智能配电网灵活分布式自动化技术创新

2018-06-12国网冀北电力有限公司朱晓岭覃朝云梁东张国忠杨静孙永峰王书渊张永茂刘珅赵世坡赵丽萍张建张翼鸣张智焜宗瑾潘宇龙飞董桐周磊黄小龙

电力设备管理 2018年5期

国网冀北电力有限公司朱晓岭覃朝云梁东张国忠杨静孙永峰王书渊张永茂刘珅赵世坡赵丽萍张建张翼鸣张智焜宗瑾潘宇龙飞董桐周磊黄小龙

一、前言

按照《国网运检部关于做好“十三五”配电自动化建设应用工作的通知》要求，冀北公司积极组织辖下五地市开展配电自动化试点建设。其中张家口供电公司在市区深化配电自动化应用，逐步安装并使用智能分布式就地馈线自动化（以下简称“智能分布式FA”），目前已相继投入智能分布馈线自动化功能线路共计19条。截至2017年8月，张家口智能分布式馈线自动化的线路保护跳闸24次，正确动作21次。

智能分布式FA的使用为快速隔离故障和恢复供电提供了可靠支持，大幅度的提高了供电可靠性和故障处理效率，缩短停电时间，提高了社会效益和优质服务水平。

二、实施背景

智能分布式FA具有众多优点，在10千伏配电线路上，特别是具备负荷转供条件的线路上，具有无可比拟的优势，其主要特点有以下四点：

故障定位精准，能够快速准确地完成故障点隔离，使故障区域隔离范围最小；

非故障区域在短时间能够通过其他电源点进行自动转代，实现非故障区段不停电供电；

高度自动化，故障定位及非故障区段恢复供电无需要人工干预；

故障处理过程不依赖于配电主站，整个故障处理全程由可由就地智能分布式DTU自行完成，无需要主站参与。

虽然智能分布式FA具有以上优点，但目前在国网范围内的推广运用并不成功，经过冀北公司2年多的探索应用，通过在19条线路的运行经验，总结出以下几点原因制约智能分布式FA的推广：

适应性差。智能分布式模式只能适用于固定的网络拓扑，一旦调试完成，其拓扑即固定，修改拓扑复杂；

维护、配置过程复杂，调试工作量大。以冀北公司的现场经验，每一个环的调试时间不少于7个工作日，如遇到线路、参数等的变更，则需要更长时间进行调试。通过调研上海公司智能分布式FA的使用情况，每个环的调试时间也在5到7个工作日，由此可见，调试复杂是目前智能分布式FA固有缺点；

维护、配置参数耦合性高，牵一发而动全身。对调试人员专业要求较高，普通自动化人员无法完成调试，甚至后期维护都必须设备厂家到场才能实现，严重降低了工作效率；

各厂家维护工具各异，界面不友好，系统验证复杂，无法通过单点进行连锁功能调试。例如调试时需要使用多台设备在一个比较大的场地内通过多台继电保护测试仪同时加故障测试动作逻辑，要求测试人员不但对仪器使用熟练，还需要熟悉线路运行状态和故障产生时的线路情况，而上海公司则是在电科院专门设置实验室，使用RTDS进行仿真测试，整个逻辑功能测试非常复杂。

造成上述缺点的原因较多，但总结无非以下三点：一是不同现场实际情况的复杂性，二是一次侧设备安装接线的随意性，三是功能配置的灵活性。针对上述问题，本方案提出智能分布FA即插即用的设计要求，馈线自动化设备达到一站式拓扑建模、简化参数配置、一键式下装组态参数、动作策略规范化、动作记录界面化、仿真调试、硬件设备即插即用7个效果。

三、内涵和做法

（一）内涵

智能分布式FA系统是指不需要配电主站或配电子站控制，通过终端相互通信、保护配合或时序配合，在配电网发生故障时，能够快速实现故障定位、隔离故障区域及恢复非故障区域供电，并将故障处理的结果或信息上报给配电主站。

采用对等通信的方式，可快速传递突发数据，故障处理速度快；故障隔离范围最小，无需保护时间级差的配合，非故障区域自动完成负荷转代。300毫秒完成故障隔离，秒级完成负荷转代。

图1 智能分布式FA动作时间

图2 分布式FA动作原理

其基本动作原理是：基于以太网、EPON网实现各站点间的对等通信，采用自定义通信规约，实现相邻站点间快速稳定的信息交换。与主站通信采用运检三〔2017〕6号文规定的扩展104规约，能够实现主站对FA的参数下装及软件升级。

（二）创新性

1.确定相对合理的动作逻辑

在智能分布式FA动作原理的框架下，根据不同的现场情况，确定合理的动作逻辑，基本将其分为两类：

1）缓动型智能分布式FA；

2）速动型智能分布式FA。

缓动型智能分布式FA针对采用负荷开关的线路，采用缓动型逻辑，FA的启动条件是变电站出口开关保护动作并且开关分闸成功。

速动型智能分布式FA针对采用全断路器的线路，采用速动型逻辑，FA的启动条件是线路产生故障。

图3 智能分布式FA启动逻辑

无论速动型或是缓动型，智能分布式FA的故障点定位策略是相同的，即：自身有故障且下级开关无故障，则故障点位于下侧，自身无故障且上级开关有故障，则故障点位于上侧。此时故障隔离策略为跳开故障点两侧开关。总体来说，就是本身有故障且下级开关无故障或本身无故障但上级开关有故障，则需要跳开开关进行隔离。具体逻辑如下图。

