摘要：饋線自動(dòng)化是配電自動(dòng)化主要功能之一。本文針對(duì)我國(guó)配電自動(dòng)化實(shí)施情況，充分討論了饋線保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展。提出了建立光纖通信基礎(chǔ)上配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)保護(hù)新原理和新概念。饋線系統(tǒng)保護(hù)充分吸取了高壓線路縱聯(lián)保護(hù)特點(diǎn)，利用饋線保護(hù)裝置之間快速通信一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線故障故障隔離、重合閘、恢復(fù)供電功能，將饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)方式從集中監(jiān)控模式發(fā)展為分布式保護(hù)模式，提高配電自動(dòng)化整體功能。
　　關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；饋線自動(dòng)化；系統(tǒng)保護(hù)
　　饋線自動(dòng)化就是監(jiān)視饋線的運(yùn)行方式和負(fù)荷。由于目前國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)尚沒(méi)有統(tǒng)一的模式，因此，不同設(shè)備、不同設(shè)計(jì)方案組成的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的饋線自動(dòng)化實(shí)施方法就不同。本文以"手拉手"供電網(wǎng)為研究對(duì)象，就饋線自動(dòng)化中故障自動(dòng)隔離功能的解決方案進(jìn)行分析探討。饋線系統(tǒng)保護(hù)充分吸取了高壓線路縱聯(lián)保護(hù)的特點(diǎn)，利用饋線保護(hù)裝置之間的快速通信一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線故障的故障隔離、重合閘、恢復(fù)供電功能，將饋線自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方式從集中監(jiān)控模式發(fā)展為分布式保護(hù)模式，從而提高配電自動(dòng)化的整體功能。
　　1饋線自動(dòng)化的基本功能
　　饋線自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：
　　①遙測(cè)、遙信、遙控功能；②故障處理：故障區(qū)域自動(dòng)判斷和自動(dòng)隔離，故障消除后迅速恢復(fù)供電功能；③負(fù)荷管理：根據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷均衡程度合理改變配電網(wǎng)的運(yùn)行方式；④重合閘控制：當(dāng)發(fā)生過(guò)電流并導(dǎo)致斷路器跳閘時(shí)啟動(dòng)，并在斷路器一側(cè)電壓恢復(fù)時(shí)開始延時(shí)計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)沿線從電源至末端依次重合，若一次重合失敗則不再重合；⑤對(duì)時(shí)功能；⑥過(guò)電流記錄功能；⑦事件順序記錄(SOE)功能；⑧定值的遠(yuǎn)方修改和召喚功能；⑨停電后仍維持工作的功能。
　　2線路故障區(qū)段查找的基本原理
　　2.1饋線故障區(qū)段的定位：
　　對(duì)于輻射狀網(wǎng)、樹狀網(wǎng)和處于開環(huán)運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)，在判斷故障區(qū)域時(shí)，只須根據(jù)饋線沿線各斷路器是否流過(guò)故障電流就可以判斷故障區(qū)段。假設(shè)饋線上出現(xiàn)單一故障，顯然故障區(qū)段位于從電源側(cè)到線路末端方向最后一個(gè)經(jīng)歷了故障電流的斷路器和第一個(gè)未經(jīng)歷故障電流的斷路器之間。
　　2.2事故跳閘斷路器的定位：
　　事實(shí)上，由于種種原因，線路故障時(shí)，未必是第一個(gè)經(jīng)過(guò)故障電流的斷路器跳閘，極有可能越級(jí)跳閘。例如圖1中e點(diǎn)故障，分段斷路器3沒(méi)有跳開而是斷路器2跳開。根據(jù)斷路器位置不能判斷故障區(qū)段，但根據(jù)是否流過(guò)了故障電流卻能夠做出正確判斷(斷路器1、2、3經(jīng)歷了故障電流而斷路器4卻沒(méi)有經(jīng)歷，從而得出故障區(qū)段在e段的結(jié)論)。
　　                 
　　                                              圖1手拉手供電線路示意圖
