考慮死區故障的饋線自動化技術研究

張貝貝

（國網江蘇連云港供電公司，江蘇 連云港 222000）

配電自動化系統（distribution automation，DA）具有配電網數據采集與監控、故障處理、負荷管理等功能，是實現智能配電網的基礎，而DA核心功能是饋線自動化（feedback automation，FA）。

集中式FA（下文簡稱FA）由于其自愈適應性強等特點，受到較多關注。根據統計，某地區配電房電纜室或電纜中間接頭故障發生率為58.6%[1]，受TA安裝位置影響，使得FA判斷故障位置與實際故障位置不一致，動作成功率大大降低，并造成重復停電、故障點轉移、停電范圍擴大等問題。文獻[1]擴大故障隔離范圍，提高復電的成功率。文獻[2]通過區分利用環網進線開關、出線開關的故障指示信息，遙控分開其上一級開關，確保故障點的徹底隔離。但以上策略均未能對是否發生死區故障做出準確判斷，當線路發生死區故障時，造成停電范圍擴大等問題。

本文提出了考慮死區故障的饋線自動化技術，從配電網環網開關加裝電流互感器產生的死區問題，分析現有FA策略不適應死區故障問題，通過自適應調整故障邊界開關的上游“三遙”開關保護動作跳閘功能，實現對死區故障的準確隔離，快速恢復非故障區域供電。

1 饋線自動化技術

1.1 配電自動化系統概述

DA主要由主站、子站（根據需要建設）、終端和通信通道組成，采用數據中臺的方式，實現與其他相關應用系統的數據共享和功能擴展，如圖1所示。供電企業實際應用的DA系統包括配電網自動化系統、配電網管理自動化系統、停電管理系統以及配電管理系統[3-4]。

圖1 配電自動化系統示意圖

通過DA實時監視中低壓配電網及其設備的運行狀態，當系統發出異常預警時，通知人員及時處理，消除故障隱患，避免配電網設備“帶病”工作。當配電網設備發生故障時，實現自動完成故障定位、遙控隔離故障以及恢復非故障負荷供電，減少故障停電給社會造成的經濟損失和不良影響[5]。

1.2 主站集中式饋線自動化

饋線自動化主要分為主站集中式和就地分布式，其中，就地分布式又可分為時間電壓型和智能分布型，本文研究的重點對象就是主站集中式饋線自動化。

對于采用主站集中式FA的配電網10 kV（20 kV）線路，當發生短路故障或者單相接地故障時，變電站出線開關保護動作跳閘，配電自動化系統根據相應的設定原則啟動FA，通過多種通信方式，綜合線路上自動化開關的保護動作信息，結合配電線路拓撲模型，研判故障類型以及故障區域，遙控分開故障區域的邊界開關，遙控合上電源點開關，實現非故障區域供電。

2 考慮死區故障的饋線自動化技術

為了節省投資，對于現有未集成TA的環網開關柜，一般在原有開關柜間隔的電纜室加裝TA，安裝位置位于開關、電纜終端接頭下方[1]，分別以進線電纜終端接頭和出線電纜中間接頭發生故障展開討論分析。

進線開關發生死區故障特征分析。當進線開關的電纜終端接頭處發生故障時，故障電流流過該接頭下方的TA，變電站開關至該開關之間的上游主干線開關（包括該開關）的終端（distribution terminal unit，DTU）上送保護告警信息，FA研判故障點在該開關的下游區域，遙控隔離故障區域、恢復故障點上游區域供電時，造成變電內斷路器再次跳閘，變電站開關至該開關之間主干線開關（包括該開關）的DTU再次上送保護告警信息，此時該開關處于分位。

出線開關發生死區故障特征分析。當出線開關的電纜終端接頭處發生故障時，故障電流不流過該接頭下方的TA，該開關下游（包括該開關）的DTU均無保護告警信息，FA研判故障點在該開關的上游區域，遙控隔離故障區域、恢復故障點下游區域供電時，造成轉供線路變電站的斷路器跳閘，該開關至轉供線路站內斷路器之間的開關DTU上送保護告警信息，此時該開關處于分位。

綜上所述，當環網開關發生死區故障時，主站FA不能將故障點有效隔離，導致重復停電、故障轉移等不良后果。同時FA將發生死區故障的開關（故障區域邊界開關）遙控分開后，對非故障區域送電失敗，且該開關以及上游開關的DTU上送保護告警信息，因此，可利用該特征對現有的FA技術進行改進，如圖2所示。

圖2 考慮死區故障的饋線自動化技術流程圖

當配電網線路發生永久性故障時，變電站出線開關保護動作跳閘，主站FA功能啟動。主站FA根據變電站出線開關以及配電網線路開關的保護信息，研判故障區域，遙控分開故障區域各側開關，隔離故障區域。

