基于EPON通信的配電網保護與控制的實踐

馮超，戴元安，朱中華

（1.嘉善縣供電局，浙江嘉善314100；2.南瑞繼保電氣有限公司，南京211102）

基于EPON通信的配電網保護與控制的實踐

馮超1，戴元安1，朱中華2

（1.嘉善縣供電局，浙江嘉善314100；2.南瑞繼保電氣有限公司，南京211102）

針對配電網絡結構日益復雜，導致階段式過流保護時限配合困難且無法實現全線速動的問題，結合嘉善配電網“三雙”改造的試點，提出了一種基于EPON通信網絡的10 kV線路保護與控制方法，能夠在變電站10 kV饋線出口開關保護動作之前實現故障的快速定位、隔離，可有效解決配電網上下級保護定值不易配合的問題，同時通過遠方備自投實現非故障區域的供電恢復，提高了供電可靠性。

配電網保護；備自投；故障定位；EPON

0 引言

目前，10 kV饋線一般采用階段式過流保護或過流保護與FA（饋線自動化）組合方式[1]。隨著智能電網的不斷推進，大量分布式電源接入配電網以及配電網結構朝著多聯絡、環網模式發展[2-3]，形成高供電可靠性的“三雙”（雙電源、雙線路、雙接入）接線模式。原有時限配合的傳統保護模式已經遠遠不能滿足高可靠性用電和對故障快速定位、準確隔離的要求。

未來智能配電網絡的繼電保護系統在繼承利用本地信息的就地化保護成熟技術的同時，將借助于信息化、數字化技術的發展，向相互協調、廣域范圍內功能綜合的保護系統發展[4]。

以嘉善配電網架空線“三雙”試點工程為基礎，提出了一種配電網保護與控制方案，以EPON（無源光以太網）通信網絡為載體實現全自主的10 kV主干線故障快速定位、隔離及非故障區域的恢復，對方案實施的保護邏輯與控制方式進行了分析說明。

1 配電網保護控制系統通信模式

為實現配電網保護控制相關功能，保護裝置之間需具備毫秒級的保護信息實時交互能力，建立橫向通信聯絡，采用EPON組網，通過IEC 61850-8-1 GOOSE（面向通用對象的變電站事件）實現保護相關信息的實時交互。

在EPON通信網絡上，配電網各保護裝置只需與相鄰保護裝置、區域控制子站建立橫向通信鏈接，不需要與配電網上所有裝置建立鏈接，有效降低了通信的集中度，提高了橫向通信及保護的可靠性。

配電網保護裝置通過EPON網絡的通信終端設備ONU（光網絡單元）、EPON的局端設備OLT（光線路終端）建立保護裝置之間的數據交互通道，如圖1所示。每個配電保護裝置采集柱上開關狀態信息，包括開關位置、電流、電壓等，經過裝置內部計算后，將過流、開關位置、電壓狀態等信號采用GOOSE組播報文方式，向EPON網絡上的相關配電保護裝置和配電網區域控制子站發布，實現供電區域內保護相關數據的共享。

EPON網絡同時承載配電保護裝置之間保護信息交互、配電網區域控制子站與配電保護裝置之間控制信息交互、配電主站與配電保護裝置之間自動化信息交互，三者共享這一通信網絡。

2 試點區技術要求

10 kV架空線路主干線路在試點之前沒有安裝分段開關、聯絡開關，配置三段式電流保護，其中Ⅰ段為電流速斷，架空線路配有重合閘。

10 kV架空線路進行“三雙”改造，增加分段開關、聯絡開關，且保證每一個配電網區段都連接2個以上電源，其中1個為主供電源，其他為備用電源，聯絡開關正常運行處于分位。分段開關、聯絡開關采用柱上斷路器，每臺開關配置1套配電保護裝置。柱上斷路器內置三相保護級電流互感器，具備電動操作機構，可通過配電保護裝置進行遙控分/合閘。

變電站側的10 kV線路保護裝置不更換，在整定值中將原電流速斷保護退出運行，保留過流保護及重合閘，過流保護作為全線的后備保護。由基于EPON網絡的配電網主保護實現全線速斷。要求整條線路任一點的主保護動作延時不大于100 ms，失靈保護動作延時小于200 ms。如果線路上短路故障在200 ms內未切除，則由變電站的原線路過流保護動作切除變電站側10 kV線路開關。

