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浅析馈线自动化技术  

2008-05-09 16:11:24|  分类： 电力系统 |  标签： |字号大中小 订阅

[摘 要]馈线自动化是配电网自动化最重要的内容之一，而控制方式的选择、馈线通讯网的组建、单相接地故障的处理以及馈线远方终端技术又是其中的核心和难点。本文对以上技术进行了研究分析，提出了针对性的建议。对目前配电网自动化的建设有现实的指导意义。
[关键词]馈线自动化、FTU、单相接地故障、通讯系统

0 引言

我国配电自动化起步于20世纪90年代，相对于发达国家晚20年，但近几年发展很快。大规模的两网改造结束后，配电网的布局获得优化，设备获得了更新，具有了实施配电自动化基本条件。做为配电自动化中一项重要内容的馈线自动化，能够在分步实施的过程当中首先完成。为避免实施中盲目决策，形成资金浪费，充分利用后发优点，吸收相关技术发展的新成果，借鉴国内外成功实践经验，找出既符合总体规划，又适应电网现状的实施模式，有必要对馈线自动化技术深刻研究。本文在研究国内外配电自动化发展历程与现状的基础上，对馈线自动化中的控制方式和通讯系统组建，单相接地故障处理，远方采集终端(FTU)技术等关键难点技术进行了分析，提出了建议。

1 FA控制方式的选择

馈线自动化（FA）包括馈线故障隔离和恢复供电系统、馈线数据检测和电压、无功控制系统。就其系统控制方式而言，由最初无信道、无主站基于的重合器就地方式，发展为有信道，依赖于FTU之间点对点通讯的就地控制方式，后来又发展为当前广泛采用的远方集中控制方式，有向将就地控制和远方集中控制结合起来的综合智能控制方式发展的趋势。具体实施时，应结合电网结构形式，负荷性质，资金状况，做出选择，无统一模式。

1.1就地控制方式

就地控制方式又分电压时间型和电流计数型两种[1]实现方式，主要是指经过自动配电开关（重合器、分段器等）实现馈线自动化。前者原理是馈线失压时开关跳开，然而依时间延时顺序试合分段开关，最后肯定故障区段再隔离故障并恢复非故障区供电; 后者是根据重合器开断故障电流动做次数肯定故障区域，这种方式最先在日本获得应用。

这种方式的优势是: 一、故障隔离和自动恢复由重合器自身完成，无需主站控制，无通讯系统; 二、投资较少，易于实现。

此方式的缺点是: 一、对一次设备要求较高，需将部分开关更换成重合器; 二、不能进行远方监控，没法实现配电SCADA功能; 三、因为屡次重合对系统及负荷设备冲击大; 四、故障恢复时间长，通常为1分钟以上; 五、不具扩展性和通用性。

其适用范围是: 网络结构简单、运行方式相对固定、农村及郊区电网架空、辐射型线路。

1.2远方集中控制方式

由馈线远方终端（FTU）、通讯网络、配电子站和配电控制中心组成，各FTU分别采集开关的运行状况，并将信息经过通讯网络上传至配电子站和配电控制中心，故障发生时，由配电子站或控制中心进行故障定位，肯定故障区段, 自动或人工干预发出有关操做命令，隔离故障区段，恢复对非故障区段的供电。配电子站是否设置视系统大小而定，还可采用借主站方式，实现调配一体化。

采用这种方式的优势是: 一、故障隔离和供电恢复时间较快，通常在1min左右; 二、实现“三遥”，系统易于扩展。

此方式的缺点是: 一、对主（子）站的依赖，及依赖于通讯系统; 二、投资较大。

1.3综合智能控制方式

随着FTU功能的扩展以及网络控制技术的发展，出现一种既能远方集中控制，又能依靠FTU就地控制的方式，且二者可互为后备。这种方式下，FTU不只具备数据采集功能，还具备保护功能。另外，现场还应具有快速通讯通道。通常采用光纤以太网，以提升动做的快速性。目前采用这种控制方式的有基于馈线差动技术的馈线自动化方式[2]。其原理是以FTU就地控制做主要手段，采用故障状态差动保护方式，经过相邻FTU相互通讯判别故障点，断开两侧开关，隔离故障，保证健康段供电。远方集中式做为后备手段在保护拒动状况下，由主站系统进行故障判别、隔离。

