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摘要：本文提出基于短路电压的智能分布式馈线自动化，它依据故障电流与线路阻抗，将测量出的故障点处的短路电压作为开关动作的判据，从而就地迅速有效地隔离故障或发出报警信号，实现配电网自愈。
关键词：馈线自动化；短路电压；故障隔离；就地；网络
一、国内配电网馈线自动化研究现状
我国配电网馈线自动化随着配电网自动化（DA）的应用而发展。在我国，配电自动化研究起步较晚，馈线自动化(FA)起步也较晚，起步于20世纪90年代中期开始的DA项目试点工作，较国外发达国家滞后20年，但发展很快。从实际情况看，配电自动化的主要作用在于提高对配电网的运行监控能力，提高供电企业的信息化水平，进而优化网络接线和系统运行方式，减少故障查找时间。FA随着配电自动化的发展为配电网实现配电自动化起了重要作用。
目前国内主站系统、智能配电终端主站系统、智能配电终端已比较成熟，但是馈线自动化依然存在一些问题：
1.通信问题。
2.终端电源问题。
3.解决“自动化孤岛”和大量分布式电源接入配电网导致原设备之间配合困难的问题。
4.解决配电网故障电流难以区分，短路故障没有选择性，接地故障检测及选线问题。
二、馈线自动化技术现状
配电自动化是实现配电网的运行监视和控制的自动化系统，而馈线自动化系统，简称馈线自动化，是配电自动化系统的重要组成部分，也是提高配电网供电可靠性、提高电能质量的关键技术。馈线自动化可作为配电自动化系统的子系统，也可以作为一个独立的系统应用，其主要功能有：
①运行状态监测；
②故障定位、隔离与自动恢复供电；
③数据采集与数据处理和统计分析以及完成“四遥”功能；
④无功补偿和电压调节。
在实际中，多应用以下三种模式：
1.电流集中型馈线自动化
2.电压时间型馈线自动化
3.智能分布式馈线自动化
不论是集中式还是分布式，判断故障的依据相同，组成故障区域的各个开关中有且只有一个故障电流流过,即线路中流过故障电流的最后一个开关之后的区域判断为故障区域。通过故障电流判断故障区域，会存在一些弊端：运行方式一旦改变，开关动作的整定值也随之改变，需人为调整；故障电流衰减的数量级较小，整定值不易确定。
为了解决上述存在的各类问题，本文提出将短路电压应用于馈线自动化，一次性弥补以上模式存在的不足。
三、基于短路电压的智能分布式馈线自动化
基于短路电压的智能分布式馈线自动化不依赖于配电主站或子站，在配电线路故障时，各智能分布式配电终端仅通过自身采集到的故障信息，即短路电压，进行故障定位，根据各个终端自身故障处理逻辑实现故障隔离和非故障区域恢复送电。与现有主站与终端之间的通信通道相结合，可将故障处理信号以及处理结果上报。
1.理论依据
与变压器类似，在TB闭合铁芯上绕有两个不同匝数的线圈N1和N2，通过电磁感应，两个线圈间进行能量的转换传递。故障电流作为励磁电流，流过TB一次线圈，产生交变磁通，形成感应电动势e1和e2，该电势的大小E1和E2正比于磁通的变化率与对应绕组的匝数，由于在闭合的铁芯中的交变磁通一、二次线圈共用，(不考虑线圈压降和漏抗压降）则有
（4）通信功能
在放射型线路中，终端具备故障处理信号以及处理结果上报功能，在终端失效的情况下，主站可遥控开关分合闸以实现配电网自愈，即断路器与控制中心双向联络。环网供电的线路中，除过具备放射型线路的功能外，还必须具备点对点，即开关与开关之间按照预先设定的程序进行通信的功能。
（5）对线路一次设备的要求
①线路中全部采用断路器，能够独立快速切断故障电流；
②具备直流操作电源，可采用超级电容维持；
