智能分布式FA [智能配网中智能分布式FA的应用]

摘 要：本文以智能分布式FA技术为基础，介绍了智能分布式FA的实现原理、结构配置以及功能特性和所处的系统环境要求。以开环配电网智能分布式FA和瞬时性故障的智能分布式FA为例，介绍了典型的智能分布式FA的应用方式并提出了其限制的条件。智能分布式FA的引进运用于配网中，大大减少无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高用户的供电可靠性，对电网的安全运行具有重要意义。关键字：智能分布式FA；智能配网；应用中图分类号： U665.12 文献标识码：A随着智能电网迅速发展，对安全供电的可靠性要求越来越高，针对电网运行中的薄弱环节电力生产部门采取有效的治理措施，千方百计减少事故停电，缩小停电范围。智能分布式馈线自动化（FA）系统应运而生，因其不依赖于主站或子站的全局信息、一次性处理故障、对配电线路的变更具有更好的适应性、易于维护等特点，得到电力生产部门的青睐。智能分布式FA主要应用于10Kv配电线路分段开关为断路器开关的线路上，智能配电终端通过高速通信网络，与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互，根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离，非故障区域恢复，可以实现快速故障隔离和自愈，提高了供电可靠性。1实现原理智能分布式FA系统就是指不需要配电主站或配电子站控制，通过终端相互通信、保护配合或时序配合，在配电网发生故障时，隔离故障区域，恢复非故障区域供电，并上报处理过程及结果。不同模式的FA在具体实现原理、配置、功能特性上并不完全相同，本文在传统的馈线终端、配电变压器终端、配电子站等之外，提出分布式FA的概念，即通过收集对应终端（保护、FTU、TTU）的信息，并与相邻的终端设备实现对等通信，运行智能分布式FA系统的控制算法，实现故障定位、隔离与非故障区域恢复供电功能的设备单元。实际应用中可能把算法功能融合在传统的配电终端中。2 结构配置智能分布式FA系统采用支持对等通信的以太网结构，各种智能分布式FA模式都需要建立基于IP的通信网络，如以太网无源光网络（EPON）或工业以太网，但因为这几种模式的分布式颗粒度不同，配置差别较大。3 功能特性虽然这几种模式都最终实现了FA，但因其原理与配置不同，在实际应用时，功能特性差别很大。配电网改造、扩容以及日常性维护频繁，需要各个配电环网的FA功能独立运行、互不影响，如果某环网需要改造或检修，在工作过程中仅需停止本环网的FA功能，无需考虑对其他环网的影响。这也是智能分布式FA系统相对于集中式FA系统的最大优点。子站级FA 系统可能涉及多个环网，难以避免从同一个变电站引出的多个环网间的相互影响，其他模式在馈线层次上完全独立，优于子站级。4 基于IEC61850基于IEC 61850的模型设计与扩展根据IIEC 61850的建模思想，智能分布式FA系统由分布在配电网线路上的相关IED设备组成。每个IED 应包含一个或多个SERVER对象，每个SERVER对象中至少包含一个LD对象，每个LD对象至少包含有3个LN：LLN0，LPDH和其他应用LN。组合成一个LD的这些LN一般具有某些公用特性。5 系统环境及其要求变电站10kV出线开关采用断路器并且配置具有延时速断保护功能的保护设备。馈线开关采用断路器并配置具有智能分布式FA功能的智能终端设备。智能分布式配电终端除了具有常规终端的三遥功能、对时功能、与主站通信等功能外还具有以下功能：通信功能：通过网络方式与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互，如故障信息、开关位置状态信号、跳闸成功、开关拒动等信息，实现智能智能分布式FA功能。逻辑判断功能：能够根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离，非故障区域恢复，针对不同的馈线保护和一次设备，具备相应的动作机制。