基于广义备自投技术的配电网故障自愈控制研究

梁廷安

广西电网有限责任公司钦州供电局，广西 钦州 535000

0 引言

受自然环境或外力破坏的影响，配电网设备会因各种故障出现跳闸，从而带来大面积的停电。近年来，随着智能电网的发展，基于能源管理系统（EMS）的广义备自投技术在局部电网失去主电源时，通过EMS系统智能判断、批量序列遥控操作功能，利用备用电源自动恢复用户供电。基于此，基于广义备自投技术的配电网故障自愈控制可有效提升配电网抵御大型事故造成大面积停电的能力，提高配电网运行的可靠性。

1 广义备自投技术

广义备自投技术是在EMS系统中设置功能模块，将EMS系统大数据、智能化优势与调度员人工处理大面积停电事故的逻辑策略相结合，利用EMS的全网运行状态实时监视、智能防误、批量遥控操作、智能逻辑判断等功能优势，实时研判电网运行状态。当因输变配电设备故障跳闸导致用户供电中断时，根据开关变位、保护装置动作、遥信、遥测数据等信息，智能判断故障设备、断电范围，利用事先设定的恢复策略，利用备用电源逐步对非故障设备送电，实现电网大范围内备自投功能，恢复用户的供电[1]。

2 自愈控制技术特点

（1）功能融合性。智能配电网自愈控制技术既能起到检测、监控的作用，又能恢复秩序，起到保护的作用。可以说是一种兼具测控和保护功能的新兴技术，与现阶段的科学技术发展紧密关联。随着配电网自愈控制技术的进一步发展，COMS新产品逐渐产生。这使得计算机仿真控制功能与配电网自愈控制技术紧密联系在一起，从而更好地发挥出配电网自愈控制技术的作用。由此可见，计算机的自动化功能能够促进智能配电网自愈控制技术的发展和完善[2]。

（2）技术创新性。智能配电网控制项目中出现的新特点推动了智能配电网自愈控制技术的进一步发展，这主要得益于IEC 61850标准的公布。在这种背景下，智能配电网自愈控制技术有必要打破原有技术的桎梏，在原有技术的基础上不断创新发展，既要提高自愈能力又要完善自愈技术，确保运行过程中的安全稳定。只有这样，智能配电网自愈控制技术才能在技术发展需求日新月异的大环境中站稳脚跟。

3 配电故障自动化系统自愈功能的局限性

（1）单电源、单主变情况影响客户供电可靠性。在电网发展的过程中，部分地区不可避免地存在变电站单电源或单主变运行的情况。一旦电源进线或主变故障或上级电源故障，变电站中、低压母线将全部失电，造成大量电力客户供电中断，给居民生活和社会生产造成严重影响。

（2）配电自动化系统自愈功能有局限。现有配电自动化系统自愈功能仅能实现单一配电线路故障后的自动恢复，如图1所示，以变电站出线保护动作和开关变位作为触发条件，配电自动化将最后一个有故障电流的配电开关与第一个无故障电流的配电开关之间线路判定为故障区间，自动断开相关配电开关隔离故障区间，通过变电站或手拉手线路恢复非故障区间线路供电。当变电站主变故障或上级电源故障造成的10 kV母线失压时，出线开关无保护动作和变位信息，不满足触发条件，自愈功能不启动，无法实现自动恢复供电功能。现有变电站备自投装置是在变电站运行过程中主供电源无压、无流，备用电源有电压，无影响备自投装置动作的闭锁信号，装置自动断开主供电源、合上备用电源恢复非故障设备供电的安全自动装置。变电站站端备自投装置一般只针对单座变电站备用电源自动投切。近年来，变电站间远方备自投装置也逐步得到应用，一般针对两座串接供电的变电站间的电源备投。但两种备自投装置均无法实现电网大型故障大面积停电后的自动恢复供电[3]。

图1 配电自动化系统

4 广义备自投技术的配电网故障自愈控制技术分析

广义备自投技术的配电网故障自愈能力（以下简称广义配电网故障自愈功能）是基于配电自动化的配电网故障自动恢复供电功能，网络化的安全自动装置（功能模块），在不误动、不拒动的安全基础上，具备网络化、智能化和快速性的特点。模块具备启动条件判断、防误闭锁，过程化智能序列操作等功能。

