城市配电网智能分布式馈线自动化系统的发展及应用探讨

摘要：在构建具有自我感知、自我诊断、自我决策、自我恢复能力的智能配电网的大背景下，现阶段，智能分布式馈线自动化以其故障处理速度快、非故障区段负荷快速复电能力强的特点，得到越来越广泛的应用，但在逐步推广的过程中也面临一些亟待解决的问题，本文主要针对智能分布式馈线自动化在实际应用过程中存在的一些问题开展分析研究，并提出初步建议。

关键词：馈线自动化;智能分布式;故障恢复;智能终端

配电自动化是提高配电网供电可靠性、提升供电质量、提高客户满意度，充分展现责任央企良好形象的重要手段，馈线自动化（简称FA）作为配电自动化最为重要的内容之一，是实现客户快速复电、实现供电可靠性进一步提高的有效手段。因应城市配电网的网架复杂性和变化性，馈线自动化系统的设计有非常关键的作用。

1 馈线自动化的典型配置

馈线自动化的主要功能是利用自动化系统及装置，对配电网的运行状况进行实时监视，及时诊断出线路上的故障并对其实行隔离，以便尽快对非故障区域恢复正常供电[1]。目前馈线自动化系统主要有两种类型：一种就地式，包括电压-时间型、电压-电流型和智能分布式型，不需要配电自动化主站参与，其中前两者通过变电站出线断路器与分段开关配合即可就地完成故障区段的判定和隔离，逻辑简单，不需通信，但变电站出线断路器必须跳闸一次，复电时间长;智能分布式型通过智能终端间的实时信息交互实现配电线路故障定位、隔离以及恢复供电，故障隔离时间可达毫秒级，复电时间可达到秒级，影响范围小，不需变电站出线断路器跳闸，但对通信要求高;另一种是集中式，它需要配电自动化主站参与，依赖通信网络对配电网的运行状况进行实时监视，在故障发生时可远程控制开关设备进行故障处理并恢复非故障区域的供电，但完成一次“定位、隔离、转供”所需时间长。

2 智能分布式馈线自动化的实际应用

2017年的自动化主流是电压-电流型馈线就地自动化，随着高级传感和测控技术、通信技术的发展，大量的通信、控制设备应用到配电自动化中，2017年下半年，智能分布式馈线自动化在供电可靠性要求高的供电区域逐步扩大应用范围。但在逐步试点推广的过程中也面临一些亟待解决的问题。

2.1智能分布式FA通讯异常处理

由于智能分布式馈线自动化的信息交互需要依赖通信网，当任一开关的通信故障时，本开关与相邻开关均检测到通讯异常。系统的逻辑设置有两种方式;（1）检测到本节点通信异常时开关自动退出智能分布式功能，投入常规的过流保护和失压保护逻辑功能，过流定值和延时定值与智能分布式FA故障切除逻辑相同。若故障点出现在通信异常开关区域的上游，开关启动失压保护切除故障;若故障点出现在通信异常开关区域的下游，开关启动过流保护隔离故障，并触发“故障隔离成功”输出信号，完成故障隔离。（2）对于具备电压-电流型功能的馈线组，检测到某一节点通信异常时，馈线组所有开关自动切换至电压-电流型逻辑，即在变电站出线开关保护跳闸后，线路上各环进环出开关间隔失压分闸，变电站出线开关通过一次重合闸后，各开关间隔依次延时合闸，合闸于故障点前端的开关后加速保护跳闸且闭锁分闸，完成故障隔离，联络开关经延时合闸。

2.2 智能分布式FA网络拓扑自识别功能

网络拓扑包括静态拓扑和动态拓扑。静态拓扑主要指馈线正常运行时网络中电气设备之间的连接关系，如果开关增减，那么网络结构以数据库的形式更新并储存;动态拓扑指配电网发生故障或拓扑运行方式发生变化，由开关分合形成的电网动态组合关系。

每个STU为其所监控的开关保存自身属性和位置属性信息，自身属性包括开关名称和开关属性（首开关、分段开关和末开关）;位置属性指本开关与相邻开关之间的拓扑连接关系，即相邻开关的名称、通信地址。

