考虑通信失效下集中-就地模式切换的低压馈线自动化研究*

张明明，秦 平，陈永进，贺诗辉，王兆健

（1.广东电网有限责任公司韶关供电局，广东韶关 512026；2.广州市奔流电力科技有限公司，广州 510670）

0 引言

当前中压及以上的配电网已基本实现了馈线自动化，即故障识别、定位、隔离与转供电，而在低压层级还有待进一步推广[1-2]。馈线自动化技术能够自动处理故障，借助通信还能协助运维人员快速找到并抢修故障线路，既能降低由故障引发事故扩大的概率，又能显著提升运维检修效率[3-5]，但其技术也存在一些问题。李振强等[6]指出馈线自动化系统会因通信链路过长而无法投运，同时，数据传输会掺杂着信号干扰而无法正常通信；郭建成等[7]指出由于受资金、技术所限，配电网通信质量相对较低，但馈线自动化功能的实现要求有较高的容错性能。同样，馈线自动化作为智能配电网的关键技术，如果低压配电网要实现智能化，也将面临着通信问题，且在偏远地区更为突出[8]。

近年来，智能分布式馈线自动化成为研究热点[9]。高孟友等[10]提出通过接力查询的方法自动识别馈线拓扑结构和辨识联络开关位置，最大范围实现非故障区域复电，但该分布式控制策略须严格配合对等通信，投资成本大，在点多面广和不同类型供电区域的低压配变台区中较难大规模推广使用。文献[11]《配电网技术导则》明确要求配网自动化要采用集中型和就地型[12]，而馈线自动化是配电自动化系统的功能之一，也应尽可能遵循这一原则。同时，为服务低压智能配电网战略，低压馈线自动化功能除了能优先提高供电可靠性，还要进一步增强台区的智能化程度。

由于不同类型供电区域的投资标准和通信水平要求不同，而且还存在现场环境的影响，除了经济性原则，推进馈线自动化在低压智能配电网的建设需要在保证可靠性的前提下才能兼顾智能化。因此，本文提出集中式和就地式相结合的集中—就地一体化控制模式，兼顾了集中式能快速获取并反馈全局故障信息和就地式切除故障不依赖通信的优点[13]。控制策略的实现将依托配变智能监控终端（TTU）判断故障区段与下达开关动作指令，借助低压智能终端（LTU）完成故障状态识别并向开关传递动作指令，避免故障信息和动作指令因远距离传输造成信号异常的问题。同时，一体化控制模式提供了就地式作为通信故障时的后备保护，有效解决偏远地区因通信不稳定使集中式失效的问题。与单独建设集中式或就地式相比，该模式更能体现经济性原则，同时还能在保证可靠性前提下兼顾智能化，适用于配变台区的大规模推广与应用。

1 集中式低压馈线自动化步骤

在集中式低压馈线自动化中，TTU 可以与LTU 进行通信，能依靠通信链路接收来自LTU检测到的故障状态信息[14]。TTU 获得台区的全局故障信息后，根据所嵌入的故障识别算法，最终能够完成低压配电网的故障定位、隔离与转供电。该方式通过TTU 实现配变台区的故障处理自动化，无须远距离接入配电自动化主站，降低了通信设施建设成本，且不需要通过多次重合来排除故障，提高了台区智能化程度，满足低压用户对低压配电网智能化的要求。

图1所示为集中式低压馈线自动化联络模型，以F1故障发生为例，集中式将以通信的方式处理低压配电网中的故障，最终目标是断开K1、K2实现故障隔离，闭合Q1实现对非故障区域的转供电，具体步骤如下。

图1 集中式低压馈线自动化联络模型

（1）故障识别：F1故障时，K1过流，K2、K3失压，Q1一侧失压，与开关相连的LTU 将检测到的故障状态、开关状态信息形成故障停电事件并上报给TTU，TTU 收到故障停电事件并进入算法处理。

（2）定位故障区间：TTU 在算法中预先设置开关等级，其次寻找过流与失压的分界点，定位最靠近失压的K1为上游须断开的开关，最靠近过流的K2为下游须断开的开关。

（3）故障上游开关动作过程：故障时，K1过流脱扣，经TTU 定位故障区间后，确定靠近故障上游的开关为K1，给K1下发断开动作指令，K1等待上电跳闸。

（4）故障下游开关动作过程：故障时，K2（K3）失压脱扣，已完成故障隔离，但TTU 定位故障区间后，确定K2为距离故障点最近的下游开关，将会给K2下达断开指令（K3为合闸指令），等待上电后跳闸（K3合闸）。

