一种典型10 kV电缆线路馈线自动化动作分析

刘倩影，张启亮

（国网山东省电力公司济宁供电公司，山东 济宁 272000）

0 引言

随着国民经济的不断发展，高压用电负荷逐年增多，各种精密仪表不断涌现，但电能质量问题却日益突出。城区配电网作为电力网络“两头薄弱”的问题依然存在，配电系统也未实现持续高效、经济运行。目前，为监控管理配电网，配电自动化系统（DAS）在各供电公司得到应用，其馈线自动化功能（FA）可在短时间内实现配电网线路故障定位、隔离及非故障区段负荷恢复等功能，城区配电网供电可靠性得到提高［1］。

鉴于电力电缆线路具有维护工作量少、使用寿命长、受气候条件和周围环境影响小、传输性能稳定、可靠性高、占地少等优点，城区配电网线路逐步改造为电力电缆线路［2-3］。在我国城区10 kV电缆网一般采用闭环设计、开环运行的供电模式［4］。配电自动化系统馈线自动化（FA）分为集中型FA和就地型FA［5］，其中集中型FA在电缆线路中应用较为普遍。然而，10 kV电缆线路集中型FA实际应用中存在动作不成功（含不启动）的情况，原因大致可分为系统主站原因、配电设备或终端原因、继电保护配合原因及配网结构影响等几大类［6］。

针对集中型FA动作不成功（含不启动）的情况，结合实际工作，对城区配电网典型10 kV电缆线路分别因配电终端离线、开关遥控失败导致的2种故障进行原因分析，提出有效解决措施，并总结经验教训。

1 城区配电网典型10 kV电缆线路

由于集中型FA电缆网故障一般为永久性故障，所以不考虑重合闸方式。城区配电网典型10 kV电缆线路如图1所示。线路配备有3台集中型环网柜，配置三遥终端设备；各环网柜进线开关为负荷开关、出线开关为断路器；出线开关配置二遥动作型终端设备，均正确投入保护及自动功能。10kV宁一线与10 kV宁二线联络，联络开关为103环网柜02进线开关。

图1 10 kV宁一线接线方式

2 集中型馈线自动化控制策略

集中型FA通过主站与终端设备（DTU）进行集中控制，实现故障点定位、故障区间隔离和非故障区段恢复供电等功能［7］。集中型FA功能启动策略包括主线FA启动策略和电缆线路故障处理策略。

2.1 主线FA启动策略

主线FA故障启动策略包括2个条件，一是变电站10 kV出线断路器开关跳闸信号，二是该变电站和断路器的相应保护动作信号（包括事故总、过流信号、速断信号等），2个条件均满足时方可触发FA动作，以避免FA误启动。

2.2 电缆线路故障处理策略

电缆线路FA控制策略共包括5个环节，分别为区间判定、区间隔离、电源侧恢复供电、负荷侧恢复供电及故障区间解除与恢复。

2.2.1 区间判定

当电缆线路发生故障时，主站FA启动后等待3 min，接收故障回路上开闭所DTU上送的过流故障告警信号，之后结合线路拓扑连接信息，将故障区间定位在最后一个上传故障信号的DTU与第一个未上传故障信号的DTU之间，该区间以正常通信的DTU为界限。

2.2.2 区间隔离

当线路故障为非相继故障时，DAS主站发出控制信号，控分最后一个上传故障信号的DTU与第一个未上传故障信号的DTU，将故障隔离在两个开关之间。相继故障时不能进行故障区间的隔离和非故障区间的恢复。

2.2.3 电源侧恢复供电

主站直接控合变电站出线开关，恢复线路故障区间前端负荷。操作过程中，若变电站出线开关拒动，DAS系统将变电站出线开关作为操作禁止开关处理，进入负荷转供流程计算，寻找其他路径对停电区间进行转供。

2.2.4 负荷侧恢复供电

故障区间前端负荷恢复后，主站需转供负荷大小和联络线路转供能力，生成操作策略进行转供负荷。若在转供负荷过程中开关拒动，主站将该开关认定为操作禁止开关，随后再次进入负荷转供计算流程，计算出新的策略转供负荷。负荷转供策略以最大限度减少负荷损失为目的，并在一定程度上考虑线路负载均衡。