　　為了確定各斷路器是否經(jīng)歷了故障電流，需對(duì)安裝于其上的各臺(tái)FTU進(jìn)行整定，由于從原理上不是通過(guò)對(duì)各臺(tái)斷路器整定值的差別，來(lái)隔離故障區(qū)段的，因此多臺(tái)斷路器可以采用同一定值。這樣即使增加饋線上的分段數(shù)目也不會(huì)帶來(lái)任何影響。
　　而故障區(qū)段隔離后，越級(jí)跳閘的斷路器要復(fù)位，對(duì)于事故后跳閘斷路器的準(zhǔn)確定位是非故障區(qū)段自動(dòng)恢復(fù)供電的關(guān)鍵。
　　2.3斷路器狀態(tài)描述矩陣：
　　我們可以用1維矩陣運(yùn)算來(lái)判別斷路器是否越級(jí)跳閘。矩陣編寫原則為：若第i臺(tái)斷路器在合閘位置，矩陣第i元素置為1，反之為0。正常運(yùn)行各斷路器的狀態(tài)可用矩陣A來(lái)描述，如圖1正常運(yùn)行時(shí)A：|11110111|。
　　對(duì)于上例，假設(shè)e點(diǎn)故障時(shí)斷路器2跳開，斷路器3未跳開，我們可用矩陣B來(lái)描述故障后的斷路器狀態(tài)，如B：|10110111|。
　　2.4事故跳閘斷路器定位矩陣：
　　用事故前斷路器狀態(tài)信息矩陣A減去事故后斷路器狀態(tài)信息矩陣B，即可準(zhǔn)確地識(shí)別事故跳閘斷路器。對(duì)于上例可用事故跳閘斷路器定位矩陣C來(lái)確定C=A－B=|01000000|。由于C矩陣中第2個(gè)元素值為1，則說(shuō)明故障時(shí)是由斷路器2跳閘切斷故障電流的。根據(jù)前邊計(jì)算可知，故障區(qū)段位于斷路器3和4之間。故應(yīng)自動(dòng)恢復(fù)斷路器2到合閘位置。
　　對(duì)于利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的饋線自動(dòng)化功能，從故障段查找、隔離、非故障段自動(dòng)恢復(fù)，一般僅需要十幾秒鐘。
　　3. 配電網(wǎng)饋線保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電和配電三部分組成。
　　發(fā)電環(huán)節(jié)保護(hù)集中元件保護(hù)，其主要目是確保發(fā)電廠發(fā)生電氣故障時(shí)將設(shè)備損失降為最小。輸電網(wǎng)保護(hù)集中輸電線路保護(hù)，其首要目是維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定。配電環(huán)節(jié)保護(hù)集中饋線保護(hù)上，配電網(wǎng)不存穩(wěn)定問(wèn)題，一般認(rèn)為饋線故障切除并不嚴(yán)格要求是快速。不同配電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷供電可靠性和供電質(zhì)量要求不同。許多配電網(wǎng)僅是考慮線路故障對(duì)售電量影響及配電設(shè)備壽命影響，尚未將配電網(wǎng)故障對(duì)電力負(fù)荷（用戶）負(fù)面影響作為配電網(wǎng)保護(hù)目。
　　我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力用戶用電依賴性越來(lái)越強(qiáng)，供電可靠性和供電電能質(zhì)量成為配電網(wǎng)工作重點(diǎn)，而配電網(wǎng)饋線保護(hù)主要作用也成為提高供電可靠性和提高電能質(zhì)量，具體包括饋線故障切除、故障隔離和恢復(fù)供電。具體實(shí)現(xiàn)方式有以下幾種：
　　3.1傳統(tǒng)電流保護(hù)
　　過(guò)電流保護(hù)是最基本繼電保護(hù)之一。考慮到經(jīng)濟(jì)原因，配電網(wǎng)饋線保護(hù)廣泛采用電流保護(hù)。配電線路一般很短，配電網(wǎng)不存穩(wěn)定問(wèn)題，確保電流保護(hù)動(dòng)作選擇性，采用時(shí)間配合方式實(shí)現(xiàn)全線路保護(hù)。常用方式有反時(shí)限電流保護(hù)和三段電流保護(hù)，其中反時(shí)限電流保護(hù)時(shí)間配合特性又分為標(biāo)準(zhǔn)反時(shí)限、非常反時(shí)限、極端反時(shí)限和超反時(shí)限，參見式（1）、（2）、（3）和（4）。這類保護(hù)整定方便、配合靈活、價(jià)格便宜，同時(shí)可以包含低電壓閉鎖或方向閉鎖，以提高可靠性；增加重合閘功能、低周減載功能和小電流接選線功能。
　　                                      
　　電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)前提是將整條饋線視為一個(gè)單元。當(dāng)饋線故障時(shí)，將整條線路切掉，并不考慮對(duì)非故障區(qū)域恢復(fù)供電，這些不利于提高供電可靠性。另，依賴時(shí)間延時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)選擇性，導(dǎo)致某些故障切除時(shí)間偏長(zhǎng)，影響設(shè)備壽命。
　　3.2重合器方式饋線保護(hù)