FA投退功能：能够实现FA功能投退。FA动作信号：能够生成FA保护动作信号，并上传配电自动化主站。6应用实例6.1 开环配电网智能分布式FA原理（1） 故障定位一个典型的开环配电网如图所示，变电站出口开关、分段开关及联络开关均为断路器，线路上由一组相邻开关围成的线路部分成为一个区域，各个开关为该区域的端点。如区域P（S1、K1）、区域P（K1，K2，K7）、区域P（K8，-）等。若一个开关的某一相流过了超过电流整定值的故障电流，则其智能配电终端报过流故障信号，并向其相邻开关的智能配电终端发送过流故障信号。若一个配电区域有且只有一个端点上报流过了故障电流，则故障发生在该配电区域内部；否则，故障就没有发生在该配电区域内部。例如，对于图1的配电区域P（K1，K2，K7），若开关K1上报流过了故障电流，而开关K2和K7均未上报流过故障电流，则可断定故障发生在该配电区域中；若开关K2和K7均上报流过了故障电流，则可断定故障没有发生在该配电区域中。图1 一个典型的开环配电网（2） 故障隔离对于一个开环运行的配电网，故障隔离的机制如下：若以某一个开关为端点的所有配电区域内部都没有发生故障，则即使该开关流过了故障电流也没有必要跳闸来隔离故障区域。只有当以某一个开关为端点的一个配电区域内部发生故障时，该开关才立即跳闸来隔离故障区域。若某个开关收到与其相邻的开关发来的“开关拒分”信息，则立即分断该开关来隔离故障区域。一个非联络开关（包括变电站的10kV进、出线开关和馈线上的分段开关）的智能分布式FA配电终端的故障处理步骤为：若该智能终端采集到一条流过故障电流的信息（可能来自其本身或其相邻开关），则从保护启动后的极短暂延时时间内继续收集其相邻开关的故障信息。 该极短暂延时时间到后根据收到的故障电流信息判断以该智能电子设备所控制的开关为端点的配电区域内是否有故障。若判断出故障发生在以该智能电子设备所控制的开关为端点的配电区域，则令其所控制的开关跳闸；否则使其所控制开关为原状态不变。（3）非故障区域恢复供电对于一个联络开关，正常运行方式下其处于分闸状态，且其两侧均带电。若一个联络开关的一侧发生故障，则非联络开关依照上述原理可以自动实现故障区域隔离，从而导致该联络开关一侧失电。对于一个开环运行的配电网，非故障区域自动恢复供电的机制由配电主站参与集中式DA进行自愈，或者通过如下机制进行自愈：若一个联络开关的一侧失压，且以该联络开关为端点的配电区域内部都没有发生故障，则经过预先整定的合闸延时时间的时延内，收到无故障电流开关隔离后依次发送过来的“跳闸成功”信号，该联络开关自动合闸，恢复非故障区域供电。若经过预先整定的合闸延时时间的时延后，扔没有收到无故障电流开关隔离后依次发送过来的“跳闸成功”信号，则该联络开关始终保持分闸状态。若一个联络开关的一侧失压，且故障发生在以该联络开关为端点的配电区域内，则该联络开关始终保持分闸状态。若联络开关收到与其相邻的开关发来的“开关拒分”信息，则该联络开关始终保持分闸状态。若一个联络开关的两侧均带电，则该联络开关始终保持分闸状态。对于具有多个联络开关提供不同恢复途径的情形，可以通过合闸延时时间整定值的差异，来设置它们的优先级。6.2 考虑瞬时性故障的智能分布式FA方案对于经历了故障电流并且跳闸的开关（包括变电站出线开关），在其一侧带电的条件下，开放其1次快速重合闸功能；若重合失败导致该开关再次跳闸，则自动闭锁于分闸状态，并向其相邻开关发送“重合失败”信息；若重合成功，则向其相邻开关发送“重合成功”信息。对于未经历故障电流已跳闸的开关，不允许重合功能，跳闸后在一段时间内若收到其相邻开关发来的“重合失败”信息或没有收到其相邻开关发来的任何信息，则闭锁于分闸状态；若收到其相邻开关发来的“重合成功”信息，则驱动开关合闸。未跳闸的开关以及重合成功的开关收到其相邻开关发来的“重合成功”信息，则置之不理。闭锁在分闸状态的开关只有通过人工就地或远程控制才可复归。对于联络开关，应具备的功能与上述相同，只是为了配合瞬时性故障和永久性故障的判别，联络开关的合闸延时时间需要设置的稍微长一些。