基于顺序检测的联络开关自动识别研究

曹成帅，赵允贵，王太国，陈灏琦

（烟台科大正信电气有限公司山东烟台264000）

基于顺序检测的联络开关自动识别研究

曹成帅，赵允贵，王太国，陈灏琦

（烟台科大正信电气有限公司山东烟台264000）

针对故障区段定位及隔离和非故障区段恢复供电的需求，在介绍了智能分布式FA的控制原理和实现方法的基础上，提出了一种基于智能终端“顺序检测”的联络开关自动识别方法。通过配置配电智能终端的局域拓扑信息，从而在智能终端“顺序检测”下，快速的识别出馈线的拓扑结构，最后联络开关位置根据检测出来的开关位置信息和开关状态信息识别出来。这种方法使得配电网对故障的处理速度和供电恢复时间都大幅度减小，且此控制方法具有较强的通用性，适用于不同的供电运行方式。

故障区段；隔离；智能终端；顺序检测；联络开关

随着人们对电力越来越依赖，如何提高供电可靠性成为现阶段的主要任务，而智能电网因能满足供电可靠性的要求渐渐走进公众的生活[1-5]。统计某地区10月份中低压用户平均供电可靠率为99.7816%，平均停电时间为2.62h/户，考虑到中国供电可靠性统计只是以公共配电变压器作为一个“用户”等因素，因此实际的供电可靠性可能比公布的指标还要低[6-10]。配电自动化作为一种重要的配电网故障自愈控制技术，能够避免或减少中低压配电线路故障给用户带来的停电损失，在配电自动化技术中具有举足轻重的地位[10-15]。

在分布式FA控制原理及实现模型的基础上，提出了基于“顺序检测”的联络开关自动识别方法，并通过对等信息系统收集相邻开关的故障信息，独立进行逻辑判断，并判断出故障区域，就地发送控制指令，实现快速可靠且高效的配电网自动化系统。

1 分布式FA系统的构成和实现模式

1.1 分布式FA系统的构成

一般来说，分布式FA系统由3部分组成，包括智能终端单元（STU）、对等通信系统和配电自动化主站。

1）智能终端单元：分布式FA系统的主要部件是智能终端单元（STU），分布式FA系统中的馈线监控终端不仅支持分布式控制应用，而且还能够对等交换信息，为区别于常规的馈线监控终端（FTU），所以称作智能终端单元。它的主要功能有检测短路故障、通信、数据采集与监视控制和分布式智能控制。

2）对等通信系统：在分布式FA系统中，其配电线路上的STU和位于控制中心的配电主站都是通过对等通信系统连接的。在国内配电发展初期，应用最多的为电力载波、光纤Moderm环网等串行通信方式，而对于各个终端之间的数据对等交换是不支持的。现阶段对于分布式FA有更高的要求，不仅要求STU之间实现通信系统的数据对等交换，而且还要满足快速性的要求。配电网正常运行时，对于线路检测信息的上传和配电主站配置及下达的控制命令都由对等通信系统完成，以实现配电自动化的“三遥”功能，即遥测、遥信和遥控；而在馈线发生故障时，对STU与STU之间的对等通信也起到保障的作用，实现了STU的分布式FLISR操作，并将STU分布式故障处理过程及最终处理结果上传到配电主站。

3）配电自动化主站：在分布式FA系统中，配电自动化主站主要负责对来自STU配电网中运行的实时数据进行采集并处理，根据处理得到的结果再向STU下达各种故障发生的特征量的整定值，还能提供较为友好的供配电网运行监控界面，从而完成更多的高级应用。由以上叙述可知，对于分布式FLISR配电自动化主站不直接参与操作，它只接收STU最终的FLISR处理结果。

1.2 实现模式

分布式FA系统的主要功能包括：定位故障区段、隔离故障和快速恢复供电等，发出控制命令的STU称之为主控STU。分布式FA根据其控制方法的不同可分为协同型和代理型两种实现模式。