　　實(shí)現(xiàn)饋線分段、增加電源點(diǎn)是提高供電可靠性基礎(chǔ)。重合器保護(hù)是將饋線故障自動(dòng)限制一個(gè)區(qū)段內(nèi)有效方式。參見圖1，重合器R位于線路首端，該饋線由A、B、C三個(gè)分段器分為四段。當(dāng)AB區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障F1，重合器R動(dòng)作切除故障，此后，A、B、C分段器失壓后自動(dòng)斷開，重合器R經(jīng)延時(shí)后重合，分段器A電壓恢復(fù)后延時(shí)合閘。同樣，分段器B電壓恢復(fù)后延時(shí)合閘。當(dāng)B合閘于故障后，重合器R再次跳開，當(dāng)重合器第二次重合后，分段器A將再次合閘，此后B將自動(dòng)閉鎖分閘位置，實(shí)現(xiàn)故障切除、故障隔離及對(duì)非故障段恢復(fù)供電。
　　目前我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造中仍有大量重合器到應(yīng)用，這種簡(jiǎn)單而有效方式能夠提高供電可靠性，相傳統(tǒng)電流保護(hù)有較大優(yōu)勢(shì)。該方案缺點(diǎn)是故障隔離時(shí)間較長(zhǎng)，多次重合對(duì)相關(guān)負(fù)荷有一定影響。
　　                             
　　3.3基于饋線自動(dòng)化饋線保護(hù)
　　配電自動(dòng)化包括饋線自動(dòng)化和配電管理系統(tǒng)，其中饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)對(duì)饋線信息采集和控制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了饋線保護(hù)。饋線自動(dòng)化核心是通信，以通信為基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全局性數(shù)據(jù)采集與控制，實(shí)現(xiàn)配電SCADA、配電高級(jí)應(yīng)用（PAS）。同時(shí)以理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)設(shè)備管理、圖資管理，而SCADA、GIS和PAS一體化則促使配電自動(dòng)化成為提供配電網(wǎng)保護(hù)與監(jiān)控、配電網(wǎng)管理全方位自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)。參見圖2所示系統(tǒng)，這種饋線自動(dòng)化基本原理如下：當(dāng)開關(guān)S1和開關(guān)S2之間發(fā)生故障（非單相接），線路出口保護(hù)使斷路器B1動(dòng)作，將故障線路切除，裝設(shè)S1處FTU檢測(cè)到故障電流而裝設(shè)開關(guān)S2處FTU沒(méi)有故障電流流過(guò)，此時(shí)自動(dòng)化系統(tǒng)將確認(rèn)該故障發(fā)生S1與S2之間，遙控跳開S1和S2實(shí)現(xiàn)故障隔離并遙控合上線路出口斷路器，最后合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)S3完成向非故障區(qū)域恢復(fù)供電
　　                          

                                                圖2 應(yīng)用集中控制的典型配網(wǎng)系統(tǒng)
　　這種基于通信饋線自動(dòng)化方案以集中控制為核心，綜合了電流保護(hù)、RTU遙控及重合閘多種方式，能夠快速切除故障，幾秒到幾十秒時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)故障隔離，幾十秒到幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電。該方案是目前配網(wǎng)自動(dòng)化主流方案，能夠?qū)�饋線保護(hù)集成于一體化配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，從故障切除、故障隔離、恢復(fù)供電方面都有效提高了供電可靠性。同時(shí)，整個(gè)配電自動(dòng)化中，可以加裝電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償裝置，全局上實(shí)現(xiàn)改善電能質(zhì)量控制。
　　4.饋線系統(tǒng)保護(hù)基本原理
　　4.1基本原理
　　饋線系統(tǒng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)前提條件如下：
　　4.1.1快速通信；
　　4.1.2控制對(duì)象是斷路器；
　　4.1.3終端是保護(hù)裝置，而非TTU。
