配电网多重故障的就地式馈线自动化设计方案

陈吉， 邓素碧， 顾晓棠， 秦雷鸣， 赵吉生

(西门子电力自动化有限公司，江苏 南京 211100)

0 引 言

随着配电网建设的发展，配电网复杂性日益增加[15]，馈线上发生多重故障的概率也相应提高。目前的就地式馈线自动化方案主要针对单重馈线故障，分段开关和联络开关的属性为静态识别。一旦馈线发生多重故障，即联络开关由分位变为合位，作为分段开关给健全区域供电，此时在另一区域又发生故障，则当前的就地式馈线自动化将无法准确定位、隔离新的故障。本文提出了一种动态识别分段开关与联络开关属性的设计方案，改进了现有的就地式馈线自动化，不仅适用于馈线单重故障，也适用于馈线多重故障，提高了就地式馈线自动化的准确性与自动化程度。

1 当前就地式馈线自动化方案

如图1所示，配电网由A、B两侧变电站供电，联络开关H位于分闸状态，分隔左右两侧馈线。CB1、CB2为变电站出口处断路器，A～D为分段开关，位于合闸状态。

图1 线馈线多重故障示例

在第一分段开关A与第二分段开关B之间发生永久性故障(故障点如箭头1所示)。变电站A出口处断路器CB1在保护跳闸指令下立即跳闸。分段开关A、B在断路器CB1跳闸后因失压分闸。断路器CB1重合闸后，第一分段开关A单侧有压，经延时后自动合闸。然而，由于故障1为永久性故障，分段开关A合于故障，断路器CB1再次迅速跳闸。由于分段开关A在故障检测时间内再次失压，分段开关A将再次分闸，并且闭锁于分闸状态。

联络开关H由于检测到一侧有压、一侧无压，经延时自动合闸。第二分段器B有压合闸，合于永久故障1，导致变电站B出口处断路器CB2跳闸。分段器B在故障检测时间内失压，故分段器B分闸且闭锁于分位。

经此操作，故障1左右两侧分段器均闭锁与分位，将故障隔离。变电站B出口处断路器重合闸，分段器C、D依次合闸。恢复供电至联络开关H处，因联络开关H一侧有压，一侧无压，联络开关经延时后自动合闸。至此，变电站A至分段器A之间线路，与变电站B至分段器B之间线路，均恢复正常供电，联络开关H处于常闭状态，作为分段开关使用。

假设若干小时后，永久故障1尚未检修排除，分段开关B与联络开关H之间又发生永久故障2。此时，开关H应分闸隔离故障。由于开关H为联络开关，不具有失压分闸的特性，联络开关H继续保持合位。最终故障2由分段开关C分闸隔离，导致停电范围扩大。

由此可见，在多重故障发生的情况下，联络开关的属性应由联络开关转为分段开关工作。现有的就地式馈线自动化功能对开关的属性无法动态判断，不适应于多重故障，无法准确隔离故障，造成用户的停电损失。

2 多重故障的就地式馈线自动化设计方案

2.1 设计方案

对于馈线的多重故障，本设计方案的核心在于开关属性的动态判断。如图2所示，该设计方案分为几个模块：

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(1)充电模块。该模块用于区分运行模式(Operation Mode)与调试模式(Commission Mode)。在运行模式下，该处开关将根据开关属性与电气特征量，由就地式馈线自动化功能自动分合闸；在调试模式下，该处开关仅可进行手动分合闸，不可进行自动分合闸。判断运行模式的条件为，当开关两侧电压均大于有压门槛值，且有压时间超过有压延时，则判断该处开关充电完成，处于运行状态，且将充电标志位置1；反之，则判断开关处于调试状态，将充电标志位置0。

(2)死线模块。该模块处于充电模块之后，在充电完成后，检测到开关两侧电压、电流均小于死压门槛值，则判断线路失电。这种情况发生于变电站出口处断路器因故障跳闸之后。

(3)开关属性判断模块。在判断线路为死线后，立即进入开关属性判断模块。该模块可由开关当前分合位置，直接判断开关属性为分段开关或联络开关。变电站出口处短路器跳闸后，线路失电，线路上的开关需经延时进行自动分合闸操作。在延时结束前，死线模块后立即进行开关位置判断，若开关处于合闸位置，则该开关判定为分段开关；若该处开关处于分闸位置，则该开关判定为联络开关。

