10kV配网馈线自动化实现方式分析

莫品信

（广东电网有限责任公司茂名电白供电局）

0 引言

配电网是电力系统中最接近用户的环节，同时也是制约供电可靠性的关键环节。根据电力监管部门的研究，我国电力用户停电的最主要原因是由配电网故障引起的，而且电网损耗中的一半也发生在配电网[1]。按照发达国家的经验，提高供电可靠性最直接、最有效的技术手段是实现配电网自动化，而作为配电网自动化核心部分的馈线自动化在故障线路隔离、非故障线路快速恢复供电方面发挥着关键作用[2]。因此，本文对 10kV配网馈线自动化实现方式进行了分析。

1 10kV配电网馈线自动化模式与选择

1.1 馈线自动化模式

配电网馈线自动化（FA）模式可分为就地控制馈线自动化（A型FA）模式、集中控制型馈线自动化（B型FA）模式、分布式智能控制（C型FA）模式、网络保护型馈线自动化（D型FA）模式四类[3]。A型FA主要用于供电质量要求不高的架空线路，例如城郊、农村地区线路，其意义是基于就地电压、电流的变化，并按照设定的逻辑程序，通过断路器及分段器的动作，实现故障线路隔离、非故障线路恢复供电。根据所检测的信号，A型FA又分为电压控制型（A-V型FA）、电流控制型（A-I型FA）和电压电流控制型（A-VI型FA）三种。B型FA主要用于市区对供电质量要求较高的架空线路或电缆线路，通过配电主站（B-M型FA）或配电子站（B-S型FA）集中收集馈线终端（FTU）的故障信息，并判断、识别和定位故障区域，实现故障区域隔离、非故障区域恢复供电。按照线路类型的不同，B型FA又分为架空线路集中控制型和电缆线路集中控制型。C型FA主要用于对供电质量要求很高的重要负荷区域，利用点对点等通信方式，在数秒内完成故障定位、故障区域隔离、非故障区域恢复供电。D型FA用于对供电质量要求极高的重要设施，例如半导体集成电路厂、重要通讯设备、金融区等停电数秒也会造成严重损失或社会秩序混乱的厂矿、设施，主要运行于电缆环网，并利用环网柜进线开关直接切除故障点两侧开关，而非故障区域不受故障影响。

1.2 馈线自动化面对的问题与模式选择

我国FA起步较晚，技术上尚有明显不足之处。例如通信模式不统一，控制器功能不完善，FTU不具备可靠的本体状态监测功能，FTU中的永磁驱动器可靠性还不够理想，FA通讯安全防护功能不完善，存在含大量分布式电源（DG）配合性问题，较少具备完善的小电流接地故障检测与选线功能等。因此，FA的实现必须结合配网网架结构及一次设备状况、功能需求、投资费用等情况，经过综合分析比较选择适宜的模式。首先，根据供电区域划分类别，确定线路类型和电网结构。然后再根据故障隔离功能、通讯实施条件、投资费用等环节进行选择[4]。例如地级市市区B、C类供电区域主要线路类型为架空线路，必要时也可选择电缆线路，电网结构以环网为主，当资金充裕、通讯条件好且对供电可靠性要求高时选择C型 FA，资金、通讯条件及对供电可靠性要求一般时选择B型FA，要求更低一些也可选择A型FA。

