基于對等式通信智能分布式配電網自愈技術研究

陳紹輝

（云南電網有限責任公司迪慶供電局維西分局，云南 維西 674600）

0 前言

配電環節作為電力系統到用戶的最后一環，與用戶的關系最為緊密，對系統整體性能和用戶供電質量的影響也最為直接。目前隨著通信技術、配電設備性能等云大物移智技術的迅速發展，為實現配網自動化奠定了基礎。借助新時代農村智能配電網示范縣的有利契機，通過對配電技術的有機整合，在中心城區建設可推廣、可復制的智能分布式配電網示范區域。

目前，分布式饋線自動化技術因其在故障處理方面定位準確、動作迅速等特點而逐漸成為配電自動化領域的研究熱點[1-5]。饋線自動化主要有就地型饋線自動化及主站型饋線自動化兩類，就地型饋線自動化不依賴于主站，智能分布式饋線自動化是基于對等式通信規約、網絡式面保護的一種就地式饋線自動化技術[6-8]，通過終端設備之間實施對等通信，從而準確判斷故障區段，自動完成故障隔離工作，順利實現非故障區段的快速轉供。

1 對等式通信智能分布式配電網自愈

1.1 對等式通信

利用高速對等式通信網絡，共享相鄰開關狀態信息，如圖1 所示。

1.2 智能分布式

智能分布式分為速動型和緩動型。速動型應用于配電線路分段開關、聯絡開關為斷路器的線路上，配電終端通過高速通信網絡，與同一供電環路內相鄰分布式配電終端實現信息交互，當配電線路上發生故障，在變電站出口斷路器保護動作前，實現快速故障定位、故障隔離和非故障區域的恢復供電。

圖1 基于對等式通信智能分布式配電網自愈技術架構

緩動型應用于配電線路分段開關、聯絡開關為負荷開關或斷路器的線路上。配電終端與同一供電環路內相鄰配電終端實現信息交互，當配電線路上發生故障，在變電站出口斷路器保護動作后，實現故障定位、故障隔離和非故障區域的恢復供電。

1.3 故障自愈技術

借助先進的保護和控制手段，實時掌握電網運行狀態，能夠及時發現、診斷和排除故障隱患，盡可能減少人為干預，最大限度降低對非故障用戶正常供電的影響[9-10]。

2 通信系統技術經濟比較

2.1 工業以太網

工業以太網交換機多采用環狀拓撲結構。環上節點的交換機布放在開關站、開閉所等位置，并通過以太網接口和配電終端連接。上聯節點的工業以太網交換機一般配置在變電站內，負責收集環上所有通信終端的業務數據，并接入骨干層通信網絡。

2.2 EPON

EPON 是千兆以太網技術與無源光網絡（PON）的結合，基于以太網無源（光的傳輸及分配無需電源）光網絡，是一種采用點到多點（P2MP）結構的單纖數據雙向傳輸的光纖通信技術。

2.3 無線虛擬專網

無線GPRS 通信方式目前在電力集中抄表及配電網自動化系統中應用廣泛，它依靠租借移動運營商的無線資源組建電力無線虛擬專網，這種方式不需要電力投資線纜資源，而且組網靈活。

表1 智能分布式通信系統技術經濟比較

3 典型故障處理邏輯

3.1 速動型智能分布式故障處理邏輯

速動型智能分布式設備配置要求，一是開關為斷路器；開關具備三相保護TA，零序TA（可選配）；環網箱配置母線TV；斷路器分閘動作時間≤60 ms。二是配套具備速動型分布式饋線自動化功能的配電終端，同時具備配電自動化要求的遙測、遙信、遙控、故障錄波、故障事件、歷史數據等基本功能。三是終端間的通訊網絡宜采用工業光纖以太網，也可采用EPON 光纖網絡；速動型分布式FA 對等通信的故障信息及控制信息交互時間≤20 ms。分布式FA 通信與主站通信使用單獨信道，互不干擾。

1）故障發生在主干線。故障處理邏輯為F1點發生短路故障，相鄰開關之間進行信息交互；H01 環網柜K4 開關在100 ms 內跳閘，切除故障；D02 開關在上級開關斷開后分閘，隔離故障；L03 聯絡開關在接收到D02 隔離故障區段后，經過一定延時合閘，恢復非故障區域供電。

2）故障發生在支線。F2 點發生短路故障，相鄰開關之間進行信息交互；H01 環網柜K3 開關在100 ms 內跳閘，切除故障。

3.2 緩動型智能分布式故障處理邏輯

緩動型智能分布式設備配置要求，一是進線為負荷開關，出線為負荷開關或斷路器；開關具備三相保護TA，零序TA（可選配）；環網箱配置母線TV。二是配套具備分布式饋線自動化功能的配電終端，同時具備配電自動化要求的遙測、遙信、遙控、故障錄波、故障事件、歷史數據等基本功能。三是終端間的通訊網絡宜采用工業光纖以太網，也可采用EPON 光纖網絡；分布式FA 通信與主站通信使用單獨信道，互不干擾。

