基于对等式通信智能分布式配电网自愈技术研究

陈绍辉

（云南电网有限责任公司迪庆供电局维西分局，云南 维西 674600）

0 前言

配电环节作为电力系统到用户的最后一环，与用户的关系最为紧密，对系统整体性能和用户供电质量的影响也最为直接。目前随着通信技术、配电设备性能等云大物移智技术的迅速发展，为实现配网自动化奠定了基础。借助新时代农村智能配电网示范县的有利契机，通过对配电技术的有机整合，在中心城区建设可推广、可复制的智能分布式配电网示范区域。

目前，分布式馈线自动化技术因其在故障处理方面定位准确、动作迅速等特点而逐渐成为配电自动化领域的研究热点[1-5]。馈线自动化主要有就地型馈线自动化及主站型馈线自动化两类，就地型馈线自动化不依赖于主站，智能分布式馈线自动化是基于对等式通信规约、网络式面保护的一种就地式馈线自动化技术[6-8]，通过终端设备之间实施对等通信，从而准确判断故障区段，自动完成故障隔离工作，顺利实现非故障区段的快速转供。

1 对等式通信智能分布式配电网自愈

1.1 对等式通信

利用高速对等式通信网络，共享相邻开关状态信息，如图1 所示。

1.2 智能分布式

智能分布式分为速动型和缓动型。速动型应用于配电线路分段开关、联络开关为断路器的线路上，配电终端通过高速通信网络，与同一供电环路内相邻分布式配电终端实现信息交互，当配电线路上发生故障，在变电站出口断路器保护动作前，实现快速故障定位、故障隔离和非故障区域的恢复供电。

图1 基于对等式通信智能分布式配电网自愈技术架构

缓动型应用于配电线路分段开关、联络开关为负荷开关或断路器的线路上。配电终端与同一供电环路内相邻配电终端实现信息交互，当配电线路上发生故障，在变电站出口断路器保护动作后，实现故障定位、故障隔离和非故障区域的恢复供电。

1.3 故障自愈技术

借助先进的保护和控制手段，实时掌握电网运行状态，能够及时发现、诊断和排除故障隐患，尽可能减少人为干预，最大限度降低对非故障用户正常供电的影响[9-10]。

2 通信系统技术经济比较

2.1 工业以太网

工业以太网交换机多采用环状拓扑结构。环上节点的交换机布放在开关站、开闭所等位置，并通过以太网接口和配电终端连接。上联节点的工业以太网交换机一般配置在变电站内，负责收集环上所有通信终端的业务数据，并接入骨干层通信网络。

2.2 EPON

EPON 是千兆以太网技术与无源光网络（PON）的结合，基于以太网无源（光的传输及分配无需电源）光网络，是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤数据双向传输的光纤通信技术。

2.3 无线虚拟专网

无线GPRS 通信方式目前在电力集中抄表及配电网自动化系统中应用广泛，它依靠租借移动运营商的无线资源组建电力无线虚拟专网，这种方式不需要电力投资线缆资源，而且组网灵活。

表1 智能分布式通信系统技术经济比较

3 典型故障处理逻辑

3.1 速动型智能分布式故障处理逻辑

速动型智能分布式设备配置要求，一是开关为断路器；开关具备三相保护TA，零序TA（可选配）；环网箱配置母线TV；断路器分闸动作时间≤60 ms。二是配套具备速动型分布式馈线自动化功能的配电终端，同时具备配电自动化要求的遥测、遥信、遥控、故障录波、故障事件、历史数据等基本功能。三是终端间的通讯网络宜采用工业光纤以太网，也可采用EPON 光纤网络；速动型分布式FA 对等通信的故障信息及控制信息交互时间≤20 ms。分布式FA 通信与主站通信使用单独信道，互不干扰。

1）故障发生在主干线。故障处理逻辑为F1点发生短路故障，相邻开关之间进行信息交互；H01 环网柜K4 开关在100 ms 内跳闸，切除故障；D02 开关在上级开关断开后分闸，隔离故障；L03 联络开关在接收到D02 隔离故障区段后，经过一定延时合闸，恢复非故障区域供电。

2）故障发生在支线。F2 点发生短路故障，相邻开关之间进行信息交互；H01 环网柜K3 开关在100 ms 内跳闸，切除故障。

3.2 缓动型智能分布式故障处理逻辑

缓动型智能分布式设备配置要求，一是进线为负荷开关，出线为负荷开关或断路器；开关具备三相保护TA，零序TA（可选配）；环网箱配置母线TV。二是配套具备分布式馈线自动化功能的配电终端，同时具备配电自动化要求的遥测、遥信、遥控、故障录波、故障事件、历史数据等基本功能。三是终端间的通讯网络宜采用工业光纤以太网，也可采用EPON 光纤网络；分布式FA 通信与主站通信使用单独信道，互不干扰。

