摘要：为了保证配电网的供电可靠性、安全性和经济性，提出一种基于有信道分布式智能馈线自动化系统和“双环网”网架结构。在保护控制原则中应用网络差动保护、网络拓扑保护及区域自愈等进行功能逻辑设计，实现多重后备保护的电网毫秒级自愈。为了充分发挥该种保护的优越性，配套主干配基础上构建的“双环网”配网网架，通过与智能配网终端配合，实现网格化合环运行。本文对该种智能分布式馈线自动化模式在横琴地区的应用实例进行了详细的说明，展现了显著的优越性、灵活性与推广性。
关键词：智能分布式；馈线自动化；配网网架；双环网
馈线自动化FA（Feeder Automation）是配电自动化的重要组成部分。FA系统按故障处理模式的不同可分为集中式FA 和分布式FA 这两种模式，其中分布式FA按故障处理是否需要通信又分为无信道分布式FA和有信道分布式FA[1]。
集中式FA 由配电主站或子站通过通信网络采集配电终端故障信息完成故障处理，在电网正常运行中也可发挥检测和遥控的作用。但是，主站和通信网络的建设费用较高，且对通讯的安全性要求较高。
分布式FA不依赖于主站或子站。其中，无信道分布式FA仅利用自身馈线终端装置检测的故障信息完成故障处理，又称基于点保护方式或重合器方式，包括电流型和电压型两种实现方案；有信道分布式FA 在进行故障处理时利用终端之间的相互通信、保护配合、时序配合完成故障处理，又称基于面保护方式或智能分布式FA。而不论是集中式FA，还是无信道分布式FA，在馈线发生故障时都不能避免越级跳闸的发生，导致故障段上游非故障段的短时停电，和对线路及设备的冲击。有信道分布式FA是一种统基于通用面向对象变电站事件（GOOSE）的邻域交互快速保护配合故障处理方式，它能有效地解决上述问题。网架结构的合理规划以及应用和运维对于这种技术的推广应用至关重要，本文将探讨这些关键技术及应用问题。
1、分布式智能馈线自动化
分布式智能馈线自动化系统的技术要求为：
（1）变电站出线开关配置具有速断和过流保护控制功能的智能电子设备。
（2）馈线开关配置分布智能自愈控制功能的智能电子设备。
（3）一台馈线开关所配置的智能电子设备具备向其相邻开关的智能电子设备建立横向对等通信，实时发送故障信息、开关拒动信息和接收来自其相邻开关的智能电子设备的故障信息、开关拒动信息的功能，可以通过智能电子设备间相互配合实现自愈式故障处理，无需依赖配网主站参与[2]。
（4）各智能电子设备可与站控层设备通信，并实现数据采集与远程控制功能 [3]，缩短运维人员的故障查找时间。
（5）智能电子设备间通信及智能电子设备与站控层设备通信采用基于GOOSE 的光纤自愈环网。
1.1保护控制原则
（1）网络差动保护：通过增加电流方向判据，当相邻两个开关均监测到故障电流，且方向相反时，判定故障点在两个开关之间。母线保护采取简易母差保护，即母线上的网络差动保护：规定电流流出母线为正方向，流入母线为反方向。
（2）网络拓扑保护：基于以太无源光网络（EPON），在全光纤保护倒换机制基础上进行改进，将光网络单元（ONU）构成环网，用分支环网保护分支光纤和ONU。电缆同期铺设光纤，光纤网络形成主干配构架，一旦其中一条工作支路光纤出现故障，可以利用环网的保护，从相邻ONU的支路光纤传输数据。
（3）区域控制系统（线路自愈）：系统中的两个开环点，设置不同的优先级和不同的自投延时。优先级高的开关自投延时整定较短，当发生单侧失压时，该开关率先合闸，合闸完成后发出合闸完成信号。优先级低的开关由于在自投合闸延时到之前就已不满足单侧无压条件，无法按照常规自投逻辑合闸，但在收到来自优先级高的开关发出的合闸完成信号后，直接经延时合闸。
另外，考虑到系统的安全性，一旦发生母线故障时，区域备自投立即放电。
（4）合理配置主干层和次干层继电保护设备的动作定值和时间，确保次干层故障不影响主干层供电。除变电站出线第一区段外，其它区段任何故障应避免出线开关CB跳闸；当发生主干层母线故障时，次干层自动转供电，减少停电时间。
（5）开关拒动：环网内某一开关拒动时，各DTU应能通过对等通信，迅速判别并跳开与之相邻的开关，隔离故障。
（6）当有分布式电源接入时，配网线路由单端电源供电变成双端电源供电，
1.2非故障线路复电
正常运行时，各DTU应能根据环内各开关的位置自动识别并确认联络开关，当环内设备发生故障并成功隔离后，相关DTU将故障隔离结果发至联络开关DTU，联络开关收到故障成功隔离信息后立即合闸，送回非故障区段。
1.3次干层线路故障定位及复电
次干层线路可采用于主干层一样的分布式智能DTU，实现故障的快速定位及复电，也可采用电压时间型馈线自动化模式，在各节点配置电压时间型控制器，发生故障后各节点失压分闸，再通过逐级试合实现故障的定位、隔离及非故障区段的复电[3]。
2.“双环网”配网网架
主干配模式一般选取单环网接线方式，两回线路宜来自不同变电站，联络开关设在两回线路末端。主干配模式同样将电缆线路分为主干层、支干层、负荷层3个层级。
