基于EPON通信的配电网保护与控制的实践

冯超，戴元安，朱中华

（1.嘉善县供电局，浙江嘉善314100；2.南瑞继保电气有限公司，南京211102）

基于EPON通信的配电网保护与控制的实践

冯超1，戴元安1，朱中华2

（1.嘉善县供电局，浙江嘉善314100；2.南瑞继保电气有限公司，南京211102）

针对配电网络结构日益复杂，导致阶段式过流保护时限配合困难且无法实现全线速动的问题，结合嘉善配电网“三双”改造的试点，提出了一种基于EPON通信网络的10 kV线路保护与控制方法，能够在变电站10 kV馈线出口开关保护动作之前实现故障的快速定位、隔离，可有效解决配电网上下级保护定值不易配合的问题，同时通过远方备自投实现非故障区域的供电恢复，提高了供电可靠性。

配电网保护；备自投；故障定位；EPON

0 引言

目前，10 kV馈线一般采用阶段式过流保护或过流保护与FA（馈线自动化）组合方式[1]。随着智能电网的不断推进，大量分布式电源接入配电网以及配电网结构朝着多联络、环网模式发展[2-3]，形成高供电可靠性的“三双”（双电源、双线路、双接入）接线模式。原有时限配合的传统保护模式已经远远不能满足高可靠性用电和对故障快速定位、准确隔离的要求。

未来智能配电网络的继电保护系统在继承利用本地信息的就地化保护成熟技术的同时，将借助于信息化、数字化技术的发展，向相互协调、广域范围内功能综合的保护系统发展[4]。

以嘉善配电网架空线“三双”试点工程为基础，提出了一种配电网保护与控制方案，以EPON（无源光以太网）通信网络为载体实现全自主的10 kV主干线故障快速定位、隔离及非故障区域的恢复，对方案实施的保护逻辑与控制方式进行了分析说明。

1 配电网保护控制系统通信模式

为实现配电网保护控制相关功能，保护装置之间需具备毫秒级的保护信息实时交互能力，建立横向通信联络，采用EPON组网，通过IEC 61850-8-1 GOOSE（面向通用对象的变电站事件）实现保护相关信息的实时交互。

在EPON通信网络上，配电网各保护装置只需与相邻保护装置、区域控制子站建立横向通信链接，不需要与配电网上所有装置建立链接，有效降低了通信的集中度，提高了横向通信及保护的可靠性。

配电网保护装置通过EPON网络的通信终端设备ONU（光网络单元）、EPON的局端设备OLT（光线路终端）建立保护装置之间的数据交互通道，如图1所示。每个配电保护装置采集柱上开关状态信息，包括开关位置、电流、电压等，经过装置内部计算后，将过流、开关位置、电压状态等信号采用GOOSE组播报文方式，向EPON网络上的相关配电保护装置和配电网区域控制子站发布，实现供电区域内保护相关数据的共享。

EPON网络同时承载配电保护装置之间保护信息交互、配电网区域控制子站与配电保护装置之间控制信息交互、配电主站与配电保护装置之间自动化信息交互，三者共享这一通信网络。

2 试点区技术要求

10 kV架空线路主干线路在试点之前没有安装分段开关、联络开关，配置三段式电流保护，其中Ⅰ段为电流速断，架空线路配有重合闸。

10 kV架空线路进行“三双”改造，增加分段开关、联络开关，且保证每一个配电网区段都连接2个以上电源，其中1个为主供电源，其他为备用电源，联络开关正常运行处于分位。分段开关、联络开关采用柱上断路器，每台开关配置1套配电保护装置。柱上断路器内置三相保护级电流互感器，具备电动操作机构，可通过配电保护装置进行遥控分/合闸。

变电站侧的10 kV线路保护装置不更换，在整定值中将原电流速断保护退出运行，保留过流保护及重合闸，过流保护作为全线的后备保护。由基于EPON网络的配电网主保护实现全线速断。要求整条线路任一点的主保护动作延时不大于100 ms，失灵保护动作延时小于200 ms。如果线路上短路故障在200 ms内未切除，则由变电站的原线路过流保护动作切除变电站侧10 kV线路开关。

基于EPON的配电网保护实现馈线的故障区段准确定位，在100 ms以内切除区段故障；配电保护装置具备三相涌流检测能力，能准确检测空投变压器、带电动机重合等情况，避免误动；具备重合闸功能，排除线路上的瞬时性故障；具备失灵保护功能，在故障点邻近开关拒动时，由上级开关配电保护装置的失灵保护切除故障。

