集中型馈线自动化实用化应用优化策略分析

雷 杨，李朝晖，饶渝泽，宿 磊，车方毅

（1.国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力有限公司荆门供电公司，湖北 荆门 448000）

0 引言

智能配电系统是智能电网发展的重要趋势，而配电自动化是智能配电系统中“智能感知”的重要环节，是实现配电网可观、可测、可控的重要基础，馈线自动化承担着配电自动化系统故障判定和故障处理功能，综合应用自动化装置或系统，迅速定位并隔离配电网故障。目前，馈线自动化主要模式包括集中型、就地型（包括智能分布型和重合型）、故障定位型，根据《国家电网公司“十三五”配电自动化建设实施意见》要求，“大部分A+、A、B类和部分C类供电区域，对配电线路关键节点进行自动化改造，实现故障区间就地定位和隔离，非故障区域可通过遥控或现场操作恢复供电。针对A+和A类供电区域，新建改造线路以安装“三遥”终端为主，馈线自动化以集中型方式为主；针对B、C类供电区域，架空线路馈线自动化优先采用就地重合式，电缆线路馈线自动化采用集中式。”在目前的建设模式下，集中型馈线自动化成为城区及部分城郊馈线自动化的主要部署模式，在配电自动化建设应用过程中占踞举足轻重的地位。本文从集中型馈线自动化的原理入手，基于湖北电网配电自动化建设应用情况，对集中型馈线自动化应用过程中出现的各类问题及其原因进行分析阐述，并针对性提出了优化思路。

1 集中型馈线自动化技术原理

集中型馈线自动化的整体部署模式包括3层结构，一是主站层，负责整个配电自动化系统内状态信息的监控和管理，馈线自动化动作策略的制定；二是通信层，负责信息传输；三是设备层，包括配电终端和一次设备，负责系统内设备状态信息的采集，并执行馈线自动化策略。整体架构如图1。

图1 集中型馈线自动化整体架构Fig.1 Structureof centralized feeder automa tion

集中型馈线自动化由配电终端设备、通信网络、配电主站功能模块共同组成，故障发生时，由配电主站根据采集到的故障信息，判断故障区间，并结合实际电网负荷情况制定故障隔离方案，通过全自动或半自动方式实现故障隔离和非故障区域的供电恢复[1]。通常在故障判断过程中，配电主站所采集的信息包括配电终端发送的故障告警信息、开关位置状态、由调度自动化系统发送的变电站出线开关动作状态及保护动作信息、重合闸动作信息等。集中型馈线自动化的启动条件为：变电站出线开关（部分地区由于EMS信息暂无法传输至配电自动化主站，采用变电站出线开关后的第一级开关替代变电站出线开关）的保护动作信息、开关变位信息均传输至配电自动化主站。根据网架结构的不同，集中型馈线自动化主要的故障判断模式有两种，一是针对单电源点网络，由于故障电流方向确定，通常只需要根据故障电流的分布即可判断出故障点；二是针对多电源环网网络，由于故障电流方向不确定，通常需要根据故障功率方向综合判断出故障点[2]。以上两种故障判定方式的示例如下：

（1）单电源点开环网络

对于单电源点开环网络，以图1为例，在发生故障时，变电站出线开关CB1跳闸，配电主站接收到CB1开关变位信息及保护动作信息后，启动馈线自动化功能，通过收集到的配电终端过流告警信息确定故障点，在图1所示结构中，F1、F2感受到故障电流，而F3、F7则未感受到故障电流，因此可判定故障位于F2、F3、F7之间。在采用全自动的馈线自动化模式下，配电主站推送并执行故障隔离策略，在采用半自动的馈线自动化模式下，配电主站推送故障隔离策略，由运维人员操作进行故障隔离。

图2 集中型馈线自动化处理逻辑一Fig.2 Processing logic of centralized feeder automation（1）

（2）多电源点闭环网络

对于多电源点闭环网络，以图2为例，在发生故障时，由于在故障发生时，闭环网络中各终端均可能感受到故障电流，在这种情况下，通常以故障功率方向判断故障点，配电主站根据图示故障发生时刻的功率方向，可以判断出故障位于F2、F3和F7之间，进而推送故障隔离策略。