6.3 后备保护变电站出线的总后备保护变电站出线开关配置延时速断保护作为馈线的总后备保护，若由于种种原因造成延时时间到后故障电流仍未切除，则该延时速断保护动作跳闸切断故障电流，即包括馈线开关拒动、开关误动、保护信号失真、通信异常、后备电源故障等，造成的最严重后果也就是故障所在区域及其上游全部停电，而不会导致更严重的影响。馈线开关拒动、误动。若不采取措施，开关拒动会对恢复供电产生很大影响，导致故障所在线路的变电站出线开关跳闸并且重合不能成功，从而扩大故障影响范围。解决开关拒动问题的措施是：若发出跳闸命令后开关未在规定时间内跳闸成功，则认为该开关发生了拒动。发生拒动的开关的智能终端设备向其相邻开关发送“开关拒动”信息。收到“开关拒动”信息的相邻开关若处于合闸状态，则驱动开关跳闸。变电站出线开关配置延时速断作为后备保护（若由于种种原因造成延时时间到后故障电流仍未切除，则该延时速断动作跳闸切断故障电流）和一次快速重合闸功能。采取上述措施后，开关拒动仅仅造成故障隔离范围有所扩大，并不会对自愈恢复造成更大影响。信号失真。信号失真包括故障信号误报、漏报，开关位置信号误报等。对于偶然干扰造成的故障信号误报或是漏报，需要对信号进行甄别，无法甄别时按上述过程处理，会造成故障影响范围短暂扩大现象。判断信号是否为误信号时，增加判据条件，判断线路是否有开关跳闸信号，若存在开关跳闸信号，则认为为漏信号，增加跳闸，若没有收到开关跳闸信号，则认为为误信号，不进行处理。如下图所示，开关S1、K2报故障信号，无法确定开关K1信号漏报，还是开关K2信号误报情况下，根据上述判据，判断出故障发生在P（S1、K1）范围内，并隔离开关S1、K1，同时将跳闸信号发送给线路开关，K2如果收到其他开关跳闸信号，则认为有信号漏报（开关K1）情况，并隔离区域P（K2、K4）。如果开关K2没有收到其他开关跳闸信号，则认为有信号误报（开关K2），不予处理。对于开关位置信号误报，如某开关当前为分状态，却报有过流信号，同时判断出故障发生在本开关区域内，则仍然发跳闸命令，认为开关分状态信号为误信号。通信故障。智能分布式FA对通信可靠性要求很高，如果通信全部中断，则及时发出告警给配电主站，进行检修处理。若不及时采取措施，通信故障会对故障隔离及恢复产生很大影响，有可能导致不仅故障所在线路、而且联络开关对侧的线路都全线停电。如果某开关报过流信号，且其与相邻开关通信中断，则认为故障发生在本开关区域内，并进行跳闸隔离。联络开关由于没有收到无故障电流信号的开关的跳闸信号，则经过延时后不合联络开关，防止将故障区域误送电。联络开关如果收到了无故障电流信号的开关的跳闸信号，则经过延时时间内合联络开关。会造成故障影响范围扩大现象。7 智能分布式FA限制条件智能分布式FA适应于拓扑结构比较简单的环网线路或单线路。智能分布式FA需要与变电站出口断路器时间定值配合，变电站出口断路器时间需要整定为0.3S-0.5S，以躲开智能分布式FA动作、隔离时间。智能分布式FA对通信可靠性要求比较高，需要高可靠性快速通信网络的支持。智能分布式FA动作、隔离故障需要线路上配置断路器开关，跳闸时间越快越好。当通信或开关跳闸时间不能躲开变电站出口断路器时间时，需要先跳开变电站出口断路器，保证线路安全，后进行故障隔离和自愈。结语智能分布式FA在配网中的应用，基于10kV配电线路分段开关为断路器开关的线路上，智能配电终端通过高速通信网络，与同一供电环路内相邻智能分布式配电终端实现信息交互，根据预设条件自动实现故障定位、故障隔离，非故障区域恢复，可以实现快速故障隔离和自愈，大大减少了无故障线路的连带性事故停电、缩小故障停电范围、缩短用户停电时间，从而提高所带用户的供电可靠性，提高了电网的安全运行系数。参考文献[1]刘健.配电自动化系统[M].北京：中国水利水电出版社，1998.[2]林攻平.配网自动化与10kV智能化开关 电力系统自动化.[3]李凌.馈线自动化技术方案研究[J]. 电力勘测设计.[4]贾俊国.农村电网配网自动化系统建设模式的探讨 [J].农村电气化.

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