10 kV配網饋線自動化系統研究與應用

張冠釗

（廣東電網有限責任公司 東莞西北供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

在國民經濟發展和電力資源需求日益增加的背景下，供電可靠性和供電穩定性成為人們重點關注的問題。配網運行可靠性與配網結構合理性、科學性相關，還間接受到配網自動化程度的影響。饋線自動化技術是配網線路中的重要技術之一，該技術在配網中的合理應用能夠有效實現配網中故障隔離和非故障區域正常供電。對10 kV配網饋線技術而言，饋線自動化系統構建成為必然發展趨勢。

1 饋線自動化技術概述

1.1 饋線自動化技術內涵

饋線自動化（Feeder Automation，FA）充分利用自動化技術、控制設備、智能設備等實現對配電網線路的實時監控和自動化操作。借助饋線自動化技術能夠實現對運行數據、運行狀態的實時監控、數據分析，對潛在故障進行預測，對既有故障進行分析，從而實現故障自動化處理。

1.2 饋線自動化技術功能

饋線自動化主要應用于用戶用電設備和變電站之間。正常情況下，饋線自動化技術能夠實現線路、設備和用戶情況的實時監控，同時在參數采集和深度解析基礎上實現配網運行優化。在配網出現故障或存在潛在故障的情況下，饋線自動化系統能夠對故障或潛在故障進行監測分析，若發現故障則進行隔離，從而保障非故障區域正常供電。饋線自動化技術通過變電站中斷路器運轉和出線配合調節，最終實現運行狀況分析和故障隔離，保障配網故障情況和正常情況下的穩定供電[1]。

2 饋線自動化技術對比與分析

目前，饋線自動化系統中，就地分布式-重合器方式、集中與就地智能配合式、主站集中式-半自動方式是3種最常用的技術方式，技術原理和優缺點對比如表1所示。

2.1 就地分布式-重合器方式

就地分布式-重合器方式的饋線自動化技術主要依靠線路器開關的邏輯配合（重合器）實現故障定位隔離，同時還能夠依靠其實現非故障區域供電恢復。控制器能夠對電壓進行檢測，重合器和分段器相互配合。在出現故障時，重合器分閘且分段器跳閘，之后重合器會進行合閘嘗試，分段器在重合器合閘后按照時限順序自動延時合閘[2]。分段器在合閘期間，如果遇到故障點則重合器會再次進行分閘，故障點電源側的分段器也會出現失壓閉鎖跳閘，以此實現故障隔離。重合器在此基礎上進行二次合閘，以保障非故障區域的正常供電恢復。該方式能夠快速實現故障隔離，成本低且技術成熟，但斷路器頻繁開關動作會沖擊電網，需要整定網絡支持。

表1 饋線自動化技術對比

2.2 主站集中式-半自動方式

借助多樣化通信方法實現故障端信息、數據采集，利用網絡拓撲結構對故障信息進行整合和分析，實現故障定位和深度解讀，引入遠程控制技術實現故障隔離控制和非故障區域供電恢復。該方式下饋線自動化功能實現對通信技術水平要求較高，若通信技術較差不能及時、準確定位故障，在故障分析中將會出現問題。尤其是互聯網背景下，惡意程序、病毒等危險因素的存在對通信技術提出了更高的要求[3]。

2.3 集中與就地智能配合式

集中與就地智能配合式充分結合了集中式和就地智能式的優點，能夠迅速完成故障定位、故障隔離、故障處理以及供電恢復。作為饋線自動化發展的新趨勢，該種模式在工業園區和智能小區中具有應用優勢，有效實現了故障快速隔離。

3 饋線自動化技術應用及故障處理流程

故障定位及處理是饋線自動化系統最主要的功能，結合各種技術對配網的運行狀態和運行信息進行實時統計、識別和分析，發現故障或潛在故障后進行迅速隔離，通過負荷轉供實現對非故障區的正常供電。目前,常用的10 kV配網饋線自動化系統往往將配網分為在線、仿真以及離線3種運行狀態，同時能夠提供故障定位、故障識別、故障報警、故障處理以及歷史故障查詢等功能。在發現故障和故障處理時能夠人工選擇，也可以根據系統信息進行全自動處理。此外，系統還能夠和用戶進行交互，確定最優故障恢復策略[4]。饋線自動化故障處理基本流程如圖1所示。

