10 kV配网馈线自动化系统研究与应用

张冠钊

（广东电网有限责任公司 东莞西北供电局，广东 东莞 523000）

0 引 言

在国民经济发展和电力资源需求日益增加的背景下，供电可靠性和供电稳定性成为人们重点关注的问题。配网运行可靠性与配网结构合理性、科学性相关，还间接受到配网自动化程度的影响。馈线自动化技术是配网线路中的重要技术之一，该技术在配网中的合理应用能够有效实现配网中故障隔离和非故障区域正常供电。对10 kV配网馈线技术而言，馈线自动化系统构建成为必然发展趋势。

1 馈线自动化技术概述

1.1 馈线自动化技术内涵

馈线自动化（Feeder Automation，FA）充分利用自动化技术、控制设备、智能设备等实现对配电网线路的实时监控和自动化操作。借助馈线自动化技术能够实现对运行数据、运行状态的实时监控、数据分析，对潜在故障进行预测，对既有故障进行分析，从而实现故障自动化处理。

1.2 馈线自动化技术功能

馈线自动化主要应用于用户用电设备和变电站之间。正常情况下，馈线自动化技术能够实现线路、设备和用户情况的实时监控，同时在参数采集和深度解析基础上实现配网运行优化。在配网出现故障或存在潜在故障的情况下，馈线自动化系统能够对故障或潜在故障进行监测分析，若发现故障则进行隔离，从而保障非故障区域正常供电。馈线自动化技术通过变电站中断路器运转和出线配合调节，最终实现运行状况分析和故障隔离，保障配网故障情况和正常情况下的稳定供电[1]。

2 馈线自动化技术对比与分析

目前，馈线自动化系统中，就地分布式-重合器方式、集中与就地智能配合式、主站集中式-半自动方式是3种最常用的技术方式，技术原理和优缺点对比如表1所示。

2.1 就地分布式-重合器方式

就地分布式-重合器方式的馈线自动化技术主要依靠线路器开关的逻辑配合（重合器）实现故障定位隔离，同时还能够依靠其实现非故障区域供电恢复。控制器能够对电压进行检测，重合器和分段器相互配合。在出现故障时，重合器分闸且分段器跳闸，之后重合器会进行合闸尝试，分段器在重合器合闸后按照时限顺序自动延时合闸[2]。分段器在合闸期间，如果遇到故障点则重合器会再次进行分闸，故障点电源侧的分段器也会出现失压闭锁跳闸，以此实现故障隔离。重合器在此基础上进行二次合闸，以保障非故障区域的正常供电恢复。该方式能够快速实现故障隔离，成本低且技术成熟，但断路器频繁开关动作会冲击电网，需要整定网络支持。

表1 馈线自动化技术对比

2.2 主站集中式-半自动方式

借助多样化通信方法实现故障端信息、数据采集，利用网络拓扑结构对故障信息进行整合和分析，实现故障定位和深度解读，引入远程控制技术实现故障隔离控制和非故障区域供电恢复。该方式下馈线自动化功能实现对通信技术水平要求较高，若通信技术较差不能及时、准确定位故障，在故障分析中将会出现问题。尤其是互联网背景下，恶意程序、病毒等危险因素的存在对通信技术提出了更高的要求[3]。

2.3 集中与就地智能配合式

集中与就地智能配合式充分结合了集中式和就地智能式的优点，能够迅速完成故障定位、故障隔离、故障处理以及供电恢复。作为馈线自动化发展的新趋势，该种模式在工业园区和智能小区中具有应用优势，有效实现了故障快速隔离。

3 馈线自动化技术应用及故障处理流程

故障定位及处理是馈线自动化系统最主要的功能，结合各种技术对配网的运行状态和运行信息进行实时统计、识别和分析，发现故障或潜在故障后进行迅速隔离，通过负荷转供实现对非故障区的正常供电。目前,常用的10 kV配网馈线自动化系统往往将配网分为在线、仿真以及离线3种运行状态，同时能够提供故障定位、故障识别、故障报警、故障处理以及历史故障查询等功能。在发现故障和故障处理时能够人工选择，也可以根据系统信息进行全自动处理。此外，系统还能够和用户进行交互，确定最优故障恢复策略[4]。馈线自动化故障处理基本流程如图1所示。