图3 集中型馈线自动化处理逻辑二Fig.3 Processing logic of centralized feeder automation（2）

2 集中型馈线自动化影响因素分析

集中型馈线自动化通过配电主站搜集配电终端上送的告警信息综合判断故障区间，信息收集的全面性是其故障判断准确性的基本保障，因此通常情况下，集中型馈线自动化启动后将预留15至30 s的故障信息收集时间，故障判定时间需数秒，全自动化模式下整体故障处理耗时一般在十秒级，故障处理效率较传统方式有了极大提升[3]。整体上来说，集中型馈线自动化易受主站功能部署、通信情况、终端性能等多方面的影响，具体分析如下：

（1）与主站功能部署的关系

集中型馈线自动化的核心在于配电主站收集到故障区域内配电终端的告警及状态信息之后，能够准确推送故障隔离方案。因此主站功能部署在集中型馈线自动化的实用过程中就显得尤为重要，关键点体现在3个方面，一是配电主站的网络拓扑是否与实际匹配，以图4为例，在配电主站的网络拓扑与实际存在差异的情况下，配电主站推送馈线自动化策略时，会将故障定位在F1、F3、F7之间，从而断开F1，导致故障范围的扩大；二是配电终端在配电主站拓扑中的对应关系是否正确，在配电终端或主站的IP配置错误的情况下，例如F2和F4开关IP配置反，则FA策略执行的时候，由于F4开关并无故障电流经过，不存在故障告警信息，将导致配电主站认为F2开关无故障电流，从而判定故障位于F1、F2之间，导致故障隔离策略错误；三是配电主站能否正常接收变电站出线开关跳闸信息，由于配电主站的故障隔离策略启动条件是变电站出线开关的保护动作信息、开关变位信息均传输至配电自动化主站，若配电主站无法从调度自动化系统中读取变电站出线开关的状态信息，将导致馈线自动化策略无法制定与推送。

图4 拓扑错误情况下的处理逻辑Fig.4 Processing logicin topology error condition

（2）与通信情况、终端性能的关系

由于集中型馈线自动化对状态信息的全面、完整性要求较高，导致集中型馈线自动化对通信的依赖性较强，在光纤中断、光衰过大、通信延时过高、ONU等光设备损坏的情况下，都会导致终端状态信息收集不完整，从而影响馈线自动化策略。与通信类似，在配电终端软、硬件故障导致终端漏发或误发故障信息的情况下，均容易导致馈线自动化故障推送错误，从而影响馈线自动化策略的正确性。

以图5、图6为例，图5为通信及终端均正常情况下的集中型馈线自动化策略，通过终端上送的故障告警信息判定故障区间位于F2、F3之间，主站远程遥控F2、F3分闸，并合CB1、L1恢复非故障区间供电。在F2终端因为终端缺陷无法上送故障告警信息、或F2终端与主站通信不畅导致故障告警信息无法上送的情况下，将导致主站在接收到CB1跳闸信息后仅通过F1故障告警信息判定故障位于F1、F2之间，从而推送并执行错误的馈线自动化策略，分F1、F2扩大故障范围，在故障隔离开后，通过合开关L1及F3恢复非故障区供电的过程中，再次合闸于故障，导致变电站B的出线开关CB2跳闸，再次执行集中型馈线自动化策略，分F3隔离故障。在本案例中，由于F2终端无法正确上送故障告警信息，导致变电站A侧故障隔离区间扩大，影响了F1至F2区间内支路用户的供电，同时变电站B侧在供电恢复过程中再次合闸于故障，亦导致安全风险。

