摘要：配电系统与现代居民生活息息相关，随着人民对美好生活的要求日益提升，用户对于供电质量的要求也日益提高。在配电网架的日趋完善的背景下，智能分布式配电自动化应运而生。智能分布式配电自动化在提高供电可靠性，减少停电时间上具备明显的优势。目前，各地供电局逐渐试点并铺开配电自动化建设，智能分布式配电自动化概念逐渐清晰并发展。本文主要针对汕头供电局配电自动化的建设情况进行分析，展开研究，分析其原理和并展望其发展前景。
关键词：故障隔离；故障切除；转供；容错
一、智能分布式配电自动化简介
配电自动化，是配电系统在一次设备的基础上，综合利用计算机通信等技术，实现配电运维信息的监控、采集和控制，提供配电运行数据，提高运维的效率和管理效率。目前，配电自动化主要有三种形式。
（一）主站型配电自动化：
配电自动化终端与配电自动化主站相互通信，配电终端采集信息，配电自动化主站收集终端信息，完成对配电线路的故障定位、故障隔离和恢复非故障区域供电，为运维和调度人员提供运行数据。主站型配电自动化对线路故障的处理依赖配电自动化主站，对自动化主站的通信和功能配置要求较高；出于技术考虑，目前以配电主站提供运行数据和故障分析，运维人员根据主站提供数据，查找故障，此方法耗时较长，效率较低。
（二）电压电流型（电压时间型）配电自动化：
自动化终端不依赖于配电自动化主站通信，终端对线路故障进行实时检测，通过故障延时跳闸、得电重合以及联络开关的单侧失电延时合闸逻辑功能，就地实现故障快速定位隔离以及供电恢复。电压电流型配电自动化（或者电压时间型配电自动化）无需终端之间的通信，能够较快完成故障的切除和转供，但是重合闸会对线路造成故障的二次冲击，加快设备的损耗。
（三）智能分布式配电自动化：
配电终端通过与相邻终端的通信，各单元开关独立完成智能终端决策和分闸动作，协同完成整组配电线路故障定位、隔离以及恢复供电。相比传统配电自动化，智能分布式配电自动化，具备独立判断故障功能，能够快速进行故障定位、隔离，并完成线路转供，极大提高供电可靠性，借助光纤通信和一次设备的升级改造，智能分布式保护在自动化保护中前景较好，可行性高。
（四）智能分布式自动化名词解释
1.故障切除：在环网接线并开环运行的线路中采用智能分布式策略，沿电流方向，故障点前端开关正确动作，保护测控单元应发出“故障切除成功”信号，开关拒动等原因导致开关无法切除应发“故障切除失败”信号。
2.故障隔离：在环网接线并开环运行的智能分布式策略情况下，沿电流方向，故障点后端开关正确动作，保护测控单元应发出“故障隔离成功”信号到联络开关。隔离失败应发“故障隔离失败”信号。
3.速动型智能分布式馈线自动化：基于光纤以太网，采用对等通信“IEC61850+GOOSE”通信规约、网络式面保护的一种就地式馈线自动化。当线路发生故障时，线路上所有配电自动化终端采集到故障电流信息，相邻配电自动化终端共享故障信息，确定故障两侧最近的开关，两侧开关速断保护动作，开关跳闸，隔离故障。
4.缓动型智能分布式馈线自动化：即电压电流型（对等通信）馈线自动化。基于光纤以太网，采用对等通信“IEC61850+GOOSE”通信规约、网络式面保护的一种就地式馈线自动化。当线路发生故障时，线路上所有配电自动化终端采集到故障电流信息，相邻配电自动化终端共享故障信息，确定故障两侧最近的开关，判断故障后开关须等变电站开关跳闸，检测本开关无压无流后再跳闸隔离故障。缓动型智能分布式馈线自动化须和变电站10kV开关保护及重合闸配合。
二、智能分布式配电自动化实现原理
相邻开关的智能终端之间交换故障检测信息，实现故障区段的定位与隔离处理。联络开关处的智能终端进行故障点下游非故障区段的供电恢复决策与控制。根据故障是否需要由变电站开关先行切除，分为缓动型智能分布式与速动型智能分布式。
速动型智能分布式：故障发生时，检测到故障信息的开关，直接动作切除故障，整个过程耗时为通信与发信切除与一次设备动作熄弧时间，在当前技术条件下，最快可在200ms完成故障的切除，为保证故障不影响到变电站出线开关，需要设置变电站开关对故障的处理时间为大于200ms。因此，整个切除过程小于变电站动作时间，变电站出口开关还未动作，线路故障已经完成隔离，本策略称为速动型智能分布式。
