分布式配电网自愈控制技术分析

徐明，杨瓅，冉懋海

（重庆电力高等专科学校，重庆 400053）

1 分布式配电网自愈控制技术要点

1.1 快速自愈控制技术策略

以下针对典型馈线自动化系统结构进行了重点分析，具体见图1。

图1 中如果馈线线路两个开关间无其他开关，表明两个开关是相邻关系，例如，开关A、B；一组相邻开关组成馈线线路则为配电领域，用Q（A，B）表示；相应开关节点是此配电领域端点用a，b 表示；和一个开关相连领域是此开关关联领域，例如，图1 中开关A-F，开关BA、BB 都属于两个关联领域，变电站G1、G2 仅有一个关联区域，用Q（G1，-）表示。图1 中E 是联络开关，馈线线路运行时以联络开关状态为依据，划分为开环、闭环两种形式，和其相对应的自愈控制技术也需要将开环与闭环运行分开。

1.1.1 快速自愈控制开环运行馈线系统自愈控制

（1）开环运行馈线系统故障定位，当此线路出现故障时，变电站出口母线直至故障点馈线线路全部配电终端设备都会采集到（M0=1）过流信息。如果线路中某一开关1x相应配电终端检测到了过流信号，便主动将过流故障信号Fmx1传送至领域开关配电终端；如果配电终端相应开关关联领域出现某一开关没有检测到过流故障信号，便可以判断出故障在配电终端和未检测到过流故障配电终端相应开关x1、x2配电领域Q（x1，x2）中。

图1 中，如果故障出现在开关B、C 间，变电站出口断路器甲、开关A、B 都会有过渡故障信息Ic＞Ip（Ic代表电流测量值，Ip代表电流保护值）。相应配电终端将自愈控制程序启动，并且将故障信息发送至邻域；变电站G1 位置配电终端接受到开关A 配电终端故障信号FmA，G1 配电终端则认为故障未发生在其开关邻域中，自愈控制程度便会结束操作；开关A 配电终端接受到变电站甲、开关B 配电终端故障信号EmB，此时，便认为故障并未出现在其开关邻域中；直到开关B 配电终端没有接受到开关C 故障信号FmC，认为故障存在于其和开关C 相连邻域Q（B，C）中。

（2）开环运行馈线系统故障隔离，如果馈线系统故障定位完成以后，具体自愈技术运用策略可分为以下三种情况：①如果某一配电邻域Q（x1，x2）没有出现故障，即使此邻域端点相应配电终端检测到了过流故障信号，此时也不需要采取跳闸保护措施对故障隔离；②当且仅当某一开关关联配电邻域Q（x1，x2）出现过流故障，此开关相应配电终端将跳闸指令发送，以此来对开关跳闸进行控制，隔离故障；如果此开关为分位状态无需采取措施；③如果某一开关配电终端接受到和其相邻配电终端发送的“开关拒分”信号时，此配电终端马上将跳闸指令发送，将故障隔离。

图1 中，如果自愈控制计算方法已将故障定位于开关B、C 间，这时候出现的故障信号开关是变电站出口断路器甲、开关A、开关B。出口断路器甲、开关A 邻域中没有出现故障，两开关无需任何操作；开关B、C关联邻域中Q（B，C）出现故障，开关B、C 要将故障隔离；若开关A 配电终端接受到开关B“开关拒动”信息马上将跳闸指令发送，同时开关A 断开，线路中其他开关配电终端接受到了“开关拒动”信息时操作如上，直到馈线系统配电终端接收到“分闸成功”信号。

（3）开环运行馈线系统将非故障区供电自动化恢复，如果馈线系统故障隔离操作完成以后，要将非故障区负荷供电恢复。基于故障邻域，非故障区借助和其相连电源给予供电。在联络开关动作操作下完成负荷转供，重点是自愈控制初始阶段就要将联络开关定位操作完成，馈线系统配电终端结合相邻开关部位信息、开关两端电压，如果开关为分位且两侧存在YXT=1＆U1≠0＆U2≠0电压，进而判定此开关是联络开关。供电恢复主要借助联络开关E 合上，联终开关配电终端操作如下：如果配电终端接收到了邻域（开关D、E）间存在故障的信号，无须动作；如果配电终端接收到了相邻配电终端“开关拒动”信号，无须动作；如果配电终端接收到了“分闸成功”信号，将遥控合闸指令发送出去，并将联络开关E 合上，非故障区供电恢复。

1.1.2 快速自愈控制闭环运行馈线系统自愈控制

以下针对馈线系统运行正常情况下联络开关为合闸状态，此时便处于闭环运行中，具体见图2 所示。

图2 典型闭环运行馈线系统

一是定位闭环运行馈线系统故障，如果系统出现故障，配电终端会有过流故障信号出现，并将其发送至相邻配电终端，针对某配电邻域，两端配电终端故障功率方向都指向时，表明其内部存在故障。图2 中，开关D配电终端2 检测到配电终端3 传达开关E 故障功率方向是左，配电终端3 检测到配电终端2 传达故障功率方向则是右，此时可以判断出两开关间存在故障。二是隔离闭环运行馈线系统故障时方法与开环运行馈线系统故障隔离类似。三是闭环运行馈线系统非故障区供电自动恢复，若馈线系统电源容量大，单电源均可以保证闭环馈线系统有序供电，在隔离故障的时候，便能够使非故障区供电恢复；如果电源调节无法满足以上要求，自愈控制程度将信号传送至配电自动化主站，根据整个配网结构尽快将非故障区供电恢复。