图5 终端或通信异常情况下的处理逻辑Fig.5 Processing logicin equipment or channel error condition

3 集中型馈线自动化相关问题及优化策略分析

集中型馈线自动化能够在10 s级的时间内迅速定位故障，在自动化模式下能够在数分钟隔离故障并恢复非故障区间的正常供电，对缩短故障停电时间，提高配电网运行维护效率有着重要意义，在目前的建设模式下，集中型馈线自动化是全国城市核心区的主要馈线自动化部署模式，但是由于集中型馈线自动化尚处于建设发展阶段，相关技术仍处在不断完善和成熟过程中，在实际的应用过程里，集中型馈线自动化依然存在一些问题。以湖北电网为例，截止2018年1月，湖北电网已接入国网配电自动化运维管控系统的配电自动化系统覆盖配电主站4套，线路420条，包含配电终端973台。配电自动化覆盖区域以城市核心区为主，馈线自动化功能部署线路为401条，集中型馈线自动化模式占比100%，但是馈线自动化实际投入线路条数仅85条，全年馈线自动化启动次数为19次，馈线自动化实际应用效果欠缺，通过配电自动化系统自动分析处理故障的功能未能完全体现，也极大地限制了配电自动化的全面建设工作。整体来说，有3个方面的原因，具体分析如下：

（1）运维调试工作量较大，调试成本过高

集中型馈线自动化的建设主要依赖“三遥”配电终端，需要采用光纤通信方式，对应的建设和调试成本相对较高，且对应“三遥”配电终端的蓄电池也主要采用蓄电池作为主后备电源，相应的运维工作量较大。在功能调试方面，目前集中型馈线自动化主要采用同步注入式测试法[4]，即在采用集中型馈线自动化线路的配电终端处利用故障发生装置进行故障量输入，各故障发生装置采用GPS时钟进行同步，模拟现场故障情况，并将主站侧生成的馈线自动化策略与拟定策略进行比对，验证相关功能的正确性。采用同步注入式测试法的过程中，注入故障量的终端处必须由人工进行操作，主站侧需要人员进行馈线自动化策略核对，整体调试工作量较大，周期较长，对人员数量的要求较高，目前的测试成本也在每条线路3万元左右，接近甚至超过部分线路的配电终端造价。由于测试人员及测试周期需求过大，目前湖北电网完成集中型馈线自动化功能测试并实际投入的线路仅占具备馈线自动化功能线路的20.24%。

（2）对通信、终端质量依赖较大，推送策略的正确性难以保证

如前文所述，集中型馈线自动化依赖区域内采集信息的完全正确性[5]，因此对通信、终端的依赖性较大，而目前配电自动化终端、通信设备厂家较多，设备质量参差不齐，且由于设备运行于户外，运行条件较恶劣，加之受到市政施工的影响，导致设备故障率较高。据统计，2017年湖北电网配电自动化系统共发生缺陷299起，其中通信缺陷占比50.83%，以光路故障、通信设备故障为主，配电终端缺陷占比39.46%，以蓄电池或电源回路故障、对时异常、终端软硬件故障为主。故障大多表现为配电终端掉线、信号误发或漏发，对于集中型馈线自动化的实用化投入产生了极大的影响。

（3）现场运维人员对集中型馈线自动化的熟悉程度不够

由于目前配电自动化建设尚处起步阶段，建设主要集中在城市核心区，且由于传统配电运检主要以一次设备为主，相关技术人员对配电自动化设备的运维经验不足，对馈线自动化的基本原理、部署模式、技术关键点等还比较模糊；测试过程中，由于同步注入测试法在配电主站和关键配电终端处都需要调试人员参与，运维人员也明白掌握测试全过程也需要一个阶段。因此现有的集中型馈线自动化的测试和运维过程主要依赖厂家，导致运维技术力量有限，由于测试效率限制，导致目前集中型馈线自动化投入率较低，实用化情况欠佳。

相对于就地型，集中型馈线自动化大量采用光纤通信模式，配置范围内的配电终端也多为“三遥”类型，不需要人工进行故障查找和隔离，自动化程度相对较高。且集中型馈线自动化可以在全自动、半自动模式下进行切换，策略灵活性较强，在城市核心区进行应用有较大的技术优势，因此，如何解决集中型馈线自动化在现有模式下的技术问题，提高应用效率，是配电自动化建设过程中一个亟待解决的问题，针对上述问题，提出以下3点建议。