　　高壓線路保護(hù)中，高頻保護(hù)、電流差動(dòng)保護(hù)都是依靠快速通信實(shí)現(xiàn)主保護(hù)，饋線系統(tǒng)保護(hù)是多于兩個(gè)裝置之間通信基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)區(qū)域性保護(hù)。基本原理如下：

                         
　　參見圖3所示典型系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用斷路器作為分段開關(guān)，如圖A、B、C、D、E、F。變電站M，手拉手線路為A至D之間部分。變電站N則對(duì)應(yīng)于C至F之間部分。N側(cè)饋線系統(tǒng)保護(hù)則控制開關(guān)A、B、C、D保護(hù)單元UR1至UR7組成。
　　當(dāng)線路故障F1發(fā)生BC區(qū)段，開關(guān)A、B處將流過(guò)故障電流，開關(guān)C處無(wú)故障電流。但出現(xiàn)低電壓。此時(shí)系統(tǒng)保護(hù)將執(zhí)行步驟：
　　Step1：保護(hù)起動(dòng)，UR1、UR2、UR3分別起動(dòng)；
　　Step2：保護(hù)計(jì)算故障區(qū)段信息；
　　Step3：相鄰保護(hù)之間通信；
　　Step4：UR2、UR3動(dòng)作切除故障；
　　Step5：UR2重合。如重合成功，轉(zhuǎn)至Step9；
　　Step6：UR2重合于故障，再跳開；
　　Step7：UR3△T內(nèi)未測(cè)電壓恢復(fù)，通知UR4合閘；
　　Step8：UR4合閘，恢復(fù)CD段供電，轉(zhuǎn)至Step10；
　　Step9：UR3△T時(shí)間內(nèi)測(cè)電壓恢復(fù)，UR3重合；
　　Step10：故障隔離，恢復(fù)供電結(jié)束。
　　4.2故障區(qū)段信息
　　定義故障區(qū)段信息如下：
　　邏輯1：表示保護(hù)單元測(cè)量到故障電流，
　　邏輯0：表示保護(hù)單元未測(cè)量到故障電流，但測(cè)量到低電壓。
　　當(dāng)故障發(fā)生后，系統(tǒng)保護(hù)各單元向相鄰保護(hù)單元交換故障區(qū)段，一個(gè)保護(hù)單元，當(dāng)本身故障區(qū)段信息與收到故障區(qū)段信息異或?yàn)?時(shí)，出口跳閘。
　　確保故障區(qū)段信息識(shí)別正確性，進(jìn)行邏輯1判斷時(shí)，可以增加低壓閉鎖及功率方向閉鎖。
　　4.3系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作速度及其后備保護(hù)
　　確保饋線保護(hù)可靠性，饋線首端UR1處設(shè)限時(shí)電流保護(hù)，建議整定時(shí)間內(nèi)0.2秒，即要求饋線系統(tǒng)保護(hù)200ms內(nèi)完成故障隔離。
　　保護(hù)動(dòng)作時(shí)間上，系統(tǒng)保護(hù)能夠20ms內(nèi)識(shí)別出故障區(qū)段信息，并起動(dòng)通信。光纖通信速度很快，考慮到重發(fā)多幀信息，相鄰保護(hù)單元之間通信應(yīng)30ms內(nèi)完成。斷路器動(dòng)作時(shí)間為40ms~100ms。這樣，通信環(huán)節(jié)理想即可實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)。
　　4.4饋線系統(tǒng)保護(hù)應(yīng)用前景
　　饋線系統(tǒng)保護(hù)很大程度上沿續(xù)了高壓線路縱聯(lián)保護(hù)基本原則。配電網(wǎng)通信條件很可能十分理想。此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)饋線保護(hù)功能性能大大提高。饋線系統(tǒng)保護(hù)利用通信實(shí)現(xiàn)了保護(hù)選擇性，將故障識(shí)別、故障隔離、重合閘、恢復(fù)故障一次性完成，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　4.4.1快速處理故障，不需多次重合；
　　4.4.2快速切除故障，提高了電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷電能質(zhì)量；
　　4.4.3直接將故障隔離故障區(qū)段，不影響非故障區(qū)段；
　　4.4.4功能完成下放到饋線保護(hù)裝置，無(wú)需配電主站、子站配合。
　　5.結(jié)論
　　建立在快速通信基礎(chǔ)上的系統(tǒng)保護(hù)是繼電保護(hù)的發(fā)展方向之一。隨著配電網(wǎng)改造的深入及配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)可能在配電網(wǎng)中率先得以應(yīng)用。本文討論了配電網(wǎng)饋線保護(hù)的發(fā)展過(guò)程，提出了建立在配電自動(dòng)化和光纖通信基礎(chǔ)之上的饋線系統(tǒng)保護(hù)新原理。這種新原理能夠進(jìn)一步提高供電可靠性。同時(shí)，系統(tǒng)保護(hù)分布式的功能也將提高配電自動(dòng)化的主站及子站的性能，是一種極具前途的饋線自動(dòng)化新原理。