当网络动态拓扑变更，选取与变电站出线开关相邻的开关对应的STU作为主控STU，通过主控STU的实时拓扑查询方式，可动态生成正确描述网络结构并可供计算机分析利用的数学模型[2]。主控STU根据其开关属性，定期向相邻开关STU发出拓扑查询请求，收到查询请求的STU首先对其监控开关的属性进行自检，并确认是否存在除主控STU监控的开关外的其他相邻开关。如果确定为首开关，或者不是首开关但也不存在相邻开关，就将该开关的属性与状态信息传送回主控STU，同时终止该侧馈线的拓扑查询;否则，就将相邻开关的名称和对应STU的通信地址传送回主控STU。主控STU收到返回的信息后，再继续向该侧下一级相邻开关对应的STU发出拓扑查询请求。以此类推，直到确定为首开关或者为末开关为止。至此，主控STU可得到该侧馈线的实时拓扑信息。主控STU在结束该侧的拓扑查询后，以同样的方式，分别向另外几侧相邻开关所对应的STU发出拓扑查询请求，即得到整个配电网的馈线实时拓扑结构。以图1为例，馈线1的主控STU为STU1，馈线2的主控STU为STU8。从STU1发起应用拓扑查询，其应用拓扑作用域为STU1及其下游开关F1、S2、S3、F2、S4所在区域，因S5开关为分闸状态，为馈线边界开关，STU1在查询到S5后终止查询。同理，STU8可识别出S8-S7-S6-S5、S8-F4、S8-S7-S6-F3的拓扑连接关系。

当网络静态拓扑结构发生变化，例如在主干线路上斩断接入一间或多间新电房，目前还需要由厂家手动配置新增开关的名称和属性，并更新与新增开关相邻的原开关的配置信息，不涉及新增开关区段的开关则维持原有配置信息不变。未来的研究方向是，新STU接入通信网络后，主站应能自动发现，并接收终端上传的数据模型配置信息，自动配置主站数据库里终端测控信息，或者主站将配电网终端数据模型配置文件自动下发至终端，终端根据主站下发的配置信息组织测控数据，实现配电网终端的自动注册和自动发现两种机制。

2.3 多分段多联络线路的故障恢复机制

城市配电网网架结构模式主要为“2-1”、“3-1”和多分段多联络环网模式。现阶段智能分布式馈线自动化主要用于配电网网架结构清晰，分支线路集中的主次干线，以“2-1”单环网为主，有且仅有一个联络开关，供电恢复路径清晰;在“3-1”和多分段多联络环网模式下，当某条馈线发生故障时，可能存在多条正常运行的馈线可为其提供转供电，智能分布式馈线自动化的逻辑需要考虑联络馈线的电流裕度能否满足待恢复负荷以及尽可能地均衡馈线的负载率，从而自动选取最佳的恢复供电路径。

故障隔离后恢复供电的基本思路为：（1）尽可能快地恢复更多的停电受影响负荷;（2）故障隔离后，根据故障前负荷电流自动计算最佳的恢复供电路径，防止馈线出现过载情况[3]。

在系统正常运行时，各开关的智能终端（STU）应周期性地对流经其开关的负荷电流进行实时测量和保存。当馈线发生故障且故障被隔离后，联络开关对应的STU根据故障隔离信息识别出故障点下游的非故障区段，并从非故障区段的各STU上获得故障发生前流经各开关的负荷电流，计算出待转供电流;再从联络馈线的电源开关对应的STU处获得该馈线在故障发生前的负荷电流情况，结合联络馈线的载流量，计算出联络馈线可转供电流的裕度Y1、Y2、Y3。最后，将待转供电流与各联络馈线可转供电流的裕度进行比较，若可转供电流裕度最大值Ym大于待转供电流，直接选择该条联络馈线作为最佳供电恢复路径;若可转供电流裕度最大值Ym小于待转供电流，可将将负荷平均分配到裕度最大和次之的两条联络馈线进行转供电。智能分布式FA的故障恢复流程图如图2所示。

3结语

伴随通信技术水平的发展，以及智能型配电终端研发的日趋成熟，智能分布式馈线自动化系统将成为配电自动化系统发展的必然趋势，目前已在许多城市配电网开展试点。为了保证其更好地发挥效能，迫切需要研究其在应对复杂的、变化的配电网网络拓扑结构，以及不同厂家设备的互联互通问题上，如何减轻维护和处理的工作量和成本，以期进一步推动智能配电网的蓬勃发展。

参考文献：

[1]刘健，沈冰冰，赵江河，等.现代配电自动化系统.北京：中国水利水电出版社，2013.1.

[2]杜建文.多联络配电网分布式智能馈线自动化系统研究[D]. 山东大学，2015：9-23.

[3]樊伟成.基于面保护的配网闭环运行模式研巧[J].广东科技，2013（22）：109.

作者介绍：

陈煜（1987.9.23），性別女;籍贯：陕西宝鸡;民族：汉;学历：研究生;职称：工程师;职务：无;研究方向：节能及二次规划。