①结合设备检测工作开展馈线自动化调试

集中型馈线自动化的测试工作是相关功能投入的必要条件之一，目前针对集中型馈线自动化采用的测试方案对于人员、设备的要求较高，单条线路测试耗时也较长，且每台故障发生装置之间的对时、故障电气量的设置都要有配合关系，导致整体测试效率较低，从而影响了集中型馈线自动化功能的投入。由于集中型馈线自动化测试主要目的是验证以下3项内容：一是配电主站和现场实际的网络拓扑关系是否一致；二是配电终端是否能正常感应并报送故障、正确响应主站发出的遥控操作指令；三是通信通道是否正常，各类信息是否能正确传输。2016年以来，大部分新增配电终端在安装投运之前，均进行了仓库调试和现场联调，通过仓库调试可以验证配电终端单体的功能，而通过现场联调则可以验证通信通道的正确性，并核对配电终端在配电主站中的位置是否正确。因此，在现有的配电自动化建设模式下，可以通过设备检测和联调工作完成集中型馈线自动化的大量功能验证工作，在确保设备和通道无误后，集中型馈线自动化的测试焦点主要就集中在配电主站的网络拓扑关系和馈线自动化策略是否正确，而该项功能测试可以在配电主站仿真态下进行，通过这种测试模式，可以极大地减少现场调试的人员及时间投入，并保证集中型馈线自动化功能的正确性。在实际投入过程中，可以先试运半自动型馈线自动化，逐步向全自动型馈线自动化过渡。

②优化集中型馈线自动化与继电保护的配合模式

馈线自动化与配电网继电保护无法相互取代，大部分10 kV配网线路分支数量较多，集中型馈线自动化在主干线具备较好的适用性，但是如果覆盖到分支线路，则对应的策略配置工作量会大幅增加，且由于涉及到的配电终端及通信设备过多，对应的运维工作量也将大大增加。因此做好集中型馈线自动化和继电保护的配合是提高集中型馈线自动化建设实效的重要途径，建议在集中型馈线自动化部署区域内，采用如下方式进行部署:对于主干线采用集中型馈线自动化，路径上开关可采用负荷开关；对于用户分支或分界开关投入过流保护，采用断路器，与变电站出线开关进行延时级差配合。采用这种部署模式的情况下，在用户分支发生故障时，对应的分支断路器将首先跳闸隔离故障，而在主干线发生故障时，则由变电站出线开关跳闸，通过集中型馈线自动隔离故障，配置示例如图6所示。

③加强配电终端、通信设备的质量管控

配电终端、通信通道缺陷对集中型馈线自动化有较大影响，提高故障消缺效率是提高集中型馈线自动化成功率的重要措施，而目前配电自动化设备、通道缺陷过多是影响集中型馈线自动化投入率及成功率的重要因素，因此，做好配电终端仓库调试、现场调试工作，严把设备质量；加强配电终端缺陷情况总结分析，对易损坏的终端插件备足备品备件，提高消缺效率；加强调度、运检、通信等各专业人员的沟通协调，重视通信通道的检验质量；通过“做早操”或日常巡检工作及时排查设备或通道隐患，都是提高集中型馈线自动化、实用化程度的有利措施。

图6 集中型馈线自动化配置示例Fig.6 Example of centralized feeder automation configuration

4 结语

目前集中型馈线自动化是城市核心区及部分城郊馈线自动化的主要部署模式，其应用效果在很大程度上决定了配电自动化的建设成效，本文阐述了集中型馈线自动化的基本原理和实现过程，并针对集中型馈线自动化的影响因素进行了分析，针对目前集中型馈线自动化存在的各种问题，提出了结合设备检测工作开展馈线自动化调试，提高功能调试效率；优化集中型馈线自动化与继电保护的配合模式，优化馈线自动化功能部署；加强配电终端、通信设备的质量管控，提高馈线自动化成功率等建议。