引言

隨著我國電力系統(tǒng)建設的不斷加速,配網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復雜化,配電設備也越來越多樣化,且配電系統(tǒng)運行環(huán)境較為惡劣,存在大量的諧波源、三相不平衡、電壓閃變污染等問題,配電系統(tǒng)運營與維護面臨嚴峻考驗?；诖?配網(wǎng)自動化引起了廣泛關注,電力系統(tǒng)已開始試點使用配電自動化技術。

饋線是連接各配電網(wǎng)絡節(jié)點的重要線路,是配網(wǎng)建設的重要組成部分。通過饋線自動化建設,能實時監(jiān)控配電線路運行情況,及時發(fā)現(xiàn)饋線故障并實現(xiàn)自動化隔離、診斷與恢復供電,實現(xiàn)配電網(wǎng)運行監(jiān)控的自動化控制,從而達到提高供電可靠性和電能質(zhì)量的目的,實現(xiàn)配電系統(tǒng)的高質(zhì)量、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

1饋線自動化原理及方案概述

饋線自動化是基于電網(wǎng)分段處理的一種自動化控制技術,利用分段開關將供電線路分為各個供電區(qū)域,當某區(qū)域發(fā)生故障時,由控制系統(tǒng)發(fā)出跳開動作指令,從而實現(xiàn)故障區(qū)域隔離,并重構(gòu)配網(wǎng)結(jié)構(gòu),恢復非故障區(qū)域供電,從而避免了因故障而導致的持續(xù)失電問題。

根據(jù)配網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)和通信條件,可將饋線自動化分為就地控制和遠方控制兩種方案。就地控制是通過分段開關器對分段開關進行動作控制,并與出站斷路器或重合器上的分段開關配合使用,以此實現(xiàn)故障區(qū)域的隔離。就地控制方案對通信條件要求不高,投資成本較低,但該方案存在開關動作次數(shù)過多、恢復供電間隔長、故障定位不準確的問題。遠方控制方案對通信條件要求較高,建設投資投入較大,但具有適應范圍廣、故障定位精確、恢復供電及時等特點,在故障隔離與恢復時,相應的分段開關僅需動作一次,有利于延長分段開關使用壽命。遠方控制方案適用于復雜、多電源的配網(wǎng)結(jié)構(gòu),不限于架空線或電纜供電,因此,遠方控制饋線自動化方案具有較高的應用研究價值。

2基于饋線自動化的配電主站系統(tǒng)構(gòu)成

基于遠方控制饋線自動化的配電主站自動化系統(tǒng),由配電主站、配電終端、通信通道組成。其中,配電主站主要用于信息處理與人機交互,配電終端用于饋線狀態(tài)信息收集、動作執(zhí)行:通信通道是配電主站與配電終端之間的通信鏈路。

2.1配電主站

配電主站是配電自動化系統(tǒng)的核心,承擔著數(shù)據(jù)采集、處理、存儲與控制等任務,是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)功能實現(xiàn)的關鍵。為提高配網(wǎng)控制的可靠性、實時性,服務器應雙機熱備,當主服務器發(fā)生故障時,備用服務器自動接管服務。同時,配電主站還應配置數(shù)據(jù)采集服務器、數(shù)據(jù)存儲服務器、web服務器等,分別用于數(shù)據(jù)接口配置、信息存儲和信息發(fā)布等。

2.2配電終端

配電終端是安裝在配網(wǎng)現(xiàn)場的監(jiān)測、控制單元,監(jiān)測對象包括開關站、配電室、變壓器、箱式變電站和饋線等。根據(jù)監(jiān)測對象的不同,可將配電終端分為開關監(jiān)控終端(FTU,饋線終端)、變壓器監(jiān)控終端(TTU,配電終端)、遠動裝置(RTU,自動化控制器)和現(xiàn)場故障指示燈等。

2.3通信系統(tǒng)

根據(jù)通信技術發(fā)展現(xiàn)狀,可用于配電系統(tǒng)通信的技術主要包括光纖通信和配電載波通信兩種。光纖通信技術發(fā)展相對成熟,廣泛應用于各類網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),具有傳輸容量大、衰減小、傳輸距離遠、受電磁干擾小等特點,但同時存在線路敷設成本高、施工周期長、運維費用高等缺點:配電載波通信技術是以現(xiàn)有配電網(wǎng)作為通信通道,不需要對現(xiàn)有配網(wǎng)網(wǎng)絡進行改造升級,也不需要敷設通信線路,因此,配電載波具有成本小、施工周期短、易于管理維護等特點,但由于配電載波受電磁干擾影響顯著,通信信號衰減較大,當配電網(wǎng)絡發(fā)生變化時,其通信可能受到影響。結(jié)合光纖通信和配電載波通信技術應用特點,可在長距離、復雜結(jié)構(gòu)配電系統(tǒng)使用光纖通信,短距離、單一結(jié)構(gòu)中采用配電載波通信。

3饋線自動化設計與實現(xiàn)