檢索并形成故障區域各側邊界開關至變電站出線開關、聯絡開關的供電路徑拓撲，識別并遙控分開故障區域邊界開關的上一級“三遙”開關（以下簡稱上一級開關）以及兩者之間的分支開關，遙控合上變電站出線開關、聯絡開關，恢復非故障區域供電。

主站將上一級“三遙”開關的保護跳閘功能投入，并遙控合上。如果未發生保護動作跳閘，將保護跳閘功能退出，判定故障區域定位準確，并恢復上一級開關與故障邊界開關之間分支開關后段負荷的供電；如果發生保護動作跳閘，將保護跳閘功能退出，判定跳閘側邊界開關發生死區故障，完成死區故障隔離，分支開關后段負荷進行轉供，將未跳閘側的故障邊界開關保護跳閘功能投入，遙控合上邊界開關，并恢復故障區域負荷供電，在試送饋線開關過程中，如邊界開關發生跳閘，判定試送的饋線開關發生死區故障，遙控分開饋線開關，遙控合上邊界開關，完成其余饋線負荷供電后，將邊界開關的保護跳閘功能退出。

3 案例分析

故障前線路運行方式如圖3所示，圖中實心代表開關合位，空心代表開關分位。甲、乙變電站主變10 kV側為小電阻接地方式，Q1為甲變電站10 kV I段母線上出線開關，Q2為乙變電站10 kV I段母線上出線開關，均配置過流保護和零序過流保護，I段時限均設置為0.4 s，兩條線路均采用全電纜敷設，變電站內重合閘功能不投入。Q1與Q2線路采用主站集中式FA，均投入在線自動模式。

圖3 故障前運行方式

H1、H2、H3、H4為自動化環網，環網開關具備“三遙”功能，配置過流保護I段和零序過流I段保護，其中，用戶分界點開關（L1、L2、L3、L4）均投跳閘，時限設置為0，其余分段開關跳閘不投，K7為聯絡開關。環網開關零序TA均采用穿心式，安裝在電纜與開關接頭處下方。

K4發生死區故障時，故障零序電流回路見圖4，Q1、K1、K2、K3開關的TA流過故障電流，智能終端有保護告警，下面分別對傳統和改進的集中式FA處置方案進行分析。

圖4 K4死區故障零序電流示意圖

3.1 傳統的FA處置方案

傳統的FA根據保護告警信息，判斷故障點在K3、K4與L2之間，遙控分開K3、K4與L2；遙控合上Q1，K3前段恢復供電，此時K3的上一級開關K2無保護告警信號，同時遙控合上K7，對故障點再次送電，零序電流回路見圖5。由圖5可知，零序電流流過K4的TA4，K4有零序過流I段保護告警信息，通過遙控分開K4，無法隔離故障點，造成變電站內Q2開關送電失敗。

圖5 K4死區故障轉移后零序電流示意圖

3.2 改進的FA處置方案

改進的FA根據保護告警信息，判斷故障點在K3、K4與L2之間，遙控分開K3、K4與L2；檢索非故障區域供電路徑，L2為負荷開關，無轉供路徑，識別并遙控分開K3的上一級“三遙”開關K2，K4的上一級“三遙”開關K5，將K2與K5開關保護動作跳閘投入，時間時限設置為0 s；遙控合上所內開關Q1、線路聯絡開關K7，送電正常；遙控合上K2與K5，K2開關送電正常，K5開關保護動作跳閘，判斷K4發生死區故障，隔離故障點，將K2、K5開關的跳閘功能退出；將K3的保護動作跳閘功能投入，時限設置為0 s，遙控合上K3，送電正常，遙控合上負荷開關L2，送電正常，恢復非故障段供電，將K3的保護跳閘功能退出。

3.3 效果對比

采用改進的FA策略前后，針對是否發生死區故障，從停電范圍、非故障段重復停電、恢復供電速度等3個方面進行對比，見表1。從表1可以看出，當未發生死區故障時，停電范圍相同，均不存在重復停電情況，非故障段恢復供電速度均高于傳統巡線處理方案。當發生死區故障時，改進的FA停電用戶范圍更小，重復停電影響范圍更小，非故障段恢復供電速度更快。

表1 FA策略改進前后效果對比

4 結束語

本文論證了現有的集中式FA技術并不適用于發生死區故障的線路自愈，著重分析了進線開關、出線開關死區故障的動作邏輯以及保護特征，提出利用故障區域邊界開關的上一級“三遙”開關保護跳閘功能，實現對死區故障的精確定位，對非故障區域快速復電，提高了配電網的供電可靠性。