2.2.5 故障区间解除及恢复

故障经处理消除后，主站优先选用本线路对隔离区间供电，恢复故障前正常运行方式。

3 典型10 kV电缆线路故障分析

3.1 配电终端离线引起停电区间扩大

3.1.1 故障描述

如图1所示，10 kV宁一线102环网柜终端为离线状态，10 kV宁一线0104开关保护跳闸，配电自动化判断故障区间为10 kV宁一线101环网柜02进线开关至103环网柜01进线开关之间。配电自动化系统控分10 kV宁一线101环网柜02进线开关、103环网柜01进线开关，控合10 kV宁一线0104开关、103环网柜02进线开关。经现场巡线发现用户乙配电网变压器烧坏，同时10 kV宁一线102环网11开关分位（经现场查看该环网柜DTU信息，发现11开关相间保护跳闸），因馈线自动化未准确判断故障区间导致用户丙、丁（巡线无问题）停电，扩大停电范围，故障后线路接线方式如图2所示。

10 kV宁一线故障发生后，通过查询配电自动化系统信息表，归纳关键事件信息如表1所示。

3.1.2 故障原因分析

10 kV宁一线102环网柜各出线开关现场已正确投入保护，但因终端离线，该环网柜保护动作及开关分位信息无法正确上传主站，配电自动化系统故障处理时将该环网柜视为非自动化设备。10 kV宁一线故障跳闸后，配电自动化系统仅接收到10 kV宁一线101环网柜01、02进线开关的“线路故障告警”信号，根据集中型线路故障区间判定依据，线路上最后一个上传故障信号的DTU（即10 kV宁一线101环网柜02进线开关）负荷侧至第一个未上传故障信号的DTU（即10 kV宁一线103环网柜01进线开关）间线路即为故障区间。

图2 配电终端离线时10 kV宁一线接线方式

表1 配电终端离线10 kV宁一线事件信息一览表

3.1.3 解决措施

加强配电自动化设备的监控与调度巡视，充分利用配电自动化系统中设备通讯监视模块，及时发现并处理配电自动化设备通讯异常问题，防止故障信号无法上传而影响馈线自动化正确动作。

加强配电自动化设备的接入调试管理，新增加的配电自动化设备必须在送电前完成调试，同时设备调试应执行“全遥信、全遥测、全遥控”要求，避免抽检调试，防止信号误传影响馈线自动化正确动作。

3.2 2次遥控失败导致馈线自动化终止

3.2.1 故障描述

10 kV宁一线0104开关保护跳闸，配电自动化判断故障区间为10 kV宁一线101环网柜02进线开关至102环网柜01进线开关间线路，配电自动化连续控分10 kV宁一线101环网柜02进线开关、102环网柜01进线开关失败，馈线自动化动作终止，故障后线路接线方式如图3所示。经现场巡线发现10 kV宁一线101环网柜02进线开关至102环网柜01进线开关间电缆中间接头烧坏。

图3 开关遥控失败时10 kV宁一线接线方式

10 kV宁一线故障发生后，通过查询配电自动化系统信息表，归纳关键事件信息如表2所示。

表2 开关遥控失败时10 kV宁一线事件信息一览表

3.2.2 故障原因分析

集中型FA在故障区间判定结束后，根据网络结构、负荷情况将故障区间边界所有自动化开关进行控分以隔离故障区间。遇有隔离操作发生拒动后（如10 kV宁一线101环网柜02进线开关遥控失败），将重新进行负荷计算，再次执行扩大区间的隔离操作（如控分10 kV宁一线101环网柜01进线开关）。当一次馈线自动化动作过程中遇到2个开关遥控失败后，整个馈线自动化动作过程将终止。

集中型馈线自动化一般先恢复电源侧非故障区间，再恢复负荷侧（联络侧）非故障区间，若前一过程因故终止将不再进行后一过程操作。因此，在线路电源侧非故障区间恢复送电失败后，DAS未通过控分10 kV宁一线102环网柜01进线开关、控合10 kV宁一线103环网柜02进线开关完成102环网柜、103环网柜非故障区间的负荷恢复操作，该故障最终扩大为全线停电。

3.2.3 解决措施

按照配电自动化运行要求，定期开展配电开关的合环遥控试验，实际集中型馈线自动化对开关的遥控均发生在线路一次设备失电情况下，因此应加强对集中型设备电池的运维管理，做好电池的定期更换工作，必要时通过模拟失电的方式进行开关遥控，确保线路主干线分段开关遥控功能正常。

完善配电自动化动作策略，将电源侧与负荷侧故障恢复操作互相独立，任一项操作无法进行时不影响其他项正常操作，实现故障情况下最大限度减少负荷损失。

4 结语

结合实际工作，针对一种城区典型10 kV电缆线路，在详细介绍集中型馈线自动化控制策略的基础之上，对配电终端离线（或未完成调试）引起停电区间扩大、因开关遥控失败导致馈线自动化动作异常终止等常见问题进行故障原因分析，提出解决措施，并总结了经验教训。对今后的实际工作，有一定借鉴作用，可有效缩短调度员处理此类故障的时间，不断提高城区配电网供电可靠性。