③具备两套电流互感器,一套用于测量，一套用于保护动作；若采用2*LH V/V式接线，需增加零序电流互感器，用于接地故障的判断。
④采用三相四线制电压互感器。
四、应用模拟
以图1线路为例，在不同地点发生不同故障时，绘制短路电压曲线图如图7所示。
横坐标表示线路阻抗大小，也是线路断路器动作的整定值；纵坐标表示线路上的电压、电流；Uk代表线路正常运行时的额定电压；Udl(2)代表线路发生两相短路故障时，短路电压引起保护动作的动作值；Udl(1)代表线路发生单相接地故障时，短路电压引起报警信号的动作值；I（2）、I(1)分别表示开关发生两相短路故障和接地故障时的故障电流；曲线1至曲线9代表各个开关发生不同故障时的短路电压大小。
根据曲线图可以看出，只要计算出断路器动作的阻抗值，在同一故障情况下，只有一个开关的短路电压达到整定值，由此实现保护动作的选择性。为了避免由于瞬时故障而引起保护动作跳闸，断路器宜采用自动重合闸。
图8为一条手拉手环网供电线路，当K1点发生永久故障时，故障处理流程如下：
①故障发生后，A#3开关检测到故障信息，跳闸切断故障电流；
②A#3开关重合闸动作，重合失败，再次跳闸；
③A#3按照预先设置的逻辑，向A#4开关发出分闸指令，隔离故障区域；
④向联络开关发出合闸指令，对非故障区域转供；
⑤终端将故障处理信息上报。
将本文提出的馈线自动化与看门狗技术配合，从而实现对电网的全面控制。
另外，主站与变电站联通，当终端失效时，主站可截取变电站运行电流，通过逻辑计算，判断故障区域，并遥控相应断路器分闸以隔离故障区域，作为各个断路器动作的后备。
五、优点及推广价值
本文根据国内馈线自动化现状，针对电流集中型、电压时间型以及智能分布式馈线自动化三种类型的使用情况，在配电网线路上应用基于短路电压的智能分布式馈线自动化，弥补上述三种类型馈线自动化的不足之处，实现故障定位、隔离与自动恢复供电。
基于短路电压的智能分布式馈线自动化优点具体如下：
1、减少通信通道
集中式控制型需要将馈线终端装置的信息通过通信汇总到子站或者主站综合判断处理，过分依赖主站，这无疑增加了主站（子站）的负担。基于短路电压的各智能分布式配电终端可独立对故障进行定位和隔离，即使在通信不畅的情况下，也可迅速隔离故障，提高了故障隔离的准确性和可靠性。
2、加速故障判断、缩短故障隔离时间
相比较电压时间型馈线自动化，基于短路电压的智能分布式馈线自动化省去了故障判别时各个开关动作时限的配合，从而节约了故障隔离的时间。
3、所有断路器动作与运行方式无关，由配电网的故障信息确定，与配电网设备的阻抗有关。
4、故障判断逻辑简单，按照预先设置的方式，利用通信手段，能够实现自动组网运行，而不需要调整变电站线路保护。
5、只有距离故障点最近的断路器动作，缩小了停电范围，提高供电可靠性。
6、采用三电流互感器式断路器，解决小电流接地故障检测及选线问题；对采用二电流互感器式断路器，需增加零序电流互感器，解决小电流接地故障检测及选线问题；对接地故障不再进行推拉试验确定故障线路，减少了非故障线路的瞬间停电。
7、减少变电站断路器动作次数，降低了维护成本。
8、为了杜绝短路电压的保护配合问题，可采取反时限方式对各个断路器进行定值确定。
此模式可在任意地区应用，特别是通信不发达的地方，能够自动诊断配电网当前所处的运行状态并进行控制策略决策，消除配电网运行隐患，缩短故障处理周期，提高运行安全裕度，促使配电网转向更换的运行状态，有效地实现配电网自愈。
论文作者:周蕊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
标签：故障论文; 电压论文; 馈线论文; 电流论文; 断路器论文; 线路论文; 终端论文; 《电力设备》2017年第4期论文;