协同型分布式FA系统，有多个STU共同参与决策，协同完成配电线路分布式FLISR操作。同一供电环路相邻的STU间的对等通信是通过STU自带分布式故障处理逻辑实现的，最终达到定位故障区段、隔离决策与控制和非故障线路的供电恢复决策与控制等目的。代理型分布式FA系统，只有一个主控STU完成全部的功能，包括定位故障区段、隔离故障和恢复供电等，它和集中型FA主站的作用相同，为便于管理与维护，一般选择变电站出口断路器（电源开关）处的STU作为代理终端。

2 工作原理

对于配电网馈线上包括的开关设备，主要有柱上开关、变电站出口断路器和环网柜等，而环网柜的进线和出现开关数都不确定。不同的开关种类对于故障的处理方式也不同，为了设计分布式FLISR算法，需对馈线上出现的开关进行详细的分类，电缆环网线路如图1所示。

图1 电缆环网分布式FA系统

由馈线上开关位置和功能的不同，将开关分为三类，分别为电源开关USB1和SB2；干线分段开关K11、K12、K21、K22、K31、K32、K41和K42，其中K32为联络开关，处于“常开”状态；支线开关K13、K23、K33和K43。

2.1 定位故障区段及隔离原理

图1中，当故障发生在1点时，其故障电流流过电源开关USB1，也同时流过相邻的干线开关K11，由此可判断和电源开关相邻的区段没有出现故障；当故障电流流过干线开关K11和K12时，干线开关K21和K12相邻，并且故障电流流过，由此可判断在支线开关K12和K21之间的区段有故障，所以隔离故障应该控制干线开关K12和K21跳闸。当故障发生在2点时，故障电流流过支线开关K23，则命令直接发送给支线开关K23，K23跳闸隔离故障。

2.2 非故障线路供电恢复

由2.1节完成故障隔离后，对于没有发生故障的线路，即故障点的上游，则由电源开关合闸恢复供电。其具体过程：当某一区段的故障成功隔离后，由电源开关处的STU进行检测，检测结果如果表明故障不在电源开关的相邻区段上，就对电源开关发送指令合闸，从而达到上游非故障区段恢复供电的目的。而对于故障点下游的非故障线路恢复供电，需要通过调整干线开关和联络开关的状态，使配电网的拓扑结构改变来恢复供电。若馈线干线上是发生故障的区段，并且还不是和联络开关相邻的区段时，这时给联络开关发送指令控制其合闸，从而达到恢复故障点下游非故障线路供电的目的。

以图1为例讲述恢复非故障区供电的过程，当故障发生在1点时，由于故障发生的区段和电源开关USB1不相邻，将故障隔离后，向电源开关USB1发送指令使其合闸来恢复故障点上游非故障区段供电；又因为是干线上的故障区段，并且和联络开关K32不相邻，则需要将K32合闸来达到恢复故障点下游非故障区段供电的目的。当故障发生在2点时，其故障点上游非故障区恢复供电的方式和故障发生在1点时相同；而此时发生故障区段位于支线上，联络开关K32的合闸操作对故障点下游的非故障区段恢复供电不起作用，所以不进行合闸操作。

3 联络开关自动识别方法

在正常运行的分布式FA系统中，联络开关始终处于“分闸”状态，联络开关的两侧都带电，如果其中一侧发生故障，经检测后将故障隔离，则故障点下游非故障区段的恢复供电由联络开关的合闸来实现。在实际的运行过程中，还要考虑馈线的运行方式是否发生了变化，若发生了改变，其联络开关的位置也会随之发生变化，就需要重新识别联络开关的位置。

刚开始识别联络开关位置主要还是依靠人工识别的方法，但是考虑到工作量大且需要在配置前运行FA系统，已不适合发展需要；后来渐渐的通过检测开关两侧的电压来自动识别联络开关的位置，即当检测到两侧都有电压时，就说明此开关为联络开关，而这一方法需要大量的电压互感器，经济性不高，难以投入大规模运行。