而双环网是在主干配模式的基础上，增加一组电源的高可靠性接线模式，在不需要增加投资的情况下，把首个开关站进线调整至变电站同一母线出线，通过第二代智能配网终端配合，实现网格化合环运行，其可靠性远高于99.999%。
15，16。每个站配置2台智能分布式控制装置。
PT、CT：进出线开关处需配置CT（要考虑CT饱和问题），馈线开关也需配置CT，考虑到节点较多，可采用单相CT的接线方式，但开关6和开关10必须配置3相CT。对所有开关而言，流出母线为正方向。PT为母线PT，采用VV接线，
开入：共有18个开关，每个开关都有分合位置两个开入，共需36个开入。
开出：18个开关，每个开关均须配有分合闸出口，共需36个开出。
短路点设置：图中K1到K10均须设置故障点。
3.3运行规程
3.3.1横琴开关站内现场继电保护装置及其保护功能简介
该站进线柜、出线柜及母联柜上的保护均为分布智能式保护装置，集成为分别安装于监控主机柜和配网终端柜的DTU1和DTU2。
说明：DTU1控制进线661、663，出线601、603、605、607和母联660，DTU2控制进线662、664，出线602、604、606、608和母联660。
进线具有光差、拓扑保护，若进线为联络开关，则还具有线路自愈功能；
出线具有速断、过流、零序保护和三相一次自动重合闸功能；分段开关具有分段备自投功能；进线、出线和分段开关同时具有简易母差保护功能。
图 3-2 智能分布式DTU柜
3.3.2线路故障跳闸及恢复过程简述
变电站出线断路器继电保护功能说明：因现场改造条件限制，变电站内虽然安装了智能分布式DTU，但是只有传统变电站出线继电保护作用于开关分合闸，拓扑保护功能仅用于传输故障、电流信息等给下段线路第一个智能分布式开关，无光差保护[5]。
1、瞬时性故障
（1）若故障点位于第一段（即变电站出线开关与与开关站进线开关之间），则变电站出线断路器一次重合（试送电）成功。
（2）若故障点位于两个具备智能分布式保护功能的开关之间，因开关未投入重合闸，则瞬时性故障当作永久性故障进行隔离，线路自愈过程同永久性故障相同
2、永久性故障
（1）若故障点位于第一段（即变电站出线开关与与开关站进线开关之间），则变电站出线开关一次重合闸（试送电）失败，光差保护或网络拓扑保护跳开开关站进线开关。
（3）若故障点位于相邻开关站进线开关之间，则光差保护或网络拓扑保护（光差保护的后备保护）跳开相邻开关站进线开关。
（4）若故障点位于开关站母排，则简易母差保护跳开与该段母线连接的所有进线开关、出线开关和母联，闭锁线路自愈功能，即联络开关不动作。
（5）若故障点位于开关站出线开关后段，故障线路出线开关保护跳开；若出线开关拒动，则失灵保护动作跳开与该段母线连接的所有进线开关、出线开关和母联。
站所1：进线开关 661、663、662、664
出线开关601、602
站所2：进线开关 661（联络开关）、663、662（联络开关）、664
出线开关601、602
供电原则：正常情况下由I、II母线的分别一个进线开关供电。1）当I段母线的进线开关电源点故障，则线路自愈启动，联络开关闭合，由另外一个变电站供电；2）当I段母线的进线开关电源点故障，但线路自愈失灵时，该开关站内的分段备自投动作，由II段母线带全站；3）当开关站的两个进线开关电源点均故障时，线路自愈启动，两个联络开关均闭合，由另一个变电站带全站。
4.结论
本文在分析智能分布式馈线自动化优势的基础上，论述了在保护控制原则、故障定位和复电的功能逻辑设计，实现多重后备保护的电网毫秒级自愈。进一步，为了充分发挥该种保护的优越性，详细阐述了如何在主干配基础上构建更可靠的“双环网”配网网架，通过与智能配网终端配合，实现网格化合环运行，其可靠性远高于99.999%。最后，本文展示了该种智能分布式馈线自动化模式在横琴地区的应用实例，从建设规模、RTDS试验和运行规程等方面进行了详细的说明，表明了其可行性、灵活性与推广性。
参考文献：
[1]唐成虹，杨志宏，宋斌，朱亚军，有源配电网的智能分布式馈线自动化实现方法[J].电力系统自动化.2015（09）
[2]徐立红.配电网自动化系统中馈线自动化建设方案的研究[J].电子世界.2014（05）
[3]李高容.配网故障诊断技术研究[J].电子技术与软件工程.2015（04）
[4]陈云国，戴胜，杨乘胜，倪健，基于IEC61850的智能分布式馈线自动化系统建模[J].电力自动化设备.2016（06）
[5]吴争荣，王钢，李海锋，潘国清，高翔.含分布式电源配电网的相间短路故障分析[J].中国电机工程学报.2013（01）
论文作者:杨叶昕,杨锐雄,胡军,江俊鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第30期
论文发表时间:2018/1/18
标签：故障论文; 分布式论文; 智能论文; 母线论文; 变电站论文; 馈线论文; 线路论文; 《基层建设》2017年第30期论文;