缓动型智能分布式：检测到故障的开关，不直接进行跳闸动作，等待变电站切除故障后，再根据定位信息，执行故障的切除隔离以及转供。变电站开关投入重合闸，在故障隔离成功后，重合恢复非故障区域的供电，本策略称为缓动型智能分布式。缓动型智能分布式的对设备的要求较低，在保护配合上更加简单容易实现，无需像速动型智能分布式对于开关的动作时效和通信时效的严格要求。因此，汕头局主要采用照缓动型智能分布式策略，以下均按照本策略进行动作分析。
实现智能分布式配电自动化，主要分为故障的隔离和非故障区域的供电恢复。
图1故障发生
（一）故障定位
正常通信时，处于故障上游的开关，自身检测到故障电流，上一级开关检测到故障电流，下级开关没有故障电流，终端判断故障在本开关保护区段内，在等待变电站跳闸后，本侧开关进行故障的切除，并在切除成功后发送故障切除成功信号给相邻开关。
图2故障切除
故障切除的逻辑，要综合分析自身过流信息和左右侧的开关的故障电流，逻辑流程图如下：
图3故障切除逻辑
（二）故障隔离
故障下级开关没有检测到故障电流，通过与开关两侧通信，判断本开关有且仅有一侧开关存在故障电流，故障在本开关保护区内，本侧开关为故障的负荷侧开关。在收到故障点上游开关发出的故障切除成功标志后，执行跳闸并发出故障隔离成功信号。
图4故障隔离
故障隔离开关的逻辑流程图如下：
图5故障隔离逻辑
（三）转供电
联络开关接收到其他开关发出的故障隔离成功信号后，再次判断双侧电压，如确定单侧有压，另一侧无压，且判断转供部分负载未超过限定值，则合上联络开关，完成转供电，发“转供电成功”信号。如接收到故障隔离成功信号，但双侧无压，则不应合上联络开关，发“失压信号”并发“转供电失败”信号。
当联络开关检测到相邻站有故障电流，或有分闸拒动的信号，或虽然接收到故障隔离成功信号，但双侧无压，则闭锁合闸功能，此闭锁标志需双侧有压过了确认时间解锁。
联络开关应具备判断线路负载情况是否满足转供条件的功能。逻辑如下：故障隔离成功后，故障隔离开关将负荷断面发给联络开关，联络开关通过对侧首开关负荷断面及故障隔离开关断面负荷判断转供后是否线路过载。如符合条件则进行转供，如线路过载，则不进行转供，并发“转供电失败”信号及“转供线路过载”信号。相关信号应作为SOE信号上报主站并保存在本保护测控装置。开关负荷断面采用实时负荷断面。
对N供一备线路，在备用线路发生故障，同时主线上发生故障需要转供电时，允许两条主供线路互为专供并可向备用线路转供。两主线上联络开关及备用线路联络开关接收到故障隔离成功信号后为避免单侧失压造成的可能误合闸的情况，通过时间级差完成联络开关的选择。
图6联络开关合闸转供
联络开关的转供电逻辑处理图如下：
图7联络开关转供电逻辑
为了保证联络开关能够正常动作，要求在各种可能误动的情况下，联络开关闭锁动作，保证设备和线路的安全。闭锁的逻辑如下：
图8联络闭锁逻辑
（四）分支线策略
配电线路网架复杂，在环网柜设备上，除了电源主干线的进出线开关，往往同时存在单辐射结构的分支线开关，根据运行的实际情况，可以实施以下保护策略：
1.常规保护：当故障发生在分支上时，分支开关按照常规三段式保护直接跳闸，无需与主干线开关进行通信，逻辑简单。
2.智能分布式保护：分支线开关接入用户时，当下级用户开关自身设置保护定值，优先由用户侧开关进行保护跳闸，在这种情况下，普通三段式保护的时差配合难度大，可以考虑投入智能分布式，按照主干线的切除隔离逻辑进行故障跳闸，但不投入转供策略。
（五）智能分布式保护的容错措施
智能分布式保护建立在一次设备和通信设施的完善的基础，在故障发生瞬间完成故障的切除，并快速完成线路的自愈。当设备在长期恶劣环境下运行，可能有各种情况导致开关无法分闸，或者线路通信恶劣导致通信异常。因此，需要考虑保护的异常情况。
