智能配網(wǎng)在縣配電網(wǎng)中的應(yīng)用

舒 偉

(嵩明供電有限公司，云南 昆明 651700)

1 前言

某縣配網(wǎng)Ⅰ～Ⅵ回線路為雙變電站供電，實現(xiàn)了Ⅰ～Ⅵ回線路之間的互聯(lián)，即縣城Ⅰ回線路實現(xiàn)“三分段二聯(lián)絡(luò)”的接線方式，而Ⅱ～Ⅴ回線路則全部實現(xiàn)“多分段三聯(lián)絡(luò)”的接線方式，因而構(gòu)成了非常完整的10kV配電網(wǎng)絡(luò)，為智能配網(wǎng)建設(shè)創(chuàng)造了良好基礎(chǔ)。

2 常規(guī)配網(wǎng)自動化技術(shù)的不足

2.1 難以應(yīng)用微機維護

線路均為多分段多聯(lián)絡(luò)方式，由多回電源供電，運行方式和潮流復(fù)雜，使得常規(guī)的微機保護難以應(yīng)用。

1)由于10kV電流保護依賴延時實現(xiàn)保護的選擇性，多分段線路保護的串聯(lián)級數(shù)過多導(dǎo)致某些故障的切除時間偏長，影響設(shè)備安全。

2)運行方式改變導(dǎo)致潮流方向改變，保護定值難以整定。

3)由于城網(wǎng)中大量的短饋線、T接線、雙T接線，環(huán)型接線等復(fù)雜接線，線路保護整定配合困難。因此在城網(wǎng)中，若采用常規(guī)微機保護技術(shù)和設(shè)備，就只能將整條線路視為一個單元，在變電站出線斷路器或線路首端斷路器配置保護，而分段、聯(lián)絡(luò)斷路器難以配置保護。當(dāng)線路故障時，需將整條線路切除，導(dǎo)致保護范圍過大，保護的選擇性較差。

同時，由于中壓保護裝置一般為非三相式保護，對于單相接地故障不能快速識別切除。城網(wǎng)屬于小電流接地系統(tǒng)，即中性點不接地或者經(jīng)消弧線圈、電阻接地。發(fā)生單相接地故障時，接地電流很小，常規(guī)微機保護裝置難以準(zhǔn)確快速地切除，并且故障查找困難。

2.2 保護與控制分離

實現(xiàn)線路分段、增加電源點是提高供電可靠性的基礎(chǔ)，為提高供電可靠性，需要對線路實現(xiàn)快速的故障隔離和非故障區(qū)負荷轉(zhuǎn)供，這是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的主要作用。但是，線路分段、聯(lián)絡(luò)斷路器難以配置常規(guī)的微機保護，使得配網(wǎng)自動化系統(tǒng)與微機保護裝置脫節(jié)，需要在線路首端保護動作后才能由配網(wǎng)自動化系統(tǒng)實施故障隔離和非故障區(qū)負荷轉(zhuǎn)供的控制。目前主要有兩種方式:

1)FTU方式:線路故障時，在線路首端保護跳閘后，由各個分段、聯(lián)絡(luò)斷路器配置的FTU向配網(wǎng)自動化主站發(fā)送故障信息，由主站分析判斷故障位置，以主站遙控方式將故障區(qū)域周邊線路開關(guān)跳閘，實現(xiàn)故障隔離，確認后遙控合閘首端斷路器和相應(yīng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，恢復(fù)非故障區(qū)供電。通常在幾十秒的時間內(nèi)實現(xiàn)故障隔離，在幾分鐘內(nèi)實現(xiàn)恢復(fù)供電。

2)重合器方式:采用重合器與分段器的配合，在線路故障時，依照預(yù)定的延時和順序進行多次重合后，可將故障點自動限制在一個區(qū)段內(nèi)，但不能實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)供。相對于傳統(tǒng)的微機電流保護有較大的優(yōu)勢。但缺點是故障隔離的時間較長，多次重合對系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，并且變電站出線的速斷保護延時過長，對變電站運行產(chǎn)生影響。