2 10kV配电网馈线自动化实现方式

2.1 就地控制馈线自动化模式实现方式

A型FA模式无需主站参与，不用建设通信网络就能独立地快速切除故障区域，它所依据的就是故障发生时的低电压或电流消失现象，再配合重合器、分段开关的动作，就能实现故障点的定位、故障区域的切除和非故障区域的恢复供电。其中A-V型FA模式多用于“手拉手”环网结构，以电压时间为判据，线路中的联络开关正常状态为“常开”，分段开关正常状态为“常闭”。故障发生时，电源侧断路器跳闸，引起故障区段分段开关因失电而依次跳闸，在一定时限内电源侧断路器及线路分段开关逐级延时重合。如果故障为瞬时故障，那么整条线路都能恢复供电。但若故障为永久性故障时，合闸至故障点处，因电压异常将再次引起电源侧断路器跳闸，那么就可以判断故障点。第二次重合闸时，因故障点两侧分段开关记忆电压异常而分闸闭锁。电源侧非故障区段恢复正常供电，但故障点另一侧与开环点之间掉电，联络开关经过一定延时合闸，为该非故障区段供电。A-I型 FA模式用于辐射线路，基于故障区段线路电流异常的特征，经过开关的分合，当故障点分段开关记录故障电流达到 2次或以上时，分段开关分闸并隔离故障区段，而上游非故障区段恢复供电。A-VI型FA模式动作过程在A-V型FA模式的基础上，增加了故障电流辅助判据，当分段负荷开关合闸后在设定时间内检测到线路失压以及故障电流，则自动分闸并闭锁合闸，完成故障隔离，减小了线路分段开关逐级重合的次数，减少了逐级恢复供电带来的非必要停电时间，然而由于采用了多级重合器（断路器），投资费用比A-V型FA要高。

2.2 集中控制型馈线自动化模式实现方式

B型FA模式需要配电主站或配网调度人员的配合，通过通信网络进行故障处理。这种模式要求可靠性较高的网架结构及开关设备，例如环网供电方式，开关设备也要具备电动操作机构及必要的传感设备。配电主站或配电子站根据FTU的数据判断配网线路运行是否正常，如果检测到故障现象，利用历史数据库及专家系统等进行自动判断，然后遥控故障开关隔离故障，再通过主站系统或配网调度人员恢复非故障区域的供电。图1为架空线路环网B型FA模式，其中 F1、F2为电源侧出口断路器，Q11～Q22为分段开关，RTU为远程终端单元，S为联络开关，K表示故障点，实线和虚线分别表示电力线路和通信线路。图2为电缆环网B型FA模式，符号意义同图1。以图1为例，假设K处发生故障，电源1出口断路器F1因故障电流跳闸，经延时后重合，若是瞬间故障，则合闸成功，恢复供电；若为永久性故障，F1重合失败，启动主站故障处理。当主站检测到 Q11有故障电流流过，而其他开关均无故障电流流过时，判定故障发生在 Q11、Q12之间，主站先以遥控方式让Q11、Q12分闸，隔离故障区域，主站再发出遥控命令让F1合闸恢复故障区域左侧供电，让S合闸恢复故障区域右侧供电。

图1 架空线路环网B型FA模式

图2 电缆环网B型FA模式

2.3 分布式智能控制模式实现方式

C型FA模式在变电站出线开关和环网柜远程终端单元（RTU）处设置智能终端单元（STU），用于实时检测各个开关的状态及流过本处的电流，并通过光纤或无线方式实现点对点的通信。故障发生时，只断开与故障区域有关的开关，无需上级开关或电源侧断路器跳闸，所以可减小故障影响范围，保护的选择性和快速性优于B型FA模式。图3为C型FA模式，RMU1～RMU4为环网柜，Q31为联络开关（常开），其他符号意义参照图1。以图3为例，K处发生故障，FA功能启动，RMU1的STU能检测到Q12开关的故障电流而 RMU2的 STU没有检测到 Q21的故障电流，RMU1的STU判断故障发生在Q12、Q21之间，控制Q12跳闸的同时向RMU2处STU发出跳开Q21的信息，隔离故障区域，系统再发出遥控命令让Q31合闸恢复故障区域右侧供电。

图3 电缆环网C型FA模式

2.4 网络保护型馈线自动化模式实现方式

D型FA用于闭环运行的电缆环网，是基于光纤差动保护的升级版智能分布式馈线自动化技术方案，线路采用光纤纵差保护、开关柜母线采用母线差动保护，以及网络备自投技术，实现对电缆网主干线路故障的快速定位切除，实现毫秒级的快速恢复非故障区域供电，故障就地检测及隔离，不依赖后台主站，实现配电网“零停电”。

3 结束语

实现馈线自动化已成为提高10kV配电网供电可靠性的核心环节，对于节能减排、发展绿色经济具有非常积极的意义。但馈线自动化建设是一个系统工程，应从现有线路实际情况、供电可靠性需求等多方面综合考虑，才能实现馈线自动化的最佳效益。