1）故障發生在主干線。故障處理邏輯為F1點發生短路故障，相鄰開關之間進行信息交互；變電站內開關CB1 跳閘，H01 環網柜K4 開關在無壓無流的情況下跳閘，切除故障；D02 開關在上級開關斷開后分閘，隔離故障；CB1 進行一次重合器，恢復故障點前非故障區域供電；L03 聯絡開關在接收到D02 隔離故障區段后，經過一定延時合閘，恢復故障點后非故障區域供電。

2）故障發生在支線。故障處理邏輯為F2點發生短路故障，相鄰開關之間進行信息交互；變電站內開關CB1 跳閘；H01 環網柜K3 開關在無壓無流的情況下跳閘，切除故障；CB1 進行一次重合器，恢復非故障區域供電。

4 應用實例

4.1 工程概況

某縣南部新城某開閉所Ⅰ回出線和Ⅱ回出線主干線路共有11 臺戶外開關箱，其中5 臺戶外開關箱屬于老舊開關，其余6 臺戶外開關箱為新建。在現有的設備基礎上通過對設備進行增加調整實現智能分布式功能。當線路發生故障時避免因變電站跳閘造成非故障區域的停電，以最快的速度隔離故障區間實現聯絡開關的合閘恢復供電。

圖2 故障發生在主干線

圖3 故障發生在支線

4.2 技術方案

智能分布式饋線自動化技術對通信要求較高，要求故障發生之后DTU 之間的信息交互在10 ms 內完成，所以采用工業光纖以太網自愈環。

變電站限時速斷保護延時至少預留200 ms級差。某縣南部新城某開閉所Ⅰ回出線和Ⅱ回出線、開閉所至中心變電站鋪設光纖通信，全部新建主干線路具備智能分布式開關都參與智能分布式饋線自動化方案處理故障，此時無論是主干線還是分支故障，均可在變電站出線開關動作之前切斷故障。

6 臺戶外開關箱為新建且開關全部是具備切斷故障電流能力的斷路器。圖4 中智能分布式系統接線圖Ⅰ回出線和Ⅱ回出線形成手拉手環網供電。Ⅲ回2# 分支箱、Ⅲ回3# 分支箱、Ⅲ回4#分支箱、Ⅲ回5#分支箱、Ⅲ回6#分支箱、Ⅱ回3#分支箱參與智能分布式其余開關不參與。Ⅲ回5#分支箱906 開關為聯絡開關。

表2 新建戶外開關箱詳細配置

4.3 故障處理策略

1）當F2 點發生故障，Ⅲ回2# 分支箱901、906 開關，Ⅲ回3# 分支箱901 開關檢測到故障電流，并通過高速的通訊網絡主動與相鄰開關之間進行信息交互。Ⅲ回3#分支箱901開關確定故障點在管轄范圍，執行“智能分布式保護跳閘”切除故障。Ⅲ回3#分支箱906 開關收到故障切除信號后，延時100 ms 再進行分閘，將故障進行隔離。處于分閘狀態的Ⅲ回3#分支箱906 開關通過高速的通訊網絡接收到故障隔離的信息，進行合閘轉供。

2）當F4 點發生故障，Ⅲ回2# 分支箱901、906 開關，Ⅲ回3#分支箱901、906 開關，Ⅲ回4#分支箱901、906 開關，Ⅲ回5#分支箱901 開關檢測到故障電流，并通過高速的通訊網絡主動與相鄰開關之間進行信息交互。Ⅲ回5#分支箱901 開關確定故障點在管轄范圍，執行“智能分布式保護跳閘”切除故障。

圖4 智能分布式系統接線圖

5 結束語

1）智能配電網自愈技術已成為提高配電網供電可靠性和安全性的一個重要途徑，能夠抵御連鎖故障和大面積停電事故的發生，有效保障供電的穩定性，具有非常廣闊的市場前景。

2）智能分布式饋線自動化，DTU 通過橫向對等式通信交互故障信息與控制信息，實現配電全線故障處理無級差配合。100 ms 內分斷緊鄰故障點上側的開關，200 ms 內故障點下側開關聯鎖跳閘，2 s 內啟動自動合閘轉供功能，以恢復非故障區域供電。該方式提高了供電可靠性減少了因停電造成的經濟損失。

3）對等式智能分布式配電網自愈技術優點是快速故障處理，毫秒級定位及隔離，秒級供電恢復；停電區域??；定值整定簡單。不足是速動型FA 要求開關為斷路器，變電站速斷具備0.3 s 及以上的延時；通信可靠性、實時性要求較高。配網自動化的建設模式選擇應因地制宜。