基于双向通信的配电主站集中型自愈方法

深圳供电局有限公司 汪文达

1 基于双向通信的配电主站集中型自愈方法设计

1.1 配电主站集中型自愈故障定位逻辑重构

通过链式结构将多个110kV变电站串联，以此形成一个完整的电力系统。当串供回路上出现异常现象或故障问题时，在完成配电主站的集中型自愈的过程中，需根据配电站真实情况对其全景信息进行获取，从而实现对各类故障问题的自动识别，并将相应的控制指令传输到各个控制装置当中。当变电站中某台供电设备出现故障问题无法供电时，需通过自愈故障定位逻辑给出的维护指令切断该设备的电源，并控制另一台备用设备参与到供电当中。基于上述配电主站集中型自愈需要，本文在设计自愈方法时，首先为确保对故障节点的准确定位，对配电主站集中型自愈故障定位逻辑进行重构[1]。结合电力系统运行过程中的实际情况，在电力系统当中配电主站集中型自愈故障定位逻辑的判断依据包括三种：

当配电主站中有保护动作时，能实现对各个线路光纤纵差以及母差的保护动作，此时自愈故障定位逻辑可认为在保护范围内出现故障问题；当保护动作未进行时，而串供线路上节点开关分位且线路上没有电流经过，此时若该开关位置前后没有故障相位电流产生、且没有故障零序电流时，则认为此时出现开关偷跳问题。若开关分位上没有电流经过且在其前端出现故障相电流、而故障相电流方向是流向线路方向时，则认为是在两个开关之间发生故障问题。若开关分位上没有电流经过、且在开关的线路上没有零序电流，则认为故障出现在两个开关之间，否则认为是下一级线路出现故障问题；当配电主站中110kV出现母线失压或出线无流现象时，则此时判断配电主站的110kV母线或配电主站以上出现故障问题。

根据上述三种不同逻辑对配电主站集中型自愈逻辑进行设定，三种故障定位逻辑分别对应多种不同自愈逻辑，本文以两个串供变电站的电力企业中常见的双配电主站为例，并针对其相关配置完成自愈逻辑重构[2]。假设在该电力企业当中，某一配电主站的开环点为DK4开关，则得出配电主站集中型自愈逻辑动作包括以下情况：

假设任意一个开关DC1/DC3出现偷跳情况，此时光纤纵差保护动作运行，自愈故障定位为纵差保护范围内发生故障问题，跳DC3开关，并在确定开关DC3跳开后对配电主站检测，确定其无压状态，合开环点开关DC2，之后完成相应放电动作[3]。假设任意一个开关DC1/DC2出现故障问题，此时母线差动作运行，自愈故障定位为母线保护范围内发生故障问题，调DC1开关，在确定开关DC跳开后对配电主站进行检测，确定其无压状态后合开环点开关DC2，完成相应放电动作。

1.2 基于双向通信的配电主站交互信息传输

为进一步实现在发生故障问题时配电主站能实现交互信息传输，本文引入双向通信方式完成对各类故障信息及指令信号的通信[4]。由于在电力系统当中SV报文密度较大且信息较为密集，在复杂故障情况下对电力系统上位机CPU造成严重的负载压力，因此对运算速度及对处理能力造成影响。本文采用双向通信传输模型，用以实现配电主站集中型自愈的数据信息交互，并发挥双向通信传输在海量数据下实时性应用优势，确保配电主站快速恢复供电。

根据本文重构的配电主站集中型自愈故障定位逻辑对配电网拓扑结构进行识别，并对配电主站上串联的各个断路器位置、交流电流电压量进行采集[5]。配电子站采集并通过双向通信传输方式上送到配电主站母线状态量及其就地判据如下：I母线处于无压状态。有压定值大于I母线三相电压；I母线处于有压状态。有压定值小于I母线三相电压；II母线处于无压状态。有压定值大于II母线三相电压；II母线处于有压状态。有压定值小于II母线三相电压；配电子站收信异常。配电子站接收不到指令或指令失效。

