重分析了進(jìn)線開關(guān)、出線開關(guān)死區(qū)故障的動作邏輯以及保護(hù)特征，提出利用故障區(qū)域邊界開關(guān)的上一級“三遙”開關(guān)保護(hù)跳閘功能，實現(xiàn)對死區(qū)故障的精確定位，對非故障區(qū)域快速復(fù)電，提高了配電網(wǎng)的供電可靠性。