（5）联络转供电：TTU 判定Q1单侧失压且可以进行转供电，给Q1下达合闸指令，经Q1合闸后，K2、K3将得电并执行TTU动作指令，完成对非故障区域的供电。

2 就地式低压馈线自动化步骤

就地式与集中式不同，不需要进行通信，只需要LTU 与开关配合并通过内置算法便可以实现故障隔离与非故障区域复电。该方式虽然建设成本比集中式的低，但故障切除时间长，并且在故障处理过程会对用户造成多次冲击。因为无法与TTU 进行信息交互，无法监视开关及配电网运行状态，难以满足低压配电网透明化的建设需求。

就地式馈线自动化的一次设备可选择采用智能断路器或负荷开关，前者可以直接切除短路电流，而负荷开关则须配合重合闸才能完成故障切除。本文以F1故障为例，继续采用如图1 所示模型（TTU 不作用），开关均采用断路器，经故障隔离和恢复供电后，开关最终状态为K1和K2断开，K3、Q1闭合，具体的实现步骤如下。

（1）F1故障发生时，LTU 均检测到故障并初始化为合闸状态，K1过流脱扣，K2、K3失压脱扣，Q1一侧失压。

（2）故障上游开关动作过程。LTU 检测到K1单侧有电，经T1延时且无异常后，K1根据LTU 初始化指令合闸，因故障发生在下游，在T2（T2

（3）故障下游开关动作过程。K2检测到残压后脱扣并闭锁合闸。

（4）联络转供电。LTU 检测Q1单侧失压且单侧有电，经T3（T3>2L（T1+T2），L 为开关级数）延时且无异常后，Q1根据LTU 初始化指令合闸，并在T2内未检测到过流故障，所以Q1保持合闸状态且LTU保持合闸指令。

对于K3，LTU 检测到单侧有电，经T1延时且无异常后，K3根据LTU 初始化指令合闸，并在T2内未检测到过流故障，所以K3保持合闸且LTU维持合闸指令。

3 通信故障处理

在集中式中，常存在通信链路异常、信号传输不稳定情况，显著体现在偏远的农村配变台区[15-16]。当故障发生时，由于TTU 缺乏故障信息，会导致线路故障不能及时切除，从而引发配变台区大范围停电事故或短路烧毁配电设备。为了避免因通信故障使TTU 无法正常获取LTU 的故障信息，本文采用心跳检测的方法对TTU 与LTU 的通信进行诊断，解决因未及时检测到通信问题而导致低压配网的故障处理机制失效情形。

本文所应用的心跳检测是以TTU 为主设备，LTU 为从设备，为了判断两者间的通信是否正常，TTU将定时向LTU发送心跳检测包，并判断返回的标志位。如果通信正常，LTU将接收到心跳检测包，解析成功后向TTU 返回解析成功标志位；如果异常，LTU在固定时间内无法收到心跳检测包，TTU也无法收到解析成功标志位。因此，通过心跳检测试验，TTU 能判断LTU 是否失联并根据程序作出处理，LTU 也能够检测到与TTU 失联，从而切换成就地模式，转向执行就地控制策略。

4 集中-就地一体化控制流程

经过对集中式与就地式在低压故障处理自动化技术的研究，本文结合配变台区的实际情况，综合考虑台区可靠性、经济性与智能化原则，融合集中与就地2种模式，形成集中-就地一体化控制模式。该模式既能满足台区智能化建设要求，可快速进行故障定位、隔离与复电；又能克服集中式在通信故障场景下失效的问题，满足保护所要求的可靠性；同时，只需通过LTU 便可使低压馈线自动化实现从集中到就地的模式切换。与单独配置集中式或就地式相比，集中-就地一体化控制模式兼顾两者的优势，更能体现出经济性原则。

本文提出的集中-就地一体化控制模式需要LTU、TTU配合智能塑壳断路器使用，能够实现基于本地电气量感知的故障状态获取功能、响应配变智能监控终端的故障处理自动化功能和通信故障下充当后备保护的离线故障处理自动化功能。具体的控制流程如图2所示。

5 结束语

本文提出集中-就地一体化控制模式，并给出了具体的控制流程，该模式能够自动进行故障识别、隔离和转供电，并推送故障信息到运维平台，实现智能化运维；同时，在通信失效情况下模式能够自动转化为就地模式切除故障并完成转供电，进一步增强台区的供电可靠性；与单独配置集中式或就地式相比，该模式更能体现经济性原则，适用于在配变台区中推广与应用。

图2 集中-就地一体化控制流程