1.2 快速自愈控制技术配置要求

如果站在配电网自愈视角下，馈线系统自愈控制技术为基础，在配电网各分支馈线线路中，馈线系统自愈控制属于有效分布式配电网自愈控制系统。其和主站集中自愈控制区别在于馈线线路配电终端不仅是自愈控制主体，而且还是算法指令执行者，体现的是每个配电终端互相配合的结果。所以，要想实现快速自愈控制技术的高效运用要符合以下要求：（1）将断路器安装于变电站出口母线位置，配备延时保护继电保护设备；（2）馈线线路开关设备为断路器，故障发生的时候可快速将故障电流切开；（3）馈线系统通信网使用高速光纤自愈环网；（4）配电终端设备使用符合要求，其中馈线系统配电终端功能包括遥测、遥信、遥控，监测线路运行数据；精度高；设备间实时共享故障、开关部位、开关拒动、跳闸成功等信息；结合提前制定好的策略，快速定位、隔离故障，并及时将非故障区供电恢复；不同馈线保护、开关设备要保证动作机制的完善性；配电终端自愈控制应该具备投退功能；可借助远程形式对参数配置与保护。

2 分布式配电网自愈控制技术应用案例

2.1 工程概况

此次研究选取的案例为某一开闭所Ⅰ、Ⅱ回出线主干线路，其中户外开关箱为11 台，老旧开关有5 台，新建开关箱6 台。以这些设备为重要依据，增加以及调整了部分设备，以达到智能分布式功能的目的。如果线路出现了故障，以免由于变电站跳闸进而导致一些非故障区大规模停电，在最短的时间内，以较快的速度将故障区间隔离，保证联络开关合闸快速恢复供电（如图3、图4）。

图3 故障发生在主干线

图4 故障发生在支线

2.2 技术方案

分布式馈线自动自愈控制技术运用的时候，在通信方面的要求很高，在出现故障后，DTU 间信息必须在10ms 内完成高效交互，因此，此次案例中选用的是工业光纤以太网自愈环。变电站限时速断保护延时最少也要预留200ms 级差。案例中Ⅰ、Ⅱ回出线、开闭所直至中心变电站均采用的是光纤通信进行的铺设，所有的新建主干线路分布式开关均能够参与馈线自动化方案故障处理各个环节，这时不管是主干线出现故障，还是分支出现故障，都能够在变电站出线开关动作前将故障快速切断。同时，6 台新建的户外开关箱以及所有断路器均具备了故障电流快速切断的功能，其中分布式系统接线中Ⅰ、Ⅱ回出线以环网形式为用户提供电能；Ⅲ回2#、3#分、4#、5#、6#分支箱、Ⅱ回3V 分支箱都在分布式结构内，其他开关并未参与；其中联络开关是Ⅲ回5V 分支箱906开关。

2.3 故障处理策略

如果F2 出现了故障，其中Ⅲ回2#分支箱901、906开关，Ⅲ回3#分支箱901 开关都会发现故障电流，借助高速通讯网和相邻开关间快速完成信号的发送。Ⅲ回3#分支箱901 开关将故障发生区域进一步明确以后，以“智能分布保护跳闸”命令为依据，将故障切除。Ⅲ回3#分支箱906 开关接收到关于切除故障的信号以后，延时100ms 以后会自动做出分闸处理，隔离故障。而此时Ⅲ回3#分支箱906 开关保持分闸状态，借助高速通讯网快速传送故障隔离信号，完成合闸转供操作。如果F4发生了故障，能够检测到此故障电流的开关分别是Ⅲ回2#、3#、4#分支箱901、906 以及Ⅲ回5#分支箱901，在高速运作的通讯网支持下，和相邻开关间完成信息的有效交互。Ⅲ回5#分支箱901 开关会将故障点发生的具体范围进一步明确，进而完成“智能分布保护跳闸”操作，将故障切除。

3 结语

在配电网供电环节，分布式配电网自愈控制技术的应用是比较安全可靠的方法，一方面，可以避免由于故障发生导致大范围停电现象的发生；另一方面，可以确保供电更加安全与稳定，强化自愈控制技术的高效率使用，是未来分布式配电网快速切除故障，在较短时间内保证供电的重要途径，市场前景非常不错。在配电网自愈控制中涉及到的环节较多，而自愈控制技术包含着软件系统、硬件设备的自动化，属于综合性较强的控制技术，推进配电网所有设备高效联动。在配点网中馈线线路是重要组成部分，直接关系到了用户用电质量，如果馈线线路可以快速自愈，对于配电网自愈有着非常重要的意义。本文在对分布式配电网自愈控制技术要点进行详细阐述的基础上，以具体案例为重点，进一步明确了自愈控制技术应用的优势，能够在很大程度上降低由于停电带来的经济损失；在快速处理故障的同时，缩小停电区域，实效性、通信性效果较为显著，为配电网自动化、智能化发展奠定了良好的基础。