4.1 启动条件

根据备自投动作的基本逻辑，需要判断主供电源无压、无流，备用电源有电压，且无影响恢复非故障设备送电的闭锁信号，运行装置动作。经过对历史电网故障的信息分析，确定广义配电网自愈的启动条件：变电站10 kV母线失去电压、主变低压侧开关无电流，利用配电自动化的优势增加变电站10 kV出线拓扑失电判据。为防止误动作，遥测数据需连续采样3次，均满足动作要求，才认定为满足启动条件。闭锁条件主要为防止母线故障（含电容器、电抗器、站用变或消弧线圈、PT等直接连接在母线上的设备）导致的母线失压以及10 kV线路故障时开关拒动越级跳闸造成的母线失压。因此，广义配电网故障自愈闭锁条件应为10 kV母线保护动作、所有或部分10 kV开关保护动作跳闸，主变低后备保护动作、主变低压侧开关跳闸，10 kV出线保护动作等。满足以上条件之一均闭锁广义配电网故障自愈功能。

4.2 动作序列

备自投动作的基本原理为断开主供电源，合上备用电源恢复非故障设备供电。广义配电网故障自愈利用调度自动化系统批量遥控操作和防误闭锁功能，实现全网范围内故障判断后，实现故障设备隔离和非故障设备恢复送电。动作序列主要包括以下内容：（1）断开主供电源。低压母线的电源主要来源于主变低压侧开关或低压母线分段（母联）开关，启动条件判断环节判断故障设备不是母线或直接连接在母线上的设备和出线，具备广义配电网自愈启动条件，功能模块遥控断开主变低压侧开关和分段开关。

（2）变电站间联络线路自愈。变电站间联络线路的自愈动作序列为①遥控断开变电站失压母线所有出线开关及主变低压侧开关。②配电自动化自动合上相关配电联络开关恢复具备站间联络的10 kV线路供电。

（3）低压母线恢复的方式。方案一：在功能模块中每条低压母线事先设定一条反送线路，完成站间联络线路送电后，遥控合上设定的反送线路变电站内开关恢复母线送电。方案二：系统自动在恢复送电的站间联络线路中选取对侧电源线路负载率较低、接带负荷能力较大的线路，自动合上此线路变电站侧开关恢复低压母线送电。

（4）10 kV直配线路恢复。根据事故前负荷情况和事先确定的恢复送电顺序，逐一合上可恢复的母线10 kV出线送电，完成直配线路自愈送电。

4.3 其他事项

（1）与上级线路保护配合。广义配电网自愈功能应躲开上级电源保护及重合闸、备自投动作时间，待现有各类保护、自动装置和现有配网馈线自动化动作完成后，根据电网实际运行状态，启动和执行自愈功能。（2）防止系统误动作。根据防误闭锁原则，利用技术手段防止自动化信息误发、遥测数据不刷新或突变、现场自动化终端故障异常造成系统误动作，主要包括送电设备拓扑异常（设备冷备用、拓扑带电等）、送电范围内有合闸接地刀闸、挂牌等闭锁自愈功能。

4.4 动作示例

如图2所示，以A站#1主变故障为例，1主变差动保护动作，10 kV#1母线及出线失压，无#1主变低后备保护动作、10 kV出线保护动作等闭锁信号。

图2 变电站主变

（1）广域自愈系统判断故障区域在站内10 kV母线外，具备广义自愈功能动作条件，自动断开所有出线开关，并再次跳#1主变001开关一次，确保隔离故障设备。

（2）广域自愈系统合上联络开关L1、L2、L3恢复具有异站联络的线路1、线路5、线路6送电至站内开关。

（3）广域自愈系统用事前指定或智能选取的线路恢复A站10 kV#1母线送电，逐条恢复无异站联络的线路2、线路3、线路4送电。

5 结束语

综上所述，基于广义备自投技术的配电网故障自愈能力研究是将广义备自投技术在配电网中深化应用，对现有配电自动化系统馈线自愈功能的智能化扩展，可以有效提高配电网故障后的自愈的能力，最大限度提高配电网供电可靠性。在此基础上，还需要结合配电自动化系统建设和改造，进行广义配电网故障自愈功能研发，推广广义配电网故障自愈功能在电力系统的工程应用。