图4 智能分布式FA故障隔离逻辑

隔离成功后，即可进行恢复操作，具体逻辑如下图5。

图5 智能分布式FA恢复逻辑

2.模块化拓扑配置

更改以往的建模方式，针对智能分布式FA多用于电缆线路，适当做出取舍，以国网公司确定的4、6间隔环网柜为设计基础，以环网柜为建模最小单位，改变以往以开关为最小单位建模、一条线路几十个开关的情况，大大减少了建模工作量。同时，由于以环网柜为最小建模单位，则拓扑更改也更为简单。

以下图为例：

图6 以开关为单位建模示意图

整个建模过程，需要添加很多个开关，以6个4间隔环网柜为例，需要添加24个开关，并对开关的连接关系进行设计，而下面示间图中以环网柜为例进行建模，则只需要添加4个环网柜，且只需要设计环网柜间的连接关系，如下图所示：

图7 以环网柜为单位建模示意图

3.参数配置标准化

将根据二次接线顺序编辑FA设备信息改为固定FA逻辑中关于设备的信息的顺序；环进环出开关在FA的编号人为定义改为确定环进环出的编号；规范环网柜每一回路信息接入数量、顺序、三遥信息及信息的属性；FA控制器采集电压电流、开关位置的信息固定，就可以将其参数固化进程序，不需要单独配置；线路综保投入与FA动作策略关联；规范负荷转代策略。

4.馈线自动化仿真测试

为降低现场调试难度，采用FA仿真的方式进行现场故障模拟故障，检验FA动作过程及一次开关的动作情况。该仿真系统的功能主要是在选择故障点之后，自行判断哪些开关会过流，从而模拟现场给予过流信号，然后系统再根据给的信号进行FA的判断，完成故障定位，故障隔离，非故障恢复，以达到FA动作的现场模拟。

5.硬件设备即插即用

硬件引入一二次成套理念，加大航空接插件和可插接端子的用量，并且做好接口定义，实现硬件接口通用，硬件设备的即插即用。

（三）推广性和经济效益

引入国网通用的规范，确定DTU、环网柜等的规范，不标新立异，尽量使用国网现有规范，降低推广的难度，为实现此目的，主要进行了如下的做法。

1.以国网标准4、6间隔为基础

以国网标准4、6间隔环网柜为基础进行设计，考虑到目前及分布式FA的特点，其在FTU上使用的概率非常小，从研发难度和使用上，适当取舍，不考虑FTU的使用。

在目前使用的环网柜中，4、6间隔为使用量最大的环网柜类型，应优先考虑，10间隔及以上的环网柜用量较小，暂不考虑使用分布式FA功能。8间隔环网柜与6间隔环网柜功能相似，但相对较用量较少，暂时不考虑，在此项目中，以4、6间隔为基础。

以国网规范的4、6间隔为基础，减少了对现有规范的更改，避免DTU生产厂家和环网柜生产厂家大规模改动现有生产模式，便于引入此项目成果。

2.区分负荷开关和全断路器模式

区分负荷开关和全断路器模式，使动作策略可满足不同现场的不同动作要求。基本可分为：缓动隔离、缓动恢复、速动隔离和速动恢复4种策略，可以满足绝大多数的使用现场。

3.降低建模难度和参数复杂度

由于建模难度的降低和参数复杂度的减小，对调试人员的要求也相应降低，使用过程中的故障分析等多处以软件界面处理，避免分析Message格式记录，方便运维人员分析故障和动作逻辑。

4.增加仿真测试功能降低逻辑测试难度

使用仿真测试功能，方便调试人员进行逻辑测试，避免动辙动用多台继保测试仪或RTDS进行逻辑测试，减少测试时间，便于现场测试有利于提交调试效率。

5.提高供电可靠性

智能分布式FA的推广，可明显提高供电可靠性，减少故障停电时间和故障停电范围，减少运维人员工作量，降低工作强度。

6.对智能分布式FA的推动作用明显

目前分布式FA技术已相对成熟，并且多家企业已有产品上市，但使用范围较窄，不能大面积推广，其原因正如上文所述。

此项目针对上述缺点，进行研究，力争消除阻挡大面积推广的各个难点，使智能分布式FA技术能更广泛的应用。

通过实施此项目，确定比较完善的智能分布式FA技术规范，从而引导智能分布式FA健康、规范、合理的发展：

1）确定智能分布式FA的故障处理流程；

2）确定智能分布式FA的故障处理策略；

3）确定智能分布式FA的启动、隔离、恢复等逻辑过程；

4）统一智能分布式FA在异常情况下的动作方式；

5）统一智能分布式FA与主站的配合方式；

6）统一智能分布式FA的硬件接口。

四、实施效果

智能分布式FA的推广运用，可明显改善10千伏配网的自动化水平，降低停电时间，减少故障停电范围，而此项目将大大降低智能分布式FA的推广难度，具体来说：

（一）社会效益分析

通过即插即用型智能分布式FA的研发，大幅减少工程调试验收时间、提高工作效率。为建设“坚强智能电网”提供支持。

一是降低了智能分布式FA的调试难度，原来配电自动化改造建设过程中，需要3到5人利用保护测试仪进行各类检测、进行一、二次设备联调传动、进行每个自动化终端的参数整定，调试验收人员技术要求高，工作复杂。该项目实施后，2人即可通过模块化参数配置、仿真操作实现所有检测项目的测试最终送电。大大提高了工作效率，减少了停电时间。

二是该项目在优质服务方面、社会责任和社会形象方面有着巨大的提升作用。停电时间的降低使用户满意度挺高，用户投诉量减少。尤其在张家口申办2022年申奥成功后，在政府转变职责和城市转型过程中，供电企业担负的责任往往是背后无形的支撑，因此在2020年前，城市电网建设的标准，会高于其他城市，该项目的实施可以有效支撑城市配电网的发展和形象提升。