配电网馈线自动化技术及其运用

张余

摘 要：电力系统建设在改革开放的带动下日益活跃，电力技术也在此背景下得到飞速发展。电力资源作为社会发展与百姓生活的必备现代能源，使得社会大众对于供电质量与稳定可靠性等方面也有了更高要求。作为提高供电质量、保证供电安全性的重要手段之一的配电网馈线技术也在这一背景下得到了普遍关注。该文以配电网馈线自动化系统的结构设计作为切入点，进一步探究了馈线自动化的技术原则以及故障处理等技术应用，希望能为相关人士提供些许参考作用。

关键词：配电网 馈线自动化 电力系统 运用

中图分类号：X820 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（c）-0096-02

我国电力系统主要由发电、输电、配电、供电几个环节所构成，这其中配电环节是输电与供电的转换枢纽，在整个电力电网系统中起着重要的承接作用，因此通过科学的技术手段，实现配电网馈线自动化对于提升供电质量、保证整个电网系统的供电稳定都有着重要作用[1]。配电网馈线自动化技术简称FA，将FA技术应用在配电网中，能够及时解决配电网中的存在的各类故障，从而保证供电稳定性。以下该文以配电网馈线自动化系统的结构设计作为切入点，进一步探究了馈线自动化的技术原则以及故障处理等技术应用，具体如下。

1 配电网馈线自动化系统的基本结构

得利于现代通信技术科技的发展，配电网馈线自动化技术实现了从无到有，并孕生出了基于FTU与通信网络的配电网馈线自动化系统[2]。此种系统包括主站、FTU、SCADA系统、通信线路、负荷开关以及配电高级应用装置（PAS）等几大部分，系统中的主站作为馈线自动化系统中的主体结构主要包括SCADA监控、故障隔离方案计算、GIS地理信息系统、配电管理信息等几大模块，其典型结构（见图1）。

系统中的故障处理、网络重构等操作均是以主站系统作为主导而实现的，当出现故障后，FTU会将故障信息以及当前的开关情况通过通信网络上传到主站系统中，之后由主站根据故障状态、系统的运行方式、电源备用容量、负荷情况、馈线与度等因素进行计算，并根据计算结果提供最佳的故障解决方案，并以系统自动或人工的方式对解决方案进行核实，确认无误后发出相应的操作指令，借助通信网络进行设备遥控[3]。故障处理计算方法并不唯一，常用的有统一矩阵、专家系统、基于AER模型以及基于模糊集技术等供电恢复算法。

对于规模相对较大的配电网络，还需要在馈线自动化系统中设置子站系统，结构见图2。

配电网馈线子站不仅可以实现子站所在地区所控制的站段设备以及相应的数据传输功能，同时也具备等同于主站的故障隔离、诊断、计算与恢复功能，不但可以配合主站实现大规模配电网的馈线自动化，还可在主站发生故障时，由子站暂时替代主站，完成通信、遥控、隔离、供电恢复等功能。

2 馈线自动化技术分析

2.1 馈线自动化技术的基本功能

馈线自动化（FA）技术主要是实现馈电线路的定位、故障检测、方案计算、隔离、恢复供电等。FA充分体现了现代智能科技，能够以开关操作的形式，实现迅速的故障处理，减少故障处理对电网带来的损害，可在少则几秒，多则几十秒的时间内快速完成故障隔离，并在几分钟的时间内恢复供电，特别适用于用电密集的城市配电网[4]。但系统中的通信网络建设资金投入较高，且一旦出现网络故障或是黑客入侵等问题，会造成整个馈线自动化系统的瘫痪。但随着光纤技术及GPRS等现代科技的不断完善，基于光纤、GPRS等技术的新型FTU馈线系统实现了成本的大大降低，现已得到逐步推广[5]。现阶段我国常用的馈线自动化系统主要有光纤以太网、光纤双环自愈、无线、专线等几种模式，因光纤以太网在投入成本与使用效率等性价比方面的显著优越性，使得此种方式成为目前最为普遍的馈线自动化系统。