为确保配电主站能与各个配电子站在交互信息双向通信传输的过程中，不会受到周围干扰因素的影响，在通信通道上配备光纤保护通道。在各个变电站之间利用交换机在专属光纤串联通道中完成双向通信，配电主站与各个配电子站之间需通过光缆直连通道传输，以此满足配电主站集中型自愈通信要求。

1.3 配合配电主站常规自切保护

通常情况下，220kV配电站中存在110kV侧配电子站配备自切保护，整定动作时间范围在2.5s～5s以内，在10kV侧配电子站同样配备自切保护，整定动作时间范围在2.0s～4.5s。为确保本文提出的基于双向通信的配电主站集中型自愈方法能实现对配电主站稳定运行的保护，需与各个配电主站常规自切保护有着良好的配合。

根据配电主站常规自切保护情况，当电力系统中传串供回路上的配电主站出现110kV电压等级的故障问题，则通过本文上述提出的自愈方法对运行时间进行调整，优先完成配电主站的自愈动作，其中动作时间的误差级别应当在ms级及以上[6]。若在这一过程中配电主站自愈动作成功，则此时110kV侧原本失去电力功能的配电子站此时恢复供电，而110kV侧配电子站的自切保护指令自动返回，并不发生动作；若在这一过程中配电主站自愈动作未成功，则此时110kV侧原本失去电力功能的配电子站自切保护指令传达，并接着动作。

在配电主站串供回路中，若配电站或上级出现失电故障问题，则需相应的110kV侧配电子站完成自切保护。同时配电主站完成自愈时间要求较短，因此配电主站需比配电子站提前完成自切保护动作[7]。因此，通过上述逻辑确保在配电主站出现失电等异常现象时，能通过本文自愈方法和自切保护实现对其不间断维护运行。

2 对比实验

2.1 实验准备

本文通过上述论述，完成对基于双向通信的配电主站集中型自愈方法的理论设计，为进一步验证该方法是否能在实际应用中满足整个电力系统的运行需要，开展下述对比实验：

以某城市电力作为本文对比实验的重要依托，由于该企业110kV接线模式下的配电主站自愈是首次引入到电网中，且缺少相关运行经验，因此分别将本文提出的自愈方法和传统自愈方法应用到该项目中，并在实际实施过程中分别向两组引入后期配电主站运行中存在的各类故障问题和异常运行情况，以此全面考察本文自愈防方法的功能及操作逻辑，从而确保在未来本文自愈方法在广泛应用中能具备更高的安全性和可靠性。

实验分为常规阶段和异常工况阶段。在实验过程中，充分考虑到两种自愈方法和继电保护共同组成的实验条件与环境，并考虑两种自愈方法和继电保护装置的配合问题。在异常工况实验中引入保护发生误动、漏动等异常状况，以此模拟在实际电网运行过程中出现的异常工况。在两组配电主站当中分别设置DC1～DC20共20个故障节点，其中前6种为母线故障节点，中间10种为线路中点故障节点，最后4种为开关与CT之间的故障节点。为方便对两种自愈方法的对比，选择将自愈时间作为评价两种方法应用性能的评价指标，包括找出故障节点时间、上报时间以及配电主站恢复正常运行所消耗的时间。

2.2 实验结果及分析

将两种自愈方法下配电主站从异常到恢复正常运行过程中的相关数据进行记录，并将上述对应时间相加得出最终两种方法的自愈时间，五次实验中本文方法于传统方法自愈时间（sm）分别为52.65/245.26、64.23/285.36、68.24/312.26、71.23/334.26、92.14/——。可看出在五次实验中本文方法自愈时间明显小于传统方法自愈时间。同时，在实验过程中第五次实验下传统方法并未完成对配电主站的自愈，无法使其恢复正常运行，其主要原因是在传统自愈方法找出故障节点后，并没有将相关信息传输到电力系统监控中心，未实现对故障问题的上报，因此无法恢复配电主站的正常运行。