图1 馈线自动化故障处理流程

配电终端进行配网运行状态实时监控和实时采集，同时将采集的信息上传到馈线自动化系统中。馈线自动化系统对终端上传的信息进行分析，借助网络拓扑结构确定故障信号，并定位故障位置，对故障信息深入分析，确定故障处理方法。如果符合数据库中调度规程的操作处理方案，则提供给调度员进行选择。调度员根据选择的方案进行开关、刀闸、重合器、分段器的就地分合操作或远程操控。同时，系统根据故障信息自动确定处置方案，根据既定方案进行启动条件设定，并在工作人员分析方案合理性之后执行，最终实现故障处理和故障隔离。

4 10 kV配网馈线自动化系统设计与应用

4.1 系统总体架构

基于馈线自动化技术和10 kV配网系统的实际需求构建了如图2所示的10 kV馈线自动化系统架构，主要由变电站出现开关、配网主站、分段开关以及馈线终端构成。

分段开关应用于配网不同区段的分割、故障定位以及故障分离，其合理应用能够缩小故障停电范围。为降低成本，设计了具备远程控制功能但不配备保护装置的分段开关。为保障故障的快速切除，变电站出线开关配备了保护装置。馈线终端（Feeder Terminal Unit，FTU）主要用于系统中所有分段开关故障过电流等相关电信号的采集，并且还能将所有的采集信息传回配网主站。此外，馈线终端也是馈线自动化控制策略的执行单位，用于分段开关的闭合或断开控制。配网主站是整个馈线自动化系统的核心组成，能够接收馈线终端中采集的过电流等相关电信号信息，同时对故障信息进行分析，给出相应控制策略。通信网络主要用于馈线终端、配网主站以及联络开关和分段开关之间的信息互通，目前馈线自动化系统中主要采用的是运营商无线数据专网。

图2 10 kV配网馈线自动化系统架构

4.2 工作原理及具体应用

以图2系统中k点短路故障为例，对10 kV馈线自动化系统的工作原理进行分析。在k点发生短路故障时，系统中CX1出线开关会做出响应并执行跳闸动作，同时还会执行重合闸。若能够成功执行重合闸操作，则确定为瞬时性故障，馈线自动化系统能够恢复正常供电。如果CX1重合闸动作失败，则断定系统中的故障为永久性故障，馈线自动化系统会运行启动。由于CX1进行了两次合闸，则FTU1馈线终端会检测到两次故障过电流，但FTU2馈线终端并不会检测到响应故障过电流，从而确故障处于FTU2和FTU1之间。通过上述过程能够实现故障定位，同时结合配网主站能够远程遥控FD1和FD2断开，实现FTU2和FTU1之间故障的隔离，同时能够对联络开关FD3和出线开关CX1进行远程遥控闭合，实现非故障区段的正常供电[5,6]。

此外，本设计中还为分支线路开关配备了保护装置，能够确定配网故障期间的第一时间动作，尽可能缩小故障停电范围。为确保馈线自动化系统的稳定性与可靠性，引入完全对应的图-库-模设计，实现自动化系统单线图和馈线自动化系统现场设备安装位置的匹配对应、网络拓扑建模和自动化系统单线图之间的匹配对应、数据库设置参数和终端IP地址之间的匹配对应。

5 结 论

随着自动化技术在配网系统中的推广和应用，我国配网自动化水平日益提高。馈线自动化系统对提升配网运行稳定性具有重要作用，通过对相关技术进行研究和分析，在此基础上构建了10 kV配网馈线自动化系统，为配网自动化故障定位、故障处理、故障隔离以及供电恢复提供切实有效的解决方案。