基于EPON的配電網保護實現饋線的故障區段準確定位，在100 ms以內切除區段故障；配電保護裝置具備三相涌流檢測能力，能準確檢測空投變壓器、帶電動機重合等情況，避免誤動；具備重合閘功能，排除線路上的瞬時性故障；具備失靈保護功能，在故障點鄰近開關拒動時，由上級開關配電保護裝置的失靈保護切除故障。

配電網區域控制子站實現饋線故障隔離后的非故障區域備用電源自投（簡稱備自投）。配電保護裝置將故障區段定位隔離成功后，配電網區域控制子站通過遠方備自投系列策略，實現非故障停電區域的聯絡備自投。

3 配電網故障區段的判斷

配電網拓撲保護作為配電網全線路的主保護，線路上的分段開關及聯絡開關將線路分成多個區段，如圖2所示。分段開關KG1，KG2，KG5所含的配電網線路為其中的一個區段，KG2，KG3，KG6所含的配電網線路為另一個區段，如此類推。各區段劃分如表1所示。

如果短路故障發生在開關KG2，KG3，KG6之間的線路上，則區段2為故障區段，KG2，KG3，KG6都在故障區段上。KG2有故障電流，KG2稱為故障點鄰近上游開關；KG3，KG6無故障電流，KG3，KG6稱為故障點鄰近下游開關；其他開關都為故障區外開關。

基于配電網絡拓撲保護邏輯的網絡拓撲整定方式簡單，每個保護控制裝置不需要整個網絡的拓撲結構信息，只需要在線路拓撲上與本開關相鄰點的信息，這樣局部化的信息聯系大大降低了裝置信息的傳輸量和處理量，從而提高數據處理效率。如圖2所示，就保護功能而言，KG1只需要獲取KG2與KG5的信息，KG2只需要獲取KG1，KG5，KG6，KG3的信息。

當配電網線路發生故障時，保護裝置檢測到故障電流，滿足過流元件動作條件時，通過GOOSE口向相鄰點的保護裝置、配電網區域控制子站發送過流故障信息。保護控制裝置結合就地檢測及運算的信息、相鄰點的實時GOOSE信息，經主保護邏輯分析計算后確定對應開關是否在故障區段上。如果判定本開關在故障區段上且有故障電流流過，發送含義為“本開關在故障點鄰近上游”信息；如果判定本開關在故障區段上但沒有故障電流流過，發送含義為“本開關在故障點鄰近下游”信息；如果主保護啟動但判定不在故障區段上，則發送“本開關在故障區外”信息。

如果KG2檢測到故障電流（開關在合位），KG3，KG6沒有檢測到故障電流（開關在分位），3個中只有1個有故障信息，即認為故障發生在區段2上。

4 帶重合閘的保護邏輯

若圖2中區段3故障：KG1，KG2，KG5處的保護裝置完成故障定位，KG1處保護動作出口，跳閘KG1開關；KG2開關先不動作，KG5本身在分位。在KG1合閘儲能完成的條件下經重合閘延時重合KG1。

如果區段3為瞬時性故障，KG1重合閘后，保護裝置沒有再檢測到故障信息，重合閘成功，瞬時性故障排除。

如果區段3為永久性故障，KG1處保護再次動作，重合閘后加速動作，直接跳閘KG1；在重合閘后加速動作的同時，KG1處保護裝置向KG2與KG5處發送重合閘后加速動作信息，KG2與KG5處保護裝置收到該信息，直接跳閘KG2，而KG5本身在分位。至此，區段3故障被隔離。

5 失靈保護邏輯

若圖2中區段2故障：KG2，KG3，KG6處的保護裝置完成故障定位后，KG2保護裝置會立即發“本開關在故障點鄰近上游”的信息給鄰近的KG1與KG5，KG1與KG5處保護裝置即啟動失靈保護功能。

如果KG2拒動，KG1保護裝置從檢測到故障電流開始計算時間，在固定延時之后仍然檢測到故障電流存在（如KG2拒動），失靈保護動作出口，直接跳閘KG1開關。KG2保護裝置會發送“拒動”信息給KG1，KG5，KG3，KG6，這些開關本身在分位，如果這些開關中有在合位的，會直接跳閘，保證將故障區域完全隔離。

6 遠方備自投的實現

區域控制子站PCS-998安裝在110 kV惠民變站內。當配電線路發生故障時，由就地FTU（饋線終端裝置）保護動作，切除故障。若是瞬時性故障，依靠FTU重合閘重合恢復供電，若是永久性故障，由PCS-998裝置實現遠方自投，恢復非故障區域供電。

