10 kV配网馈线自动化系统研究与应用

赵 召

（陕西省地方电力（集团）有限公司咸阳供电分公司，陕西 咸阳 712000）

0 引 言

咸阳北部属于黄土高原半干旱区，供电方式以10 kV配网为主。受地形和气候的影响，线路故障发生率较高。目前，10 kV线路保护配置相对简单，普遍以三段式电流保护为主[1]。由于10 kV配网线路长度较短，线路不同位置处的短路电流差异不大，使得三段式电流保护门槛值整定困难，保护可靠性得不到保障，易引发事故扩大停电范围。为了解决10 kV配网线路保护可靠性不足的问题，咸阳供电分公司引入馈线自动化系统作为现有保护系统的补充措施，通过与现有保护系统的密切配合，能够快速锁定故障位置。馈线终端根据系统控制策略遥控断开或者闭合相应的分段开关，实现线路故障区段的自主隔离，并快速恢复非故障区段的供电。馈线自动化系统投运以来，系统运行稳定可靠，各项功能指标均满足技术要求，极大地提升了电网的智能化管理水平。

1 馈线自动化系统

图1为馈线自动化（Feeder Automation，FA）系统架构图，主要由配网主站、馈线终端、分段开关和变电站出线开关等部分构成[2]。

图1 馈线自动化系统架构

分段开关：将配网线路分割为多个区段，便于故障的定位与隔离，可以缩小故障停电范围。为了简化10 kV配网线路保护系统，提高投资的经济型，分段开关不配备保护装置，但具备远程控制功能。

变电站出线开关：配备保护装置，可以在配网线路故障时快速切除故障。

馈线终端（Feeder Terminal Unit，FTU）：负责采集所有分段开关的故障过电流信息，通过通信网络上传至配网主站，并作为FA控制策略的执行机构，控制相应分段开关断开或闭合。

配网主站：FA系统的核心组成部分，接收FTU上传的分段开关故障过电流信息，根据故障信息选择合适的FA控制策略。

通信网络：提供馈线终端FTU与配网主站之间信息交互的通道，目前采用运营商无线数据专网。

联络开关：负责不同配网线路之间连接，正常运行时联络开关处于“断开”状态，不配备保护装置。

1.1 控制模式

根据控制原理的不同，现有FA系统主要分为就地式FA系统、集中式FA系统以及分布式FA系统[3]。就地式FA系统不依赖通信，结构简单，投资少，适用于结构简单的架空线路，但无法用于电缆线路。集中式FA系统利用通信系统可实现对配网线路的全天候远程监视，适用于结构相对复杂的架空线路或者电缆线路。分布式FA系统故障处理速度极快，对通信系统的数据处理能力要求非常高，需要投入大量资金。综合考虑投资经济性原则和未来电力技术的发展趋势，结合工作实际，咸阳供电分公司采用集中式FA系统。

1.2 工作原理

下面以图1中k点发生相间短路故障为例，介绍集中式FA系统的工作原理。

配网线路发生故障后，变电站出线开关CX1保护动作后跳闸，若出线开关CX1重合闸成功，判定为瞬时性故障，系统恢复正常供电。若重合闸失败，判定为永久性故障，FA系统启动。由于馈线终端FTU1两次检测到故障过电流信号，而FTU2未检测到故障过电流信号，判定故障点位于分段开关FD1与FD2之间。配网主站遥控跳开FD1与FD2，实现故障的隔离，随后遥控闭合出线开关CX1和联络开关FD3，恢复非故障区段（CX1与FD1之间、FD2与联络开关FD3之间）的供电。

为了确保分支线路发生故障后，保护能够第一时间动作，避免故障停电范围的扩大，实现就地隔离故障的目的，要求分支线路开关保护投入。此外，针对10 kV长线路，因变电站出线开关保护范围不够而加装分段开关，要求分段开关保护投入。除以上情形外，其余分段开关只设置过流告警信号，不出口跳闸，重合闸退出。故障发生后，分段开关FTU向主站发送故障告警信号，作为FA系统制定控制策略的主要依据。

