架空線饋線自動(dòng)化在國(guó)內(nèi)配電自動(dòng)化建設(shè)試點(diǎn)中主要是以主站集中式為主，在國(guó)外架空線路以智能分布式的饋線自動(dòng)化解決方案較為成熟。本文以10千伏多分段多聯(lián)絡(luò)的網(wǎng)架和光纖以太網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)架空線路智能分布式饋線自動(dòng)化方案進(jìn)行深入的探究。

根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》，架空線路典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該結(jié)構(gòu)中，10kV 架空線1、架空線2、架空線3、架空線4 分別從不同的變電站(或開(kāi)關(guān)站)引出，通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)LB1、LB2、LB3 互相聯(lián)結(jié)，構(gòu)成四分段三聯(lián)絡(luò)10kV 主干網(wǎng)架。每一個(gè)分段由多個(gè)柱上開(kāi)關(guān)(圖中FB1、FB2、FB3)分隔為多個(gè)供電區(qū)段。

支接桿變和10kV 用戶作為分支線路，從主干線路上引出。配網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地。正常運(yùn)行時(shí)，LB1、LB2、LB3等聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于熱備用狀態(tài)，配網(wǎng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行;當(dāng)架空線故障后，非故障段需恢復(fù)供電時(shí)，通過(guò)閉合聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)恢復(fù)供電。

圖1 架空線典型網(wǎng)架

方案一：柱上斷路器接線模式

架空線上分段、聯(lián)絡(luò)、分支線路都配置斷路器;各斷路器處配置饋線自動(dòng)化終端FTU，F(xiàn)TU通過(guò)光纖工業(yè)以太網(wǎng)互相通信，交換電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息;每個(gè)FTU控制一臺(tái)開(kāi)關(guān)設(shè)備，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩端需安裝備自投檢測(cè)電壓的壓變。如圖2所示：

圖2 方案1系統(tǒng)圖

1.1方案原理：

主干線路故障，F(xiàn)TU相互交換故障電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息判斷、定位故障，鄰近故障點(diǎn)上游的斷路器直接跳閘并經(jīng)延時(shí)后重合閘。若是瞬時(shí)故障，重合閘后恢復(fù)供電;若是永久故障，再次跳閘后閉鎖重合閘，跳開(kāi)故障點(diǎn)下游開(kāi)關(guān)隔離故障，然后聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)按設(shè)定的時(shí)間優(yōu)先級(jí)自投，恢復(fù)故障點(diǎn)下游段供電。整個(gè)過(guò)程故障點(diǎn)上游不停電。

分支線路開(kāi)關(guān)設(shè)置“看門狗”保護(hù)，發(fā)生故障后，F(xiàn)TU相互交換電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)信息判斷、定位故障后，直接跳開(kāi)分支線路斷路器切除故障，整個(gè)主干線路不停電。

1.2 邏輯處理過(guò)程：

(1)架空線主干線發(fā)生故障，處理過(guò)程如下：(以圖3 為例)

圖3 方案1主干線故障示意圖

1)故障發(fā)生階段：架空線1 主干線上FB1 與FB2 之間發(fā)生短路故障，故障電流依次流過(guò)開(kāi)關(guān)CB1 和FB1;

2)故障定位階段：開(kāi)關(guān)CB1、FB1 處FTU 檢測(cè)到故障電流，開(kāi)關(guān)FB2 處FTU 未檢測(cè)到故障電流，F(xiàn)TU 之間互相發(fā)送并接收檢測(cè)到的故障電流信息，通過(guò)比對(duì)，判斷出故障位于開(kāi)關(guān)FB1 與FB2 之間;

3)故障跳閘階段：FB1 處FTU 檢測(cè)出故障位于開(kāi)關(guān)FB1 與FB2 之間后，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)FB1 保護(hù)跳閘，切除故障;

4)重合閘階段：經(jīng)過(guò)設(shè)定的重合閘延時(shí)后，開(kāi)關(guān)FB1 重合閘。若故障為瞬時(shí)性，F(xiàn)B1 重合閘后恢復(fù)供電，故障處理結(jié)束;若故障為永久性，F(xiàn)B1 重合閘后加速跳閘，同時(shí)FB2跳閘故障隔離，開(kāi)關(guān)FB2 下游停電，進(jìn)入備自投恢復(fù)供電階段。

5)備自投恢復(fù)供電階段：聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)LB2、LB3 處FTU 接收到故障隔離成功信息，并檢測(cè)到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)兩端“一側(cè)有壓，一側(cè)無(wú)壓”后，同時(shí)啟動(dòng)備自投，設(shè)定備自投延時(shí)短的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)(即較高優(yōu)先級(jí))首先閉合，恢復(fù)開(kāi)關(guān)FB2 下游區(qū)段供電，延時(shí)長(zhǎng)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)即檢測(cè)到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)“兩側(cè)有壓”，備自投返回。

(2)架空線支接線發(fā)生故障，處理過(guò)程如下：(以圖4 為例)

圖4 方案1分支線故障示意圖

1)故障發(fā)生階段：支接線路開(kāi)關(guān)ZB1 下游發(fā)生短路故障，故障電流依次流過(guò)主干線開(kāi)關(guān)CB1、FB1、FB2 和支線開(kāi)關(guān)ZB1;

2)故障定位階段：開(kāi)關(guān)CB1、FB1、FB2 及支線開(kāi)關(guān)ZB1 檢測(cè)到短路電流，各開(kāi)關(guān)處的FTU 互相發(fā)送和接收故障信息，確定短路故障發(fā)生在開(kāi)關(guān)ZB1 下游支線上;

3)故障跳閘階段：ZB1 處FTU 啟動(dòng)“看門狗”保護(hù)，ZB1 開(kāi)關(guān)跳閘，切除所在支線下游故障;

4)重合閘階段：經(jīng)過(guò)設(shè)定的重合閘延時(shí)后，ZB1 處FTU 啟動(dòng)重合閘，ZB1 開(kāi)關(guān)重新閉合。若支線故障為瞬時(shí)性故障，重合后恢復(fù)供電;若為永久性故障，ZB1 加速跳閘切除故障。

1.3設(shè)備配置

變電站出口開(kāi)關(guān)設(shè)備配置：FTU(每路出線一臺(tái))、以太網(wǎng)交換機(jī);(電源從站內(nèi)取，操動(dòng)機(jī)構(gòu)、流變等沿用原有設(shè)備)

主干線分段開(kāi)關(guān)設(shè)備配置：FTU、以太網(wǎng)交換機(jī)、斷路器及操動(dòng)機(jī)構(gòu)、流變、取電壓變、蓄電池組、電源管理模塊;

分支線路開(kāi)關(guān)設(shè)備配置：同主干線路;

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)設(shè)備配置：FTU、以太網(wǎng)交換機(jī)、斷路器及操動(dòng)機(jī)構(gòu)、流變、檢壓壓變(兩個(gè))、取電壓變(可考慮與檢壓壓變合用)、蓄電池組、電源管理模塊，配置如下：

圖5 方案1設(shè)備配置圖

1.4自動(dòng)化效果：

(1)故障停電范圍

分支線路故障，主干線不停電。主干線路瞬時(shí)故障幾乎不停電;永久性故障，故障點(diǎn)上游不停電，下游短暫停電。

(2)故障定位速度：毫秒級(jí)故障定位

(3)故障隔離速度：100ms內(nèi)故障隔離

(4)供電恢復(fù)速度：1-3秒故障恢復(fù)柴油發(fā)電機(jī)組