電壓時間型饋線自動化

楊甲磊 藺亞寧

摘? 要：饋線自動化系統(tǒng)是保障配電網(wǎng)安全運行的重要保證，首先分析了饋線自動化系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后對電壓時間型饋線自動化系統(tǒng)的工作原理進行了闡述。對兩種饋線自動化處理模式進行分析并對比其優(yōu)缺點，最后對國內(nèi)饋線自動化系統(tǒng)存在的問題進行了總結。

關鍵詞：饋線自動化系統(tǒng);電壓時間型;配電自動化

中圖分類號：TM76? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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 饋線自動化現(xiàn)狀

隨著社會自動化水平的不斷提高，國家智能電網(wǎng)的建設也在不斷推進。智能電網(wǎng)以保證電網(wǎng)的運行更加安全，供電更加可靠，實現(xiàn)風能、太陽能等多種能源并網(wǎng)為建設目標。智能電網(wǎng)不斷完善信息上傳機制，實現(xiàn)信息的網(wǎng)絡化處理，診斷線路故障類型，完成故障處理等。饋線自動化，利用自動化裝置實現(xiàn)輸電線路的狀態(tài)監(jiān)控，及時定位故障線路并對故障區(qū)域進行隔離，完成非故障區(qū)域的快速恢復供電。饋線自動化系統(tǒng)能夠有效提高配電系統(tǒng)的可靠性，是實現(xiàn)智能電網(wǎng)建設的重要組成部分。

日本以及歐美等國家首次提出饋線自動化系統(tǒng)，50年代初期，饋線自動化故障處理設備主要包括重合閘器、分斷開關等高壓設備。隨著國外饋線自動化水平的不斷提高，采用信息融合技術，實現(xiàn)了饋線信息的實時測量傳輸、故障定位與非故障區(qū)域的恢復供電等功能，即是SCADA系統(tǒng)。

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

目前，饋線自動化分為兩種類型，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)域并通過主站遙控通訊實現(xiàn)故障隔離和非故障區(qū)間的恢復供電。饋線就地型不依賴于與主站之間的通訊，通過保護配合和時序配合實現(xiàn)故障區(qū)域隔離和非故障區(qū)域的恢復供電。目前主要的饋線就地型類型主要分為電壓時間型、過流脈沖計數(shù)器型、智能分布式等。

2 電壓時間型饋線自動化

2.1 工作原理分析

電壓時間型饋線自動化原理示意圖如圖1所示。線路由雙端電源供電，當線路發(fā)生故障時，饋線自動化系統(tǒng)對線路進行故障處理，并經(jīng)過一定時間完成自動重合閘實現(xiàn)非故障區(qū)段的送電。變電站A與變電站B之間通過聯(lián)絡開關AB進行連接，a1～a4為變電站A供電區(qū)段的分段開關，b1～b4為變電站B供電區(qū)段的分段開關。

當線路F1點發(fā)生故障時，變電站A出錢斷路器D1檢測到線路故障，斷路器動作跳閘，因此變電站A供電區(qū)段線路所有電壓型開關因失壓而動作分閘。與此同時，聯(lián)絡開關AB因單端側失壓而啟動自身計時功能。

故障跳閘后經(jīng)過設定時間t1，變電站A出線斷路器D1進行重合閘。經(jīng)過t2時間后，變電站A出線分段開關a1來電合閘，隨后a2來電合閘。由于合閘處線路存在故障，變電站出線斷路器D1再一次動作跳閘。同時，對分段開關a2、a3完成閉鎖，實現(xiàn)故障區(qū)段隔離。

隨后，變電站A出線斷路器D1進行第二次重合閘，變電站A出線至分段開關a1處的非故障區(qū)間恢復供電。經(jīng)過時間t1，分段開關a1至a2處的非故障區(qū)間恢復供電。待聯(lián)絡開關AB計時到設定值，聯(lián)絡開關AB合閘，實現(xiàn)分段開關a3至聯(lián)絡開關AB處非故障區(qū)間的不間斷供電。

2.2 電壓時間型開關特性

分段開關具有“來電即合，無壓釋放”的開關特性，工作過程中無方向選擇特性，只存在電壓的標量特性。分段開關具有X、Y時限，X時限為延時合閘時間，即從開關一側加壓開始，到該開關合閘的時間，分段開關的X時限一般記為XL時限。Y時限為故障檢測時間，即合閘后，如果在一定時限內(nèi)，線路又失壓，則開關分閘、并保持在閉鎖狀態(tài)。