上述兩種方式都存在故障保護、故障隔離和負荷轉(zhuǎn)供三個環(huán)節(jié)難以統(tǒng)一的問題，三個環(huán)節(jié)難以協(xié)同動作、快速實施，并都會導(dǎo)致非故障區(qū)域停電和多次沖擊，不利于提高供電可靠性和電能質(zhì)量。

2.3 配網(wǎng)自動化孤島

由于10kV配電線路只在首端配置電流保護，供電區(qū)域內(nèi)的故障都將導(dǎo)致整個區(qū)域停電，因而分支線采用分界斷路器，它的主要作用是:在運行中自動斷開分支線(用戶側(cè))相間短路故障和接地故障，以保障分支線故障不影響主干線的運行。

目前分界斷路器一般仍游離于配網(wǎng)自動化體系之外，通常帶有通信功能，多采用GPRS等公網(wǎng)通信，受通道限制，通信僅只起到向主站通報故障信息的作用，暫未能與配網(wǎng)自動化系統(tǒng)協(xié)同控制，從而成為新的自動化“孤島”

同時，分界斷路器的保護整定與線路首端保護之間也只能采用延時配合，可靠性尚有不足，越級跳閘問題難以從根本上解決。

3 智能電網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢

3.1 標(biāo)準(zhǔn)體系

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)是基于通用網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)唯一國際標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定系統(tǒng)內(nèi)的智能電子設(shè)備(IED，測控單元和繼電保護)均采用統(tǒng)一的協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)進行信息交換。

IEC61850－9－2具有對象建模、抽象通信服務(wù)接口、采樣值發(fā)送和接收、可與GOOSE通信共網(wǎng)等特點。

3.2 GOOSE通信

面向通用對象的變電站事件(GOOSE－－－Generic Object Oriented Substation Event)是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中用于滿足智能系統(tǒng)快速報文需求的機制。

GOOSE通信是一種實時應(yīng)用報文，主要傳送實時性很強的間隔閉鎖和跳閘信號，可以快速反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和異常工作狀態(tài)，并可靠的切除故障元件。另外，GOOSE消息還包含數(shù)據(jù)有效性檢查和消息的丟失、檢查、重發(fā)機制，以保證通信的可靠性。

智能系統(tǒng)采用IEC61850 GOOSE通信標(biāo)準(zhǔn)，利用快速以太網(wǎng)特性，通過GOOSE實現(xiàn)保護之間信息交換和監(jiān)控間隔聯(lián)閉鎖功能，與保護系統(tǒng)統(tǒng)一建模、統(tǒng)一組網(wǎng)，共享統(tǒng)一的信息平臺，提高二次系統(tǒng)的安全性、可靠性。

4 智能系統(tǒng)的主要特征

基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)體系智能系統(tǒng)的主要優(yōu)勢:一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)化、設(shè)備檢修狀態(tài)化、管理運維自動化。

基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系和GOOSE高速高可靠通信，實現(xiàn)跨間隔協(xié)同保護、流程化自動控制成為智能系統(tǒng)的主要特征。

4.1 跨間隔協(xié)同保護

智能故障定位:在系統(tǒng)轄內(nèi)(如配電網(wǎng)、廠站內(nèi)部)建立區(qū)域優(yōu)化保護的概念，故障發(fā)生時，利用GOOSE通信機制的高速和高可靠性，智能裝置之間高速橫向通信、智能分析，在速斷保護允許時延內(nèi)完成故障定位。