配电网区域控制子站实现馈线故障隔离后的非故障区域备用电源自投（简称备自投）。配电保护装置将故障区段定位隔离成功后，配电网区域控制子站通过远方备自投系列策略，实现非故障停电区域的联络备自投。

3 配电网故障区段的判断

配电网拓扑保护作为配电网全线路的主保护，线路上的分段开关及联络开关将线路分成多个区段，如图2所示。分段开关KG1，KG2，KG5所含的配电网线路为其中的一个区段，KG2，KG3，KG6所含的配电网线路为另一个区段，如此类推。各区段划分如表1所示。

如果短路故障发生在开关KG2，KG3，KG6之间的线路上，则区段2为故障区段，KG2，KG3，KG6都在故障区段上。KG2有故障电流，KG2称为故障点邻近上游开关；KG3，KG6无故障电流，KG3，KG6称为故障点邻近下游开关；其他开关都为故障区外开关。

基于配电网络拓扑保护逻辑的网络拓扑整定方式简单，每个保护控制装置不需要整个网络的拓扑结构信息，只需要在线路拓扑上与本开关相邻点的信息，这样局部化的信息联系大大降低了装置信息的传输量和处理量，从而提高数据处理效率。如图2所示，就保护功能而言，KG1只需要获取KG2与KG5的信息，KG2只需要获取KG1，KG5，KG6，KG3的信息。

当配电网线路发生故障时，保护装置检测到故障电流，满足过流元件动作条件时，通过GOOSE口向相邻点的保护装置、配电网区域控制子站发送过流故障信息。保护控制装置结合就地检测及运算的信息、相邻点的实时GOOSE信息，经主保护逻辑分析计算后确定对应开关是否在故障区段上。如果判定本开关在故障区段上且有故障电流流过，发送含义为“本开关在故障点邻近上游”信息；如果判定本开关在故障区段上但没有故障电流流过，发送含义为“本开关在故障点邻近下游”信息；如果主保护启动但判定不在故障区段上，则发送“本开关在故障区外”信息。

如果KG2检测到故障电流（开关在合位），KG3，KG6没有检测到故障电流（开关在分位），3个中只有1个有故障信息，即认为故障发生在区段2上。

4 带重合闸的保护逻辑

若图2中区段3故障：KG1，KG2，KG5处的保护装置完成故障定位，KG1处保护动作出口，跳闸KG1开关；KG2开关先不动作，KG5本身在分位。在KG1合闸储能完成的条件下经重合闸延时重合KG1。

如果区段3为瞬时性故障，KG1重合闸后，保护装置没有再检测到故障信息，重合闸成功，瞬时性故障排除。

如果区段3为永久性故障，KG1处保护再次动作，重合闸后加速动作，直接跳闸KG1；在重合闸后加速动作的同时，KG1处保护装置向KG2与KG5处发送重合闸后加速动作信息，KG2与KG5处保护装置收到该信息，直接跳闸KG2，而KG5本身在分位。至此，区段3故障被隔离。

5 失灵保护逻辑

若图2中区段2故障：KG2，KG3，KG6处的保护装置完成故障定位后，KG2保护装置会立即发“本开关在故障点邻近上游”的信息给邻近的KG1与KG5，KG1与KG5处保护装置即启动失灵保护功能。

如果KG2拒动，KG1保护装置从检测到故障电流开始计算时间，在固定延时之后仍然检测到故障电流存在（如KG2拒动），失灵保护动作出口，直接跳闸KG1开关。KG2保护装置会发送“拒动”信息给KG1，KG5，KG3，KG6，这些开关本身在分位，如果这些开关中有在合位的，会直接跳闸，保证将故障区域完全隔离。

6 远方备自投的实现

区域控制子站PCS-998安装在110 kV惠民变站内。当配电线路发生故障时，由就地FTU（馈线终端装置）保护动作，切除故障。若是瞬时性故障，依靠FTU重合闸重合恢复供电，若是永久性故障，由PCS-998装置实现远方自投，恢复非故障区域供电。

