電壓時間型饋線自動化

楊甲磊 藺亞寧

摘? 要：饋線自動化系統是保障配電網安全運行的重要保證，首先分析了饋線自動化系統國內外研究現狀，然后對電壓時間型饋線自動化系統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缺點，最后對國內饋線自動化系統存在的問題進行了總結。

關鍵詞：饋線自動化系統;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 饋線自動化現狀

隨著社會自動化水平的不斷提高，國家智能電網的建設也在不斷推進。智能電網以保證電網的運行更加安全，供電更加可靠，實現風能、太陽能等多種能源并網為建設目標。智能電網不斷完善信息上傳機制，實現信息的網絡化處理，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輸電線路的狀態監控，及時定位故障線路并對故障區域進行隔離，完成非故障區域的快速恢復供電。饋線自動化系統能夠有效提高配電系統的可靠性，是實現智能電網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，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，實現了饋線信息的實時測量傳輸、故障定位與非故障區域的恢復供電等功能，即是SCADA系統。

20世紀90年代初，我國開始了饋線自動化裝備的相關研制，但僅有部分企業比較重視。饋線自動化裝備的主要功能包括監測和控制，實現線路的數據測量和設備之間的遙信和遙控，但饋線自動化系統在20世紀后期才于各省市的配電網中開始試運行。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故障的自動處理，非故障區域能夠在較短時間內自主恢復供電，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，饋線自動化成為了可能。由于饋線自動化系統大多運行在開環形式的配電線路中，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完成終端與主站之間的配合，判斷故障區域并通過主站遙控通訊實現故障隔離和非故障區間的恢復供電。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故障區域隔離和非故障區域的恢復供電。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，當線路發生故障時，饋線自動化系統對線路進行故障處理，并經過一定時間完成自動重合閘實現非故障區段的送電。變電站A與變電站B之間通過聯絡開關AB進行連接，a1～a4為變電站A供電區段的分段開關，b1～b4為變電站B供電區段的分段開關。

當線路F1點發生故障時，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供電區段線路所有電壓型開關因失壓而動作分閘。與此同時，聯絡開關AB因單端側失壓而啟動自身計時功能。

故障跳閘后經過設定時間t1，變電站A出線斷路器D1進行重合閘。經過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，實現故障區段隔離。

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處的非故障區間恢復供電。經過時間t1，分段開關a1至a2處的非故障區間恢復供電。待聯絡開關AB計時到設定值，聯絡開關AB合閘，實現分段開關a3至聯絡開關AB處非故障區間的不間斷供電。

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，線路又失壓，則開關分閘、并保持在閉鎖狀態。

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的環網結構劃分成幾個供電區域，利用聯絡開關連成網絡，當故障發生時，將故障區域兩端的開關斷開，再利用聯絡開關實現非故障區域的不間斷供電。目前，故障處理模式根據其特征可分為兩大類：第一類為無通訊的饋線自動化系統，第二類為帶通訊的饋線自動化系統。

3.1 無通訊饋線自動化系統

無通訊饋線自動化系統主要利用饋線終端和一次開關設備的相互配合實現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，延時一定時間后發出合閘指令，分段開關合閘后在一定時間內檢測電流。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閉鎖功能隔離故障區域。相鄰區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再合閘下級分段開關。

3.2 帶通訊饋線自動化系統

隨著互聯網技術、通訊技術以及計算機技術的快速發展，帶通訊饋線自動化系統得到了極大發展。利用線路中的饋線終端裝置對線路節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度終端，由終端對各節點信息進行分析判斷、定位故障、遠動開關實現隔離故障區間及恢復無故障區間供電。

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，故障判據易于整定便于工作在各類復雜環境。但無通訊饋線自動化系統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，無法實現線路運行參數的實時檢測以及故障分析。故障發生時，若開關柜故障無法斷開將造成故障范圍進一步擴大，帶來更大的經濟損失。實際工作中，無通訊饋線自動化系統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可實現全網線路的信息集中監控，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過度依靠通訊系統，從而導致實際工程結構復雜，不便于系統維護，且建設成本較高。

4 國內配電饋線自動化系統目前面臨的主要問題

第一，國內大多數饋線方式為輻射型，線路故障發生后，故障區域下游將全部停電，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，對于線路數據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監測。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，開關設備的在線監測可有助于發現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，由于線路監控數據較多，且數據的傳輸依賴于通訊系統。若通訊系統出現故障，則將影響饋線自動化系統的正常工作以及對于開關本體的狀態分析。目前，大多數10kV饋線自動化系統仍然為無通訊饋線自動化系統，因此，降低了配電網自動化系統的實用性。

第四，目前已有的帶通訊饋線自動化系統對于所傳輸的數據不存在加密功能，因此，若是配電網通訊系統受到黑客攻擊將會造成電力系統大面停電，降低供電的可靠性，將對正常的工業生產帶來了極大的威脅。

參考文獻：

[1]鄭帥.配電智能分布式饋線自動化調試方案的研究[J].電子制作，2019（16）：77-78.

[2]韓猛.饋線自動化在鐵路系統中的應用[J].鐵路通信信號工程技術，2019，16（03）：64-66.

[3]陳西寅.配電網饋線自動化研究[J].科技視界，2019（06）：48-49.

[4]陳千懿，李克文，況成忠，等.一種電壓-時間型配電終端的自動檢測方法[J].廣西電力，2018，41（04）：14-18.

[5]王孟定.配電網饋線自動化技術分析[J].自動化應用，2018（08）：101-103.