防越級跳閘:故障時，先行啟動快速智能故障定位，按預(yù)定規(guī)則針對性跳閘，防止越級跳閘，提高保護的選擇性。

分布式保護:基于智能裝置之間的高速通信、協(xié)同配合，分布式實現(xiàn)集中類保護功能，如故障錄波、小電流接地選線等。

4.2 程序化自動控制

自動倒閘操作:“一鍵”實現(xiàn)整個倒閘操作的全過程自動閉環(huán)控制。

智能網(wǎng)絡(luò)重構(gòu):在系統(tǒng)轄內(nèi)實現(xiàn)快速的故障隔離、負荷轉(zhuǎn)供，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。

智能減載聯(lián)切:根據(jù)實際運行負荷和電源供電余量，在可能過載時，按照預(yù)案快速切除部分次要負荷，保障重要負荷供電。

5 智能配網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用實例

將智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)引入配網(wǎng)自動化領(lǐng)域，針對某電網(wǎng)實際進行配網(wǎng)智能化改造，探索縣城智能配電網(wǎng)建設(shè)的模式，以Ⅳ回線為例，見圖1。

圖1 嵩明縣城網(wǎng)接線圖

5.1 防越級跳的智能網(wǎng)絡(luò)保護

隨著用戶對供電可靠性要求的提高，需要解決線路故障時保護動作的選擇性，從而一次性地實現(xiàn)故障切除與故障隔離。需要在線路的分段、聯(lián)絡(luò)斷路器上都配置保護裝置，并且各個保護裝置利用快速通信協(xié)同動作，共同實現(xiàn)有選擇性的故障隔離。

智能網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)是將就地保護和遠方保護相結(jié)合，系統(tǒng)基于GOOSE通信，當(dāng)線路出現(xiàn)故障時，線路主干線首端、分段、聯(lián)絡(luò)斷路器等相關(guān)串聯(lián)保護智能模塊間基于GOOSE高速橫向通信，在電流速斷保護允許的時限內(nèi)實現(xiàn)高速故障定位，閉鎖上游保護，僅故障點在保護范圍內(nèi)的智能模塊速斷動作，切除故障點，防止越級跳閘導(dǎo)致擴大故障停電范圍，從而構(gòu)成一個區(qū)域配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化智能保護系統(tǒng)。基于網(wǎng)絡(luò)化智能保護技術(shù)的智能配網(wǎng)，具有快速定位故障點，就地處理故障，減少系統(tǒng)沖擊，迅速恢復(fù)供電等優(yōu)點。

當(dāng)G1位置發(fā)生故障時，K1、K2、K3均流過故障電流，若K1、K2、K3斷路器均配置保護，則因定值難以整定而易導(dǎo)致越級跳閘，因而常規(guī)配網(wǎng)自動化方式只在K1斷路器配置保護，K1保護跳閘后，主站遙控K3、K4分閘隔離故障，然后遙控K1合閘送電，從而導(dǎo)致K1～K3間非故障區(qū)域停電，且難以快速恢復(fù)供電。如果采用智能網(wǎng)絡(luò)保護系統(tǒng)，K1、K2、K3斷路器配置的保護裝置基于GOOSE高速橫向通信實現(xiàn)高速故障定位，僅由K3斷路器速斷保護跳閘，防止越級跳閘擴大故障區(qū)域，同時隔離故障，保障K1～K3間非故障區(qū)域不停電，不受故障影響。

5.2 智能化分界斷路器

分界斷路器與主干線的FTU采用相同的技術(shù)和設(shè)備，一同通過光纜通信，不僅可實現(xiàn)分支線和用戶專線的“三遙”監(jiān)控和電量采集(可選功能)，而且同樣納入一體化的網(wǎng)絡(luò)保護、故障隔離、負荷轉(zhuǎn)供等快速自動控制。

如圖1所示，當(dāng) G2位置發(fā)生故障時，K1、K2、K3、K4、K7均流過故障電流，各斷路器配置的保護裝置通信，協(xié)同實現(xiàn)高速故障定位，僅由K7斷路器速斷保護跳閘，防止越級跳閘，同時隔離故障，主干線不停電，不受故障影響。