3 饋線自動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)結構劃分成幾個供電區(qū)域，利用聯(lián)絡開關連成網(wǎng)絡，當故障發(fā)生時，將故障區(qū)域兩端的開關斷開，再利用聯(lián)絡開關實現(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：第一類為無通訊的饋線自動化系統(tǒng)，第二類為帶通訊的饋線自動化系統(tǒng)。

3.1 無通訊饋線自動化系統(tǒng)

無通訊饋線自動化系統(tǒng)主要利用饋線終端和一次開關設備的相互配合實現(xiàn)故障隔離和供電恢復功能。重合器和電壓時間型饋線自動化系統(tǒng)主要利用重合器、分段器等設備進行操作。重合器和電壓時間型饋線自動化系統(tǒng)中，每一段線路延時逐級供電，對各臺開關饋線終端分別設置自動重合閘延時時間和電流檢測時間。各臺分段開關的饋線終端當檢測到電壓信號時，延時一定時間后發(fā)出合閘指令，分段開關合閘后在一定時間內(nèi)檢測電流。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，且故障類型為永久性故障，斷路器跳閘并對分段開關實現(xiàn)閉鎖功能隔離故障區(qū)域。相鄰區(qū)段的分段開關動作時序要求下級分段開關重合閘時間大于上級分段開關電流檢測時間，即只有在確定故障不在上級分段開關范圍內(nèi)再合閘下級分段開關。

3.2 帶通訊饋線自動化系統(tǒng)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術、通訊技術以及計算機技術的快速發(fā)展，帶通訊饋線自動化系統(tǒng)得到了極大發(fā)展。利用線路中的饋線終端裝置對線路節(jié)點電壓電流等信息進行實時采集，并對采集信息進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，由終端對各節(jié)點信息進行分析判斷、定位故障、遠動開關實現(xiàn)隔離故障區(qū)間及恢復無故障區(qū)間供電。

3.3 兩種饋線自動化分析比較

無通訊饋線自動化系統(tǒng)結構簡單，安裝難度小，無需增加通訊設備，故障隔離過程直接有效。饋線自動化設備無需外加電源，建設費用低且易于維護，故障判據(jù)易于整定便于工作在各類復雜環(huán)境。但無通訊饋線自動化系統(tǒng)存在的主要缺點是故障切除時間較長，故障電流對設備沖擊較大。由于沒有通訊系統(tǒng)，無法實現(xiàn)線路運行參數(shù)的實時檢測以及故障分析。故障發(fā)生時，若開關柜故障無法斷開將造成故障范圍進一步擴大，帶來更大的經(jīng)濟損失。實際工作中，無通訊饋線自動化系統(tǒng)存在各級開關保護邏輯時序配合困難的缺點。

帶通訊饋線自動化系統(tǒng)可實現(xiàn)全網(wǎng)線路的信息集中監(jiān)控，無需考慮各級開關之間的邏輯時序配合的問題。帶通訊饋線自動化系統(tǒng)可進一步縮短故障切除時間和減小故障對設備的沖擊。由于帶通訊饋線自動化系統(tǒng)過度依靠通訊系統(tǒng)，從而導致實際工程結構復雜，不便于系統(tǒng)維護，且建設成本較高。

4 國內(nèi)配電饋線自動化系統(tǒng)目前面臨的主要問題

第一，國內(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，停電時間較長，供電可靠性較差，不利于饋線自動化系統(tǒng)的推廣與應用。

第二，10kV饋線終端所采用的FTU只能完成開關的分合閘功能，對于線路數(shù)據(jù)的實時檢測以及線路的保護功能不能應用于開關自身的狀態(tài)監(jiān)測。由于開關長期的開合閘會造成機械結構本體的變形，從而導致饋電線路中大量故障是由開關本體所造成的。目前對于開關本體的檢測主要依賴于設備的出廠試驗和停電拆機檢修，而過于頻繁的拆機檢修將會導致設備的可靠性降低。因此，開關設備的在線監(jiān)測可有助于發(fā)現(xiàn)設備的潛在故障隱患，提高開關設備的可靠性。

第三，對于帶通訊饋線自動化系統(tǒng)，由于線路監(jiān)控數(shù)據(jù)較多，且數(shù)據(jù)的傳輸依賴于通訊系統(tǒng)。若通訊系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則將影響?zhàn)伨€自動化系統(tǒng)的正常工作以及對于開關本體的狀態(tài)分析。目前，大多數(shù)10kV饋線自動化系統(tǒng)仍然為無通訊饋線自動化系統(tǒng)，因此，降低了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的實用性。

第四，目前已有的帶通訊饋線自動化系統(tǒng)對于所傳輸?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)受到黑客攻擊將會造成電力系統(tǒng)大面停電，降低供電的可靠性，將對正常的工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的威脅。

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