为了确保FA系统的稳定可靠运行，需要满足图-库-模完全对应，即现场设备安装位置与自动化系统单线图对应、自动化系统单线图与网络拓扑建模对应、终端IP地址与数据库设置参数对应。

2 控制要求

按照公司有关技术标准和管理要求，在10 kV配网FA系统控制策略制定以及应用过程中，需要遵守以下几条原则。

（1）FA控制策略部署在配网主站，达到启动条件后，主站将FA控制策略转发至工作站执行。工作站将执行过的FA系统控制策略存储于历史数据库中，主站根据需要可随时调取查看记录。

（2）县公司生产技术部按照线路当前运行方式制定FA控制策略，主管领导审核签字后提交市公司调控中心统一管理。县公司按照相关要求向调控中心提交保护定值的配置与计算资料，保护专责负责保护定值计算。

（3）县公司根据FA控制策略和保护定值的实际应用效果，提出对FA控制策略及保护定值的修改建议。后期因网改等情况造成线路运行方式的改变，要提前考虑对FA控制策略及保护定值进行修订，确保FA控制策略始终与电网实际运行方式相符合。

（4）在编制FA控制策略时，要求控制策略覆盖线路所有位置的故障，不能有遗漏。

3 案例分析

3.1 单线图

图2为119坳桥线-135南宫线单线图，为手拉手供电线路，10 kV 119坳桥线由110 kV太村变引出，10 kV 135南宫线由35 kV职田变引出。正常运行时，135南宫线66#杆联络开关处于断开状态。下面介绍119坳桥线的FA控制策略，系统启动条件设置在出线开关CX1上。

图2 119坳桥线-135南宫线单线图

3.2 控制策略

119坳桥线发生相间短路故障后，出线开关CX1保护动作后跳闸。若出线开关CX1重合闸成功，判定为瞬时性故障，FA系统不启动；若重合闸失败，判断为永久性故障，FA系统启动。

（1）当永久性故障k1发生在出线开关CX1与119坳桥线30#杆分段开关之间。119坳桥线出线开关CX1跳闸，由于分段开关无过流告警信号，故障定位在出线开关CX1与30#杆之间。FA控制策略：提示拉开119坳桥线30#杆分段开关隔离故障，然后遥控合上135南宫线66#杆联络开关，恢复非故障区段（119坳桥线30#杆分段开关与135南宫线66号杆联络开关之间）供电，并通知运维班巡视故障线路区段，完成FA控制策略。

（2）当永久性故障k2发生在119坳桥线30#杆分段开关与135南宫线66#杆分段开关之间。119坳桥线出线开关CX1跳闸，119坳桥线30#杆分段开关发出过流告警信号，系统定位故障在119坳桥线30#杆分段开关与135南宫线66#杆之间。FA控制策略：提示拉开119坳桥线30#杆分段开关隔离故障，然后遥控合上119坳桥线出线开关CX1，恢复非故障区段（出线开关CX1与119坳桥线30#杆分段开关之间）供电，并通知运维班巡视故障线路区段，完成FA控制策略。

此外，当配网线路故障指示器发出短路告警信号但FTU无相应告警信息时，为了避免故障停电范围的扩大，应使用负控采集系统对相应区段内配变台区信息进行查证。当发现10 kV配网线路故障后，要求县调在接到市调通知后30 min内，利用FA系统快速隔离故障并恢复非故障区段的供电。

4 结 论

为了落实公司高质量发展的理念，提高10 kV配网运行维护管理水平，咸阳供电分公司结合自身工作实际，建立集中式FA系统，通过与现有保护系统的密切配合，能够快速锁定故障位置。FTU根据FA控制策略控制分段开关的通断，完成故障区段的隔离和恢复非故障区段的供电。运行实践表明，FA系统可以减少故障停电检修时间，提高运维人员故障巡线的效率，减轻人员工作强度，减少停电给用户带来的经济损失。