这种方式的优势是: 一、快速进行故障隔离; 二、闭环运行时，可对非故障段持续供电。

此方式的缺点是: 一、需构建光纤通道，FTU具备网络

通讯功能; 二、馈线开关均应采用断路器; 三、需对变电站内保护定值做相应调整; 四、综合投资较高。

适用范围: 对于供电可靠性要求很是高，Ⅰ类负荷，如高新技术开发区、IT产业区等。

2 单相接地故障的处理

我国10kV系统大可能是不接地或经消弧线圈接地系统，亦称为小电流接地系统。因为配电网中供电网络复杂多变，更增长了接地选线及故障定位的难度。目前配电网单相接地故障处理有如下几种方式:

2.1利用变电站装设的小电流地接地装置

在变电站中通常装设了电流接地选线装置。这些装置通常采用的零序电流五次谐波份量，零序电流的故障暂态份量，采用注入零序电流信号跟踪法及采用零序有功电流等，因为实际中的种种缘由，致使其选线准确率不高。这种方式是采用变电站中装设的小电流接地装置进行选线，采用“拉线法”或“拉段法”进行故障切除。

2.2基于全网通讯的智能保护系统

因为FTU丰富的测量功能，使得线路上开关处的三相电流、三相电压能够方便地获得，配电子站或主站经过分布于全网各点FTU搜集到的负序、零序电量后，通过综合分析故障特征，能够比较准确选线及定位。其基本原理是: 配电自动化系统根据线路结构对各FTU上送的接地检测数据进行比较判断，在含有接地点的电网中，比较变电站全部馈出线的暂态零序电流或负序电流有效值，若某一线路有效值明显大，则被选定为接地线路; 比较某一区两端测量到的暂态零序电流有效值有明显判别且靠近电源侧有效值大，则认定接地点在该线路上。这种方式借助FTU测量功能及通讯信道实现，无须增长硬件设备，选线准确率高。

2.3改变中性点接地方式

对于电容电流较大的地区，用弧线圈补偿又有困难时，可将原来的小电流接地方式改成经小电阻接地的大电流接地方式。具体做法是在变电站内10V母线侧加装接地变压器，即成为中性点大电流接地，即中性点经小电阻接地系统。阻值大小的肯定，根据系统电容电流，单相接地故障的故障电流，工频过电压，继电保护配合及通讯干扰限制等诸多因素综合考虑肯定。改变中性点接地方式后，其故障处理方式与相间故障相似。

3 馈线通讯系统组建

实现馈线自动化时需组建现场级的通讯网。对于远方集中控制和综合智能控制方式，事故停电时间主要取决于配电自动化主站或子站采起各现场FTU的故障信息耗费时间，综合智能控制故障判断也有赖于相邻FTU之间的信息的传递。整体上讲: 配电自动化对通讯系统的要求体如今如下几个方面。（1）通讯的可靠性; （2）效能费用高; （3）通讯实时性、双向通讯能力; （4）通讯不受停电的影响; （5）易操做与维护; （6）开放性、可扩充性。表1给出了几种馈线自动化可能用到通讯方式的比较。目前子站与子站、子站与主站间的通讯多借助高度自动化信息通道（通常采用单模光纤）实现，而子站与FTU之间、FTU与FTU之间的馈线自动化通讯通道需另外组建。如下列出了几种经常使用通讯方式的分析比较。

表1 配电自动化经常使用通讯方式比较

经过分析比较子站与FTU之间通讯手段宜选用有配电线，现场总线，多模光纤等，其中使用配电线载波，现场总线方式较为经济实用，而使用多模光纤构成自愈双环网，能取得最优的性价比。图1给出了一个配电自动化通讯方案。