在某些情况下，存在多路径的恢复供电方式，遵循以下优先级原则：负荷轻的线路优先；对侧变电站相应侧母线；对侧变电站异侧母线；本侧变电站不同段母线。

若图2中区段3发生永久故障：KG1，KG2，KG5处的保护装置完成故障定位及隔离，KG1，KG2，KG5开关均处于分位。配电网区域控制子站在确认KG1，KG2，KG5故障定位隔离处理完毕后，会分析曙光814线、东海824线的整体负荷情况、各开关负荷状态及KG2历史负荷状态，通过优先级原则的备自投策略选择其中相对合理的联络备用电源，合闸联络开关KG3或者KG6，恢复非故障区段2的供电。以下为动作策略。

（1）区段1内发生故障，KG3，KG4，KG7跳闸，无非故障区段失电，PCS-998装置不动作。

（2）区段2内发生故障，KG2，KG3，KG6跳闸，无非故障区段失电，PCS-998装置不动作。

（3）区段3内发生故障，KG1，KG2，KG5跳闸，非故障区段2失电，PCS-998装置动作，优先合KG3，若曙光814线过负荷，而东海824线未过负荷，则合KG6。

（4）区段4内发生故障，KG5，KG8，KG9跳闸，非故障区段5失电，PCS-998装置动作，合KG10。

（5）区段5内发生故障，KG9与KG10跳闸，无非故障区段失电，PCS-998装置不动作。

（6）区段6内发生故障，KG6，KG10，KG11跳闸，无非故障区段失电，PCS-998装置不动作。

（7）区段7内发生故障，KG7，KG11，KG12跳闸，非故障区段6失电，PCS-998装置动作，优先合KG10，若惠工257线过负荷，而惠北258线未过负荷，则合KG6。

7 结语

针对嘉善地区架空输电线路“三双”供电模式设计了配电网保护控制解决方案，基于高速实时的EPON通信网络进行信息交换，就地化自动准确地识别故障发生区段，快速隔离故障，并通过配电网区域控制子站，迅速自动恢复非故障区的供电。经实践验证这种配电保护系统保护动作时间短、选择性好、灵敏度高，不但解决了配电网继电保护的整定配合问题，且实现了配电网故障“自愈”功能，为大幅提高配电网的供电可靠性提供了有效的技术支撑。

[1]檀佳，赖尚峰.含分布式电源的闭环配电网保护方案研究[J].电力学报，2011，26（5）:368-771.

[2]林霞，陆于平，吴新佳.分布式发电系统对继电保护灵敏度影响规律[J].电力自动化设备，2009，29（1）:54-59.

[3]谢邦鹏，沈光敏，孙阳盛.智能配电网中的继电保护工作展望[J].上海电力，2010，3:199-204.

（本文编辑：陆莹）

下期要目

●GIS设备超声波局部放电信号异常的分析

●电动汽车充换电服务网络城际互联清分结算研究

●防水涂料在电缆中间接头防水处理中的应用

●县域电力设施布局规划的研究与实践

●非故障状态变压器绝缘油中H2异常的案例分析

●火电机组浆液循环泵全停逻辑优化及RB控制研究

●600 MW火电机组发电机轴瓦振动异常分析及处理

●1 000 MW机组锅炉SCR脱硝系统的运行优化

●锅炉化学清洗工艺的改进和应用

●调控一体化电网智能告警技术的应用

Practice of Distribution Network Protection and Control Based on EPON Communication

FENG Chao1，DAI Yuan an1，ZHU Zhong hua2
（1.Jiashan Power Supply Bureau，Jiashan Zhejiang 314100，China；2.NR Electric Co.Ltd.，Nanjing 211102，China)

Aiming at the increasingly complex distribution network structure which brings about difficulty in matching with step overcurrent protection time limit and disenables quick-action of the whole line，the paper, combining with the network protection and control pilot of"three-double"transformation of Jiashan distribution networks，proposes a protection and control method for 10 kV lines based on EPON communication networks,which enables quick fault location and isolation before protection action of gate out switch of 10 kV feeder and effectively solves the uneasy matching between upper protection settings and lower ones of distribution networks；in the meantime，power supply in fault-free areas can be resumed by remote automatic bus transfer equipment，and power supply reliability can be improved.

distribution network protection；automatic bus transfer equipment；fault location；EPON

TM773

：B

：1007-1881（2013）11-0049-04

2013-08-13

冯超（1979-），男，江苏高邮人，注册电气工程师，从事电网规划设计工作。