在某些情況下，存在多路徑的恢復供電方式，遵循以下優先級原則：負荷輕的線路優先；對側變電站相應側母線；對側變電站異側母線；本側變電站不同段母線。

若圖2中區段3發生永久故障：KG1，KG2，KG5處的保護裝置完成故障定位及隔離，KG1，KG2，KG5開關均處于分位。配電網區域控制子站在確認KG1，KG2，KG5故障定位隔離處理完畢后，會分析曙光814線、東海824線的整體負荷情況、各開關負荷狀態及KG2歷史負荷狀態，通過優先級原則的備自投策略選擇其中相對合理的聯絡備用電源，合閘聯絡開關KG3或者KG6，恢復非故障區段2的供電。以下為動作策略。

（1）區段1內發生故障，KG3，KG4，KG7跳閘，無非故障區段失電，PCS-998裝置不動作。

（2）區段2內發生故障，KG2，KG3，KG6跳閘，無非故障區段失電，PCS-998裝置不動作。

（3）區段3內發生故障，KG1，KG2，KG5跳閘，非故障區段2失電，PCS-998裝置動作，優先合KG3，若曙光814線過負荷，而東海824線未過負荷，則合KG6。

（4）區段4內發生故障，KG5，KG8，KG9跳閘，非故障區段5失電，PCS-998裝置動作，合KG10。

（5）區段5內發生故障，KG9與KG10跳閘，無非故障區段失電，PCS-998裝置不動作。

（6）區段6內發生故障，KG6，KG10，KG11跳閘，無非故障區段失電，PCS-998裝置不動作。

（7）區段7內發生故障，KG7，KG11，KG12跳閘，非故障區段6失電，PCS-998裝置動作，優先合KG10，若惠工257線過負荷，而惠北258線未過負荷，則合KG6。

7 結語

針對嘉善地區架空輸電線路“三雙”供電模式設計了配電網保護控制解決方案，基于高速實時的EPON通信網絡進行信息交換，就地化自動準確地識別故障發生區段，快速隔離故障，并通過配電網區域控制子站，迅速自動恢復非故障區的供電。經實踐驗證這種配電保護系統保護動作時間短、選擇性好、靈敏度高，不但解決了配電網繼電保護的整定配合問題，且實現了配電網故障“自愈”功能，為大幅提高配電網的供電可靠性提供了有效的技術支撐。

[1]檀佳，賴尚峰.含分布式電源的閉環配電網保護方案研究[J].電力學報，2011，26（5）:368-771.

[2]林霞，陸于平，吳新佳.分布式發電系統對繼電保護靈敏度影響規律[J].電力自動化設備，2009，29（1）:54-59.

[3]謝邦鵬，沈光敏，孫陽盛.智能配電網中的繼電保護工作展望[J].上海電力，2010，3:199-204.

（本文編輯：陸瑩）

下期要目

●GIS設備超聲波局部放電信號異常的分析

●電動汽車充換電服務網絡城際互聯清分結算研究

●防水涂料在電纜中間接頭防水處理中的應用

●縣域電力設施布局規劃的研究與實踐

●非故障狀態變壓器絕緣油中H2異常的案例分析

●火電機組漿液循環泵全停邏輯優化及RB控制研究

●600 MW火電機組發電機軸瓦振動異常分析及處理

●1 000 MW機組鍋爐SCR脫硝系統的運行優化

●鍋爐化學清洗工藝的改進和應用

●調控一體化電網智能告警技術的應用

Practice of Distribution Network Protection and Control Based on EPON Communication

FENG Chao1，DAI Yuan an1，ZHU Zhong hua2
（1.Jiashan Power Supply Bureau，Jiashan Zhejiang 314100，China；2.NR Electric Co.Ltd.，Nanjing 211102，China)

Aiming at the increasingly complex distribution network structure which brings about difficulty in matching with step overcurrent protection time limit and disenables quick-action of the whole line，the paper, combining with the network protection and control pilot of"three-double"transformation of Jiashan distribution networks，proposes a protection and control method for 10 kV lines based on EPON communication networks,which enables quick fault location and isolation before protection action of gate out switch of 10 kV feeder and effectively solves the uneasy matching between upper protection settings and lower ones of distribution networks；in the meantime，power supply in fault-free areas can be resumed by remote automatic bus transfer equipment，and power supply reliability can be improved.

distribution network protection；automatic bus transfer equipment；fault location；EPON

TM773

：B

：1007-1881（2013）11-0049-04

2013-08-13

馮超（1979-），男，江蘇高郵人，注冊電氣工程師，從事電網規劃設計工作。