基于光纤以太网馈线自动化技术主要是将主站、子站以及FTU通过以太网的形式进行连接，结合光纤高速、远程的通讯优势，以TCP/IP寻址以IEC-870-5-104通信介意的方式，借助主网、子网间的通信传输组网功能，实现数据信息的分组交换性能，实现了馈线自动化系统中数据的快速、实时传递，提高系统操作速率。借助以太网结构，还可利用网桥或是路由器实现基于IP层的设备信息路由，也可借助路由器经由子站实现数据交换，使各子站实现网络互连，也因此大大提高了整个配电网的馈线自动化操作效率。

2.2 馈线自动化技术的实现

2.2.1 故障诊断流程

故障处理最为馈线自动化技術的主要功能，在系统中主要是通过智能集中与智能分布相结合的形式所实现的[5]。这种技术形式和以往的重合闸形式相比更具可靠性、灵活性，可根据电网参数、结构的实时情况，在线进行故障诊断，并掌握故障的变化情况，能够对包括馈线线路故障、瞬时或永久故障、一环多次、多线路同时等多种形式的故障进行在线处理，避免了以往重合闸操作的方式故障处理模式对线路的震荡及冲击损害。

故障的诊断流程主要为技术实现流程原则为：以配电网终端作为基础进行故障检测—以子站作为区域的控制中心—以主站作为集中管理的中心。这其中通过子站负责所在区域的馈线故障查询、分析、位置确定、上报以及当地的及时隔离，同时为了降低故障带来的影响，需要通过计算分析为非故障区域提供供电方案，保证供电正常。如果子站不能对故障部分实现成功隔离，需要及时将故障上报到主站中，由主站负责协调，计算处理方案。具体分为以下几个馈线自动化技术实现流程。

（1）由子站发出故障信息与处理结果，传送至主站，使主站及时掌握故障情况。

（2）如果经分析计算，得出故障恢复与配电网重构不能仅由某个子站所实现，而是需要多子站共同协调完成的结论，那么需要由主站协调多子站共同操作，以多子站联动机制处理故障。

（3）故障处理需根据故障实际情况，选取适宜的干预方式，如针对小型配电网中的小型故障，可由系统完全自动化排除故障，如果故障较为复杂，则需要采用自动及人工方式联合干预。

（4）在自动与人工联合干预的模式中，先由根据故障诊断等进行计算，提供多种故障排除备选方案，再由操作人员选取最佳方案进行故障排除、隔离与恢复供电。

2.2.2 故障识别的自动化技术

由馈线自动化系统中的FTU负责识别故障类型与信号数据，以FTU中的采样电流利用电流瞬时值作为故障的判别依据[6]。例如如果线路出现相间短路，那么FTU则会采样到瞬变且大于电流限值的情况，由此可以作为故障的判定依据，通常可在故障出现的30ms内做出判定，为计算故障处理方案提供先决时间。

当出现单相接地故障时，接地点零序功率分量会和正常状态下出现相位相反的情况，而非故障相的电压会超过故障电压1.5倍以上，可以此及時判定单相接地故障。但我国大多数配电网都是采用中性点不接地等零序分量幅值小的模式，因此采用这种方式判断单相接地故障显然是难以保证准确率的[7]。基于此种情况，馈线自动化系统可利用拉赫开关排除的方式进行此类故障的判定，主站程序中可增设如开关操作序列提示等功能，以此提升单相接地故障的判定准确性。

3 配电网馈线自动化技术的运用

3.1 FTU/DTU的故障处理

自动化系统终端FTU/DTU以电流、电压实时分析采样的方式，实现判断包括故障的性质、数据信号、故障数据、信息上报等功能，同时还可进行子站的故障处理操作，简而言之，馈线终端在FA技术运用的过程中扮演着操作执行者的身份[8]。由主站系统向馈线终端提供故障发生时包括电力、电压等各类特征量参数，馈线终端对比采样值和特征量，以此判定故障性质及类型，并实施相应的故障处理工作。

3.2 架空线路的故障处理

柱上FTU与柱上开关、系统子站、主站等相配合，共同完成架空线路的故障自动化检测。其中故障检测石油FTU所负责，定位则有FTU与子站共同协作所完成，故障隔离、供电恢复需要由FTU、子站、主站等共同配合所完成。

以某电力网络架空线路为例，该线路上两条手拉手架空线其供电来源均为一所变电站，即包括联络、分段在内的所有开关都是由一个配电网馈线自动化系统的子站所负责监控，那么包括故障隔离、供电恢复等操作均是此子站所完成。如果这两条手拉手架空线路不是一个变电站提供供电来源，那么这两条架空线路则是分别由系统子站A、B分别监控，并分别负责架空线路的故障处理、恢复供电等操作。