(4)充电复归模块。经开关属性判断模块后，开关判定为分段开关或联络开关，按相应属性进行就地式馈线自动化操作，最终确定闭锁与分闸位置或合闸位置。至此，该处开关的操作完成，将充电标志位置0，可重新进行下一轮开关属性的动态判断。

2.2 验证

针对图1馈线多重故障示例，开关H属性在该设计方案下可以正确的动态识别。

1)第一次故障发生

线路投运若干时间，充电条件满足，充电标志位置1。第一次故障发生后，变电站A出口处断路器CB1跳闸，线路失电，满足失电模块要求，立即进入开关属性判断模块。开关A、B处于合闸位置，判定为分段开关；开关H处于分闸位置，判定为联络开关。此后，开关A、B按分段开关进行操作；开关H按联络开关进行操作。根据就地式馈线自动化功能，分段开关A、B最终隔离故障，闭锁与分闸位置；联络开关H经延时后自动合闸，闭锁于合位。A、B和H开关对应充电标志位清除。

2)第二次故障发生

第二次故障发生前，联络开关H闭锁于合位，D～B段线路由变电站B供电。充电条件满足，B、C、D与H开关对应充电标志位置1，可启动动态开关属性判断。

第二次故障发生后，变电站B出口处断路器CB2跳闸，线路D～B段线路失电。B、C、D与H开关对应死压条件满足，启动开关属性判断模块。开关B、C、D与H均处于合闸状态，判定为分段开关，进行就地式馈线自动化操作，即失压分闸和有压合闸操作。依次操作后，分段开关D、C闭合，分段开关H合于故障，在故障检测时间内再次失压，故再次分闸且闭锁于分闸状态。

经第一次故障后，开关分合闸状态发生变更，联络开关H闭合供电，作分段开关使用。在第二次故障发生时，原联络开关H经动态判断，成功识别当前属性，第二次故障被准确定位隔离。

2.3 开关闭锁

在传统的就地式馈线自动化功能中，分段开关和联络开关最终将闭锁于分闸状态与合闸状态。在改进后的就地式馈线自动化设计中，开关属性为动态识别。如2.2中, 在第一次故障时，开关H动态识别为联络开关，最终闭锁于合位，以缩小停电范围。开关H在第二次故障时，动态识别为分段开关，需分闸隔离故障，与原指令“闭锁于合位”矛盾。故在本方设计案中，对于开关闭锁也做了相应变更。若动态识别的当前开关属性与旧开关属性不一致，则复位开关闭锁，开关可按新指令执行分合闸操作。若当前开关属性与旧开关属性一致，则继续保持闭锁状态。

2.4 探讨

经本方案改进后的就地式馈线自动化功能，可以成功适应于馈线的多重故障，故障定位更为准确。然而，就地式馈线自动化功能依赖于重合器、分段开关与联络开关之间的配合。在故障发生后，需要切除全线电源，再依次尝试，恢复供电。判断故障区域，隔离故障需要一定的时间，本方案在这点上并无显著提高。

集中式馈线自动化利用通讯，将各个RTU的电气特征上传至SCADA计算系统，效率更高。但考虑到通信网络的高昂造价，就地式馈线自动化对于供电稳定性要求一般和价格敏感的场所，仍具有一定的实用性。

3 结束语

随着配电网复杂度的增加与自动化需求的提高，就地式馈线自动化功能要求能准确定位多重故障，避免扩大停电范围，造成经济损失。在多重故障发生时，联络开关属性发生变化，因首次故障合闸，作分段开关使用，以实现对健全区域的供电；在第二次故障发生时，就地式馈线自动化功能对该开关做分段开关处理。当前的就地式馈线自动化功能仅适用于馈线单重故障，无法识别开关属性的变化。本方案改进了现有的就地式馈线自动化设计，利用充电条件与开关状态，动态判断开关的当前属性，即判断开关在当前时刻作分段开关使用或作联络开关使用，成功实现对多重故障的就地式馈线自动化，准确、及时隔离故障。

图2 开关动态判断设计方案