5.3 帶智能聯(lián)切的快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)

由于智能網(wǎng)絡(luò)保護是基于快速故障定位，而不是基于保護定值配合，因而能夠?qū)崿F(xiàn)配網(wǎng)運行方式變化時保護系統(tǒng)自動匹配，從而不需要在運行方式發(fā)生變化時重新整定保護定值，使得網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)能夠自動、快速實現(xiàn)。

如圖1所示，當(dāng)G1位置發(fā)生故障時，K3斷路器速斷保護跳閘，同時相關(guān)各斷路器配置的智能裝置基于GOOSE高速橫向通信，確定故障區(qū)域G1的邊界斷路器如K4也同步分閘，實現(xiàn)對故障區(qū)域的快速隔離。

確認隔離狀態(tài)后，根據(jù)預(yù)先設(shè)置的預(yù)案，①K5合閘，石塘變供電;②K5、K8合閘，K6分閘，由Ⅴ回線供電;③K5、K9合閘，K6分閘，由Ⅲ回線供電。自動在這三回供電路徑中選擇最優(yōu)路徑，快速恢復(fù)對K4～K5區(qū)域的供電，實現(xiàn)負荷轉(zhuǎn)供。根據(jù)實際運行負荷，如果這三回供電路徑均不能對K4～K5區(qū)域全額供電，則根據(jù)預(yù)案選擇某回供電路徑，并自動將該路徑所供負荷中的部分一般負荷切除，以保障不過載，然后實施網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)控制，保障該回供電路徑下重要負荷的供電，從而實現(xiàn)智能化的快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。

5.4 快速的智能保電控制

智能配網(wǎng)系統(tǒng)以強大的UNIX主站預(yù)案管理機制為后盾，以硬件層高速高可靠的GOOSE通信為支撐，將整個城網(wǎng)作為一個整體，在變電站、開閉所、配電線路等發(fā)生故障時，各開關(guān)配置的智能裝置根據(jù)預(yù)案自動控制開關(guān)分合，實現(xiàn)快速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，以保障重要負荷供電。

5.5 一體化的輸配供運維管理

由于智能配網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)的首端、分段、聯(lián)絡(luò)、分支、分界等節(jié)點的環(huán)網(wǎng)柜、柱上斷路器以及用戶供電網(wǎng)絡(luò)的開閉所、配電室等統(tǒng)一納入管理，除實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)保護、故障隔離、負荷轉(zhuǎn)供等故障時的自動化功能之外，同時也實現(xiàn)整個配電網(wǎng)絡(luò)正常運行的連續(xù)、實時“三遙”監(jiān)控，因而構(gòu)成統(tǒng)一的信息平臺。

因此，除實現(xiàn)配電網(wǎng)的故障快速定位、快速隔離、最優(yōu)化恢復(fù)功能之外，利用配電網(wǎng)統(tǒng)一信息平臺，采用分層集中模式，通過配電網(wǎng)智能保護裝置將配電網(wǎng)運行信息、保護故障信息和故障定位信息集成上送主站端，實現(xiàn)對配電網(wǎng)運行情況的有效監(jiān)測和控制。

6 結(jié)束語

采用智能配網(wǎng)系統(tǒng)，能夠有效解決常規(guī)微機保護、常規(guī)配網(wǎng)自動化系統(tǒng)在配電網(wǎng)中應(yīng)用的不足，能夠有效提高配電網(wǎng)運行的安全性，提高供電可靠性和供電質(zhì)量。因而智能配網(wǎng)系統(tǒng)是將來微網(wǎng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)，是提高需求側(cè)管理水平的有效技術(shù)手段，是智能電網(wǎng)的重要組成部分。

［1］何光宇、孫英云.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)［M］.北京:中國電力出版社，2010.

［2］龔靜.配電網(wǎng)綜合自動化技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2008.

［3］秦立軍、馬其燕.智能配電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2010.