3.3 配电网馈线自动化技术运用过程中的时间分配

对于永久故障分配的判定时间约为3～5s。以架空线路为例，如果出现故障，那么变电站会实施保护动作与自动重合操作，如果出现重合未成功，那么则判定为存在永久性故障。电缆线路中如果出现重合不成功，那么则可判定主干线上存在故障。

由子站负责收集包括保护动作信息、开关跳闸信息等在内的各类故障相关信息的收集工作。如果是子站直接收集的模式，那么所需收集时间大致在5～10s之间，如果采用RTU转发模式，约为10～15s[9]。

子站实施自动化定位所需时间约为1s，故障隔离为2～5s。

当主站接受到由子站提交的故障信息后，会根据信息进行相应的计算，确定最佳故障处理与供电恢复方案，这一过程共需5s左右的时间。

由主站实施供电恢复大约需要3～6s，主要通常每个开关的恢复在2s作用，大多数情况恢复1～3个开关即可实现供电恢复。

通过馈线自动化技术的时间分配可以看出，通常在数秒至几分钟的时间内就可实现故障处理、供电恢复等抢修工作，大大提升了配电网的故障抢修效率。以国网杭州供电为例，该公司已大规模实现了配电网馈线自动化技术改造，在2013年的石莲开关站分线故障中，仅用不足10 min，就实现了故障隔离、分段供电恢复等自动化操作。同年夏天，当地持续多日的40℃炎热天气，此种气候下导致配电网事故频发，如果出现故障，按以往逐点排查的方式进行线路故障检修，至少1～2 h才能恢复电力供应。而实施馈线自动化改造后，如果故障发生在配电网中22条馈线自动化线路中，那么包括故障判断、隔离、供电恢复等处理操作共用不到1分钟的时间即可完成，有效将故障损失降至最低，大大提升了检修速度，满足了当地各行各业及群众的供电质量要求。

4 结语

电力资源是社会发展与百姓生活的必备现代能源，随着经济的深入发展，使得社会大众对供电质量的要求越来越高，尽可能减少配电网故障已成为供电系统值得深入研究的重点课题。在实际操作中不难发现，电网故障根本无法完全避免，但我们可以通过快速实现故障位置确定、故障处理、恢复供电等将故障影响降至最低的方式，满足人们对供电质量的要求。我国电力系统主要由发电、输电、配电、供电几个环节所构成，这其中配电环节是输电与供电的转换枢纽，因此可通过科学的技术手段，实现配电网故障快速处理，及早恢复正常供电，从而降低故障带来的风险。通过该文对配电网馈线自动化技术的分析以及具体的运用实例可以看出，这一技术能够大幅提升故障检修速度，减少故障影响，同时该技术在近年来的应用中，充分展现出了其作为我国配电网升级方向的技术潜力，值得推广。

参考文献

[1] 赵拥华，方永毅，王娜，等.逆变型分布式电源接入配电网对馈线自动化的影响研究[J].电力系统保护与控制，2013（24）：117-122.

[2] 刘健，贠保记，崔琪，等.一种快速自愈的分布智能馈线自动化系统[J].电力系统自动化，2010（10）：62-66.

[3] 张敏，崔琪，吴斌.智能配电网馈线自动化发展及展望[J].电网与清洁能源，2010（4）：41-43，51.

[4] 李国武，武宇平，张浩.智能配电网馈线自动化功能优化研究[J].电工技术，2012（9）：24-26，28.

[5] 葛树国，沈家新.10kV配电网馈线自动化系统控制技术分析及应用[J].电网与清洁能源，2012（8）：29-34.

[6] 李晓琦，林山，沈倩，等.智能配电网馈线自动化方案研究及应用[J].电工技术，2013（9）：16-17，20.

[7] 郭建成，钱静，陈光，等.智能配电网调度控制系统技术方案[J].电力系统自动化，2015（1）：206-212.

[8] 唐成虹，杨志宏，宋斌，等.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（9）：101-106.

[9] 高厚磊，庞清乐，李尚振，等.基于Multi-agent的智能馈线自动化自愈控制[J].高电压技术，2013（5）：1218-1224.