圖1 饋線自動化故障處理流程

配電終端進行配網運行狀態實時監控和實時采集，同時將采集的信息上傳到饋線自動化系統中。饋線自動化系統對終端上傳的信息進行分析，借助網絡拓撲結構確定故障信號，并定位故障位置，對故障信息深入分析，確定故障處理方法。如果符合數據庫中調度規程的操作處理方案，則提供給調度員進行選擇。調度員根據選擇的方案進行開關、刀閘、重合器、分段器的就地分合操作或遠程操控。同時，系統根據故障信息自動確定處置方案，根據既定方案進行啟動條件設定，并在工作人員分析方案合理性之后執行，最終實現故障處理和故障隔離。

4 10 kV配網饋線自動化系統設計與應用

4.1 系統總體架構

基于饋線自動化技術和10 kV配網系統的實際需求構建了如圖2所示的10 kV饋線自動化系統架構，主要由變電站出現開關、配網主站、分段開關以及饋線終端構成。

分段開關應用于配網不同區段的分割、故障定位以及故障分離，其合理應用能夠縮小故障停電范圍。為降低成本，設計了具備遠程控制功能但不配備保護裝置的分段開關。為保障故障的快速切除，變電站出線開關配備了保護裝置。饋線終端（Feeder Terminal Unit，FTU）主要用于系統中所有分段開關故障過電流等相關電信號的采集，并且還能將所有的采集信息傳回配網主站。此外，饋線終端也是饋線自動化控制策略的執行單位，用于分段開關的閉合或斷開控制。配網主站是整個饋線自動化系統的核心組成，能夠接收饋線終端中采集的過電流等相關電信號信息，同時對故障信息進行分析，給出相應控制策略。通信網絡主要用于饋線終端、配網主站以及聯絡開關和分段開關之間的信息互通，目前饋線自動化系統中主要采用的是運營商無線數據專網。

圖2 10 kV配網饋線自動化系統架構

4.2 工作原理及具體應用

以圖2系統中k點短路故障為例，對10 kV饋線自動化系統的工作原理進行分析。在k點發生短路故障時，系統中CX1出線開關會做出響應并執行跳閘動作，同時還會執行重合閘。若能夠成功執行重合閘操作，則確定為瞬時性故障，饋線自動化系統能夠恢復正常供電。如果CX1重合閘動作失敗，則斷定系統中的故障為永久性故障，饋線自動化系統會運行啟動。由于CX1進行了兩次合閘，則FTU1饋線終端會檢測到兩次故障過電流，但FTU2饋線終端并不會檢測到響應故障過電流，從而確故障處于FTU2和FTU1之間。通過上述過程能夠實現故障定位，同時結合配網主站能夠遠程遙控FD1和FD2斷開，實現FTU2和FTU1之間故障的隔離，同時能夠對聯絡開關FD3和出線開關CX1進行遠程遙控閉合，實現非故障區段的正常供電[5,6]。

此外，本設計中還為分支線路開關配備了保護裝置，能夠確定配網故障期間的第一時間動作，盡可能縮小故障停電范圍。為確保饋線自動化系統的穩定性與可靠性，引入完全對應的圖-庫-模設計，實現自動化系統單線圖和饋線自動化系統現場設備安裝位置的匹配對應、網絡拓撲建模和自動化系統單線圖之間的匹配對應、數據庫設置參數和終端IP地址之間的匹配對應。

5 結 論

隨著自動化技術在配網系統中的推廣和應用，我國配網自動化水平日益提高。饋線自動化系統對提升配網運行穩定性具有重要作用，通過對相關技術進行研究和分析，在此基礎上構建了10 kV配網饋線自動化系統，為配網自動化故障定位、故障處理、故障隔離以及供電恢復提供切實有效的解決方案。