智能分布式采用GOOSE通信机制，在接收报文的允许生存时间的2倍时间内没有收到下一帧GOOSE报文时判断为通信中断。开关通信异常时，智能分布式保护所依赖的对等通信不再可靠。为了保证故障点能够可靠切除，检测到故障电流的开关，优先跳闸保证故障切除，切除成功的开关，不再发送故障切除信号。
图9通信异常时的容错处理
其逻辑处理如下：
图10通信异常容错逻辑
在开关拒动时，本应进行故障切除的开关，发送拒动信号，上级开关收到拒动信号的开关，跳闸切除故障，并发送故障切除信息。同理，本应进行故障隔离的开关，发送拒动信号，下级开关自身无过流，收到开关拒动信息，跳闸进行故障隔离，并发送故障隔离信号。这样，可以保证，在某单元的一次设备出现异常无法正常动作时，保护策略仍能够保证故障的切除。
图11开关拒动时的容错处理
图12拒动容错逻辑
三、智能分布式配电自动化的实际应用
智能分布式的实际应用需依赖于网架的完善、一次设备的改造升级和通信速动的提高。同时，终端设备的实际运行，需要经受户外配电恶劣运行环境的考验。
（一）对于一次设备及网架的要求
智能分布式保护要实现非故障区域的自愈，要求主干线路能够成环运行，具备两个及以上电源点，同时，在多供一备用线路，应保证各线路之间互不影响。终端对于线路接地故障的检测以零序电流为判据，只能应用以中性点经小电阻接地系统为主的系统。
终端对于故障的检测，主要为过流检测、失压检测，故每个进出线单元应独立配置电流互感器，对于主干线路上的开关单元，配备相应的电压互感器。环网柜应具备合成母线电压功能。为保证智能分布式保护的安全可靠，一次设备应配置断路器开关，能够正常切除故障并满足熄弧。
（二）智能分布式自动化对环境的要求
智能终端包含大量电气元件，还有集成电路，对环境的要求较高，而配电设备多在户外，汕头地区夏季高温，潮湿天气对保护设备造成损害，成为运行中的隐患。在环网柜中，可以增加排气扇降温，装设去凝露装置，减少高温潮湿的危害。
（三）对通信的要求
智能分布式保护需要高效可靠通信，确保故障发生时，能够准确判断，不至于误动作或者拒动。目前我局采用光纤通信，速度快，通信质量好，保证终端之间高效通信。根据当前技术条件，智能终端间通信完成故障逻辑判断处理需要约100毫秒，开关本体动作时间约70-100毫秒，从故障发生到完成处理至少需要200毫秒，可以满足智能分布式的时限要求。
四、智能分布式的改进
（一）通信的规范
智能分布式配电自动化正在起步和发展研究阶段，各厂家的通信协议并未统一，各自设计，不同厂家的智能终端无法通信。而智能分布式馈线自动化的基本原理是建立在智能终端之间的通信，无法通信则无法实现就地自动化，只能依靠主站计算判断。需要统一的通信接口和传输协议，还必须在信息模型、信息交换模型、模型数据映射机制统一的基础上，采用统一的配置描述语言，实现配电终端功能与模型信息的字描述。
（二）设备配置的规范
不同地区对设备的安全及功能要求不统一，标准模糊，厂家设备配置不一，自动化逻辑差异大。需要对CT、PT规格进行规范，统一设备的配备和要求，便于运行和管理。电源的配置、配线架的配置，综合考虑实际运行需求和经济造价。
五、智能分布式的应用前景
当前智能分布式改造以整组主干线路进行改造为主，主要应用于电缆线路。根据其保护特点，智能分布式保护不仅可以应用在电缆线路，在架空线路和混合线路等具有重要负荷地区，同样可以尝试进行线路改造，提高配电线路的供电质量和可靠性。重要用户的备自投，与智能分布式原理接近，可以在重要的分支线路进行智能分布式配电自动化改造，停电转换时间实现毫秒级突破。
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论文作者:陈晓川
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/3
标签：故障论文; 分布式论文; 智能论文; 终端论文; 通信论文; 线路论文; 信号论文; 《基层建设》2018年第34期论文;