3.1饋線自動化控制流程

基于上述架構(gòu),配電終端FTU和TTU實時向配電主站發(fā)送狀態(tài)信息,配電主站收集、處理、存儲整個饋線環(huán)的故障信號,依據(jù)故障發(fā)生時間,判斷該故障為瞬時故障或永久故障。當配電故障為瞬時故障時,不觸發(fā)饋線自動化處理流程。而當故障為永久性故障時,則由饋線處理系統(tǒng)依據(jù)預設條件發(fā)出動作指令,從而實現(xiàn)饋線故障的自動化控制。

根據(jù)饋線瞬時故障和永久故障類型,為避免饋線自動化控制頻繁動作,影響配電網(wǎng)控制穩(wěn)定性,饋電自動化控制觸發(fā)條件應滿足:

(1)開關事故分閘。當開關分閘由事故原因引起時,其判斷條件以分閘動作信號和開關過流保護動作信號為依據(jù),考慮到信號傳輸和事故維持時間,可將分閘故障時間間隔設置為5s,連續(xù)收到兩次及以上故障信號,即可判定為開關分閘故障。

(2)開關故障跳閘。當開關事故分閘發(fā)生后,如重合閘動作完成,即為瞬時故障。如跳閘開關分閘維持一段時間后仍保持分位狀態(tài),則可判定為永久性故障,判斷時間可根據(jù)重合閘整定動作時間最大值確定,可在開關事故分閘后延遲5~10s。

3.2故障定位

當配電主站判定饋線故障為永久性故障后,結(jié)合各配電終端信號,對饋線故障進行定位。結(jié)合饋線故障發(fā)生特點,當故障發(fā)生時,該節(jié)點上游配電終端會持續(xù)發(fā)送狀態(tài)信息,而下游配電終端則不會上報故障信號,因此,在相應的故障節(jié)點中,應只有一個開關發(fā)出故障信號。根據(jù)該特性,當饋線故障發(fā)生時,可由配電主站遍歷數(shù)據(jù)庫中故障信息,以此作為故障定位的依據(jù)。

3.3故障隔離

當故障節(jié)點確定后,配電主站自動化系統(tǒng)即進入故障隔離流程。通過預設條件,將故障節(jié)點周圍的所有開關斷開,實現(xiàn)故障區(qū)域的有效識別和隔離。在此過程中,應考慮兩個因素:過濾已分閘的開關:如果該饋線連接末端供電,則開關不需要分閘。

3.4非故障區(qū)域恢復供電

配網(wǎng)饋線故障發(fā)生后,可將故障區(qū)域分為故障區(qū)域和失電區(qū)域,根據(jù)失電區(qū)域相對于故障區(qū)域的位置,可將失電區(qū)域劃分為電源直連電氣區(qū)域和孤立失電區(qū)域,即故障區(qū)域上游為直連電氣區(qū)域,下游為孤立失電區(qū)域。針對由單個開關分閘引起的饋線故障,通過故障節(jié)點開關合閘操作即可恢復,且電源直連區(qū)域?qū)儆谡９╇姷囊徊糠?不存在負荷不足的問題。而針對由多級開關分閘引起的饋線故障,在電源直連區(qū)域恢復供電時,僅對單個開關進行合閘處理無法實現(xiàn)供電恢復,可依據(jù)就近原則,先對每個開關的狀態(tài)進行檢測,根據(jù)故障節(jié)點分閘位置,依次對分閘開關進行合閘操作,從而確?；謴凸╇姷目煽啃院头€(wěn)定性。

針對失電區(qū)域的供電恢復,需要明確其聯(lián)絡開關的數(shù)量和線路。例如,在一進二出環(huán)網(wǎng)柜母線柜發(fā)生故障時,如兩個出線分別出現(xiàn)孤立失電區(qū)域,則可通過配電終端獲取該節(jié)點聯(lián)絡線和失電區(qū)域內(nèi)聯(lián)絡開關數(shù)量,并根據(jù)自動化系統(tǒng)預設條件,重構(gòu)配電結(jié)構(gòu),對聯(lián)絡開關進行合閘操作,從而實現(xiàn)失電區(qū)域的恢復供電。此外,為確保失電區(qū)域電源能夠滿足失電區(qū)域供電需求,在配網(wǎng)規(guī)劃和設計時,應結(jié)合配網(wǎng)區(qū)域用電需求計算其容量,確定饋線最小負荷和最大負荷。在多電源供電的情況下,應根據(jù)失電區(qū)域用電負荷,優(yōu)先選擇負荷均衡度高的作為電源,降低失電區(qū)域接入對配網(wǎng)的影響。

3.5供電控制結(jié)果判定

在失電區(qū)域恢復供電后,系統(tǒng)可根據(jù)是直連電氣區(qū)域還是孤立失電區(qū)域,配電終端和狀態(tài)信息及合閘動作返回結(jié)果進行綜合性分析,如兩者結(jié)果一致,則饋線自動化控制動作完成,如未成功,則可判定為自動化控制失敗,應及時聯(lián)系電力維修人員現(xiàn)場查明原因。

4結(jié)語

在新時期背景下,配網(wǎng)供電可靠性直接影響國民經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展,因此對故障監(jiān)測、定位、維修的時效性要求不斷提高。結(jié)合配網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點,本文提出了饋線故障自動化控制流程,以期提高配網(wǎng)運行的可靠性、穩(wěn)定性。