1）故障发生在主干线。故障处理逻辑为F1点发生短路故障，相邻开关之间进行信息交互；变电站内开关CB1 跳闸，H01 环网柜K4 开关在无压无流的情况下跳闸，切除故障；D02 开关在上级开关断开后分闸，隔离故障；CB1 进行一次重合器，恢复故障点前非故障区域供电；L03 联络开关在接收到D02 隔离故障区段后，经过一定延时合闸，恢复故障点后非故障区域供电。

2）故障发生在支线。故障处理逻辑为F2点发生短路故障，相邻开关之间进行信息交互；变电站内开关CB1 跳闸；H01 环网柜K3 开关在无压无流的情况下跳闸，切除故障；CB1 进行一次重合器，恢复非故障区域供电。

4 应用实例

4.1 工程概况

某县南部新城某开闭所Ⅰ回出线和Ⅱ回出线主干线路共有11 台户外开关箱，其中5 台户外开关箱属于老旧开关，其余6 台户外开关箱为新建。在现有的设备基础上通过对设备进行增加调整实现智能分布式功能。当线路发生故障时避免因变电站跳闸造成非故障区域的停电，以最快的速度隔离故障区间实现联络开关的合闸恢复供电。

图2 故障发生在主干线

图3 故障发生在支线

4.2 技术方案

智能分布式馈线自动化技术对通信要求较高，要求故障发生之后DTU 之间的信息交互在10 ms 内完成，所以采用工业光纤以太网自愈环。

变电站限时速断保护延时至少预留200 ms级差。某县南部新城某开闭所Ⅰ回出线和Ⅱ回出线、开闭所至中心变电站铺设光纤通信，全部新建主干线路具备智能分布式开关都参与智能分布式馈线自动化方案处理故障，此时无论是主干线还是分支故障，均可在变电站出线开关动作之前切断故障。

6 台户外开关箱为新建且开关全部是具备切断故障电流能力的断路器。图4 中智能分布式系统接线图Ⅰ回出线和Ⅱ回出线形成手拉手环网供电。Ⅲ回2# 分支箱、Ⅲ回3# 分支箱、Ⅲ回4#分支箱、Ⅲ回5#分支箱、Ⅲ回6#分支箱、Ⅱ回3#分支箱参与智能分布式其余开关不参与。Ⅲ回5#分支箱906 开关为联络开关。

表2 新建户外开关箱详细配置

4.3 故障处理策略

1）当F2 点发生故障，Ⅲ回2# 分支箱901、906 开关，Ⅲ回3# 分支箱901 开关检测到故障电流，并通过高速的通讯网络主动与相邻开关之间进行信息交互。Ⅲ回3#分支箱901开关确定故障点在管辖范围，执行“智能分布式保护跳闸”切除故障。Ⅲ回3#分支箱906 开关收到故障切除信号后，延时100 ms 再进行分闸，将故障进行隔离。处于分闸状态的Ⅲ回3#分支箱906 开关通过高速的通讯网络接收到故障隔离的信息，进行合闸转供。

2）当F4 点发生故障，Ⅲ回2# 分支箱901、906 开关，Ⅲ回3#分支箱901、906 开关，Ⅲ回4#分支箱901、906 开关，Ⅲ回5#分支箱901 开关检测到故障电流，并通过高速的通讯网络主动与相邻开关之间进行信息交互。Ⅲ回5#分支箱901 开关确定故障点在管辖范围，执行“智能分布式保护跳闸”切除故障。

图4 智能分布式系统接线图

5 结束语

1）智能配电网自愈技术已成为提高配电网供电可靠性和安全性的一个重要途径，能够抵御连锁故障和大面积停电事故的发生，有效保障供电的稳定性，具有非常广阔的市场前景。

2）智能分布式馈线自动化，DTU 通过横向对等式通信交互故障信息与控制信息，实现配电全线故障处理无级差配合。100 ms 内分断紧邻故障点上侧的开关，200 ms 内故障点下侧开关联锁跳闸，2 s 内启动自动合闸转供功能，以恢复非故障区域供电。该方式提高了供电可靠性减少了因停电造成的经济损失。

3）对等式智能分布式配电网自愈技术优点是快速故障处理，毫秒级定位及隔离，秒级供电恢复；停电区域小；定值整定简单。不足是速动型FA 要求开关为断路器，变电站速断具备0.3 s 及以上的延时；通信可靠性、实时性要求较高。配网自动化的建设模式选择应因地制宜。