本文介绍的分布式FA系统的STU拥有对等通信、获取相邻STU的测量信息和下一级相邻STU的IP地址信息等功能，它能依照顺序检测变电站出口断路器和各个负荷开关的STU，这种用对等通信方式依次检测每个STU信息的方式称为STU的“顺序检测”。通过这种方式可以自动识别馈线不同的拓扑结构，从而自动识别联络开关的位置信息。

3.1 定义STU开关信息

馈线上每个STU都定义其唯一的IP地址，以图1为例，分别定义为 STU1、STU2、STU3、STU4、STU5和STU6，一个STU可以监控一个或同一环网柜的多个开关，对每一个STU配置其对应的信息表，所有STU的IP地址定义和配置信息如表1所示。

表1 配置STU信息

3.2 自动识别联络开关步骤

结合图1和表1，描述基于“顺序检测”的联络开关自动识别的方法与步骤：

1）当STU4检测到干线开关K32处于“分闸”状态时，即刻发起顺序检测。

2）顺序检测过程中，应先检测干线开关K32左侧馈线上的拓扑结构，由表1的配置信息可知左侧为干线开关K31，此时K31处于“合闸”状态。依照此顺序接着往K31的左侧进行检测，即STU3依次检测干线开关K22和K21的分合状态，把检测结果返给STU4，再将STU4的命令传递给STU2，STU2将干线开关K11和K12的分合状态再返给STU4，并继续向STU1传递检测命令，STU1再将电源开关USB1的分合状态返给STU4，USB1作为电源开关不再接着传递检测命令。STU1、STU2和STU3传递给STU4信息后，就已经识别出自己和电源开关USB1的拓扑关系。

3）用同样的方法识别出联络开关和右侧电源开关USB2的拓扑关系。

4）由上述步骤检测到干线开关K32左右两侧的干线开关和电源开关都处于“合闸”状态，所以判断出干线开关K32为联络开关，其馈线拓扑结构如图2所示。

图2 联络开关自动识别拓扑图

若干线开关K32和其右侧的电源开关USB2均处于“分闸”状态，所以自动判断出干线开关K32不是联络开关，不能通过其进行非故障区段的恢复供电，STU4通过“顺序检测”获得如图3所示的馈线拓扑结构。

图3 实时馈线拓扑结构

4 结 论

针对故障区段的定位及隔离和非故障区段恢复供电的需求，提出了基于“顺序检测”实现联络开关自动识别的方法，配置各个STU监控开关的IP地址和对应信息，借助对等通信的技术手段，STU顺序检测馈线拓扑结构，根据开关信息及开关位置信息来识别出联络开关位置，识别方法简单、可靠，能够适应配电线路拓扑变化的状况，而不需要加装大量的电压互感器，经济性较好，在工程中较为容易实现。

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Research on automatic identification of contact switches based on sequential detection

CAO Cheng⁃shuai，ZHAO Yun⁃gui，WANG Tai⁃guo，CHEN Hao⁃qi
（Yantai Zhengxin Electric Co.Ltd，Yantai264000，China）

According to the location and isolation of fault section and non-fault restoration of power de⁃mand，based on introducing the principle of distributed intelligent control and realization method of FA，proposes a method for automatic identification of contact switch intelligent terminal based on sequential detection.The local topology information distribution of intelligent terminals，resulting in the intelligent terminalquot;sequence detectionquot;，identify the topology of feeder speed，contact switch position last accord⁃ing to the detected switch position information and switch state information identification.In this way，the processing speed and power supply recovery time of the distribution network are greatly reduced，and the control method is more universal and applicable to different power supply operation modes.

fault section；isolation；intelligent terminal；sequential detection；contact switch

TN99

A

1674-6236（2017）22-0093-04

2016-09-19稿件编号：201609170

曹成帅（1990—），男，山东菏泽人，硕士。研究方向：配电自动化设备研究、新能源发电及并网技术研究。