              图1 配电自动化系统通讯方案结构图

目前已有将以太网技术引入到馈线通讯方式的趋势，以太网以其10M/100M的通讯带宽，将大大提升现场设备级的通讯速率，进而提升整个配电自动化通讯网络的实时性，固然前提条件是FTU、TTU等现场设备能支持以太网通讯。

4 FTU技术的发展[3]

FTU是馈线自动化系统的核心设备之一，它具备常规RTU相同的基本功能，包括遥信、遥测、遥控功能，事件顺序记录，对时功能等，还要求有较强的通讯功能，以及选配微机保护等功能。

因为FTU大多安装于室外，运行环境比较恶劣，所以要求整机耐受恶劣环境，具备较强的抗干扰能力，至少选工业级芯片。

虽然FTU的功能要求应服从整个配电自动化系统分工，就FTU自己而言其技术发展有向集成以太网接口，以及加强保护功能的方向发展的趋势。因有信道的馈线自动化故障隔离和恢复供电时间主要取决于通讯耗时，若FTU直接提供以太网接口，以接近10Mbps的速率与远方通讯。不只能简化通讯的结构层次，可以使数据信息通过一次性转换进入光环网，并且数据传输格式从底层到管理层，都是简约的TCP/IP结构包，选择进而提升整个馈线自动化系统的多方面的性能。采用多CPU技术，嵌入式微处理器不难解决这个问题。

图2 示意了FTU以太网接口硬件示意图

采用嵌入式实时操做系统，具备多进程高度和多进程通讯手段，保证了系统处理的强实时性。

5 问题讨论与建议

5.1馈线自动化的控制方式选择，因考虑馈线SACDA的要求，应优先选择有信道的馈线自动化方案，采用远方集中控制或综合智能控制。小型配电网可考虑调配一体化方案，节约整体投资

5.2对于电容电流较大的地区，如大中城市使用了大量电缆线路后，能够考虑改变中性点接地方式来处理单相接地故障，这样能够从根本上解决问题，只是改变中性点接地方式，牵涉面较广，如系统设备的绝缘、保护定值整定等。若不进行中性点接地方式改造，应考虑采用全网综合智能的接地保护方式或装设专用的基于新原理单相接地保护器。

5.3配电自化的关键是通讯网构建，对于有信道的馈线自动化系统而言，组建强大健壮的网络是提升整个系统可靠性的有力措施。配电自动化通讯方案，主站级采用借通道方式，现场设备级优先考虑多模光纤或现场总线。关于保护对通讯网的依赖问题，笔者认为对于10kV配电网是彻底能够将部分保护功能经过通讯网来实现的。而整个配电自动化通讯的体系结构应是越简洁越好，尽可能减小异种网络接口，提升通讯效率。

5.4遍及整个网络的FTU设备是实现馈线自动化的基础。从发展趋势看，FTU的功能愈来愈强大。其实，FTU到底须要集成多少功能，这涉及到整个配电自动化系统的功能分配问题。显然，过多的功能下放会增长FTU的成本。新一代的FTU特色将是可靠性更高，与网络耦合更加紧密，功能更增强大，易于集成和开发的智能产品。努力下降其成本，实现模块化设计是追求的目标。

5.5实际应用中，技术和经济密不可分，咱们要树立经济就是最好的技术的观念。由于技术上最优的方案，每每是投资最大的。如何正确处理技术的先进性与经济性的关系很是重要。在实施馈线自动化以前，应作一下技术经济比较，以保证投入有较好的收益。

6 结语

因为配电网一次网络结构愈来愈复杂，系统对馈线自动化的要求也愈来愈高，以及城农网之间、地域之间的发展不平衡，咱们不可能找到一种固定的、统一的馈线自动化模式。在实施过程当中，应根据馈线自动化技术发展结合实际，综合决策。⊙