智能馈线自动化就地控制系统 无通信阻抗型控制模式

　　1 馈线自动化发展概况

　　目前未实现馈线自动化的线路，当线路发生短路故障时，变电站出线开关速断保护动作跳闸，切断短路电流，而后重合闸继电器动作，使出线开关合闸。若瞬时短路，重合成功，恢复供电;若永久短路，出线开关速断保护又动作，又使出线开关跳闸，但重合闸继电器不再动作，而使全线停电，供电可靠性差，且对线路断线、接地故障，不作处理。实现馈线自动化的线路，在线路上安装分段开关，环网再装联络开关，把线路分成几个区段。发生故障(短路、断线、接地)时，只可能发生在一个区段，此时，使故障区段两侧开关跳闸，并使非故障区段恢复供电，因而故障时只停故障区段，从而大大提高供电可靠性。

　　要实现馈线自动化，用继电保护来解决是不行的，因为出线开关装有速断保护，0秒动作，必须采用特殊方法。所以1960年美国推出电流型控制模式，1965年日本推出电压型控制模式，这是两套无通信就地控制模式，但这两套模式存在不少缺点。1985年随着通信系统的发展，美英等国推出了有通信配网自动化系统。

　　专利发明人，自2000年11月至今，从事就地控制系统研究，终于取得了成果。申请了一项发明专利：《配网短路故障及非故障区段恢复供电方法》(公开号：CN101534001A)，用来处理短路故障;利用发明人专利外特有技术，处理断线、接地故障。根据作用原理，将这套装置取名为阻抗型控制模式馈线自动化系统(以下简称发明装置)。这是就地控制系统中的第三种模式，国外是没有的，国内是第一种自主产权的控制模式，从而为就地控制系统开辟了新模式。

　　2 目前就地控制模式存在的问题

　　美国、日本就地控制模式，存在不少问题：

　　(1)美国电流型控制模式，处理短路故障时，短路电流冲击次数多达5～6次，对配网自动化安全运行不利。

　　(2)开关动作频繁，约11～15次。

　　(3)故障区段隔离约30秒，恢复供电约60秒，时间太长。

　　(4)短路故障处理时，多次停送电。

　　(5)需用重合器。

　　(6)重合器继电保护与出线开关继电保护相配合，难度大，只能用重合器保护。

　　(7)不能寻找断线故障。

　　(8)难以寻找中性点不接地系统的接地故障。

　　(9)电流型控制模式，只能将线路分成三个区段;电压型控制模式超过四个区段，故障隔离、恢复供电时间更长。

　　3 阻抗型控制模式的优点

　　(1)消除瞬时短路。

　　(2)永久短路时，切断短路电流2次，同于目前事故处理。

　　(3)短路故障区段隔离、非短路区段恢复供电快速，只需几秒。

　　(4)出线开关二次重合所检测的阻抗，在误差达50%以内时，仍可正确处理短路故障。

　　(5)无电流开断短路故障区段开关，因此开关可用负荷开关、环网开关。

　　(6)短路故障检测及非故障区段恢复供电，时限可调，分段开关动作时限可调，分段开关时限级差可调，二次重合时间可调，从而确保无电流开断短路故障区段开关，确保非故障区段恢复供电。

　　(7)短路故障区段另一侧开关，永久短路时，残压开断闭锁，另一电源恢复供电时，永久短路区段开关已被断开。

　　(8)残压开断失效(几率极少)，有补救措施。

　　(9)开关不频繁动作，只动作必要的开关。

　　(10)短路故障处理时，不多次停送电。

　　(11)不用重合器，解决了出线开关继电保护与重合器继电保护配合难的问题。

　　(12)不用调整出线开关继电保护，保持继电保护的完整性、可靠性。

　　(13)利用发明人专利外特有技术，处理断线故障。

　　(14)利用发明人专利外特有技术，处理中性点不接地系统的接地故障。

　　(15)分支线可装设发明装置。

　　(16)线路分区段方便，不受分区段三个或四个限制。

4 阻抗型控制模式功能

　　(1)开关检测：

　　出线开关、分段开关、支线开关及联络开关，均检测并储存下列参数：电气运行参数，如电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量等;安全监控(SCADA)数据;状态量数据;保护动作及故障信息。

　　(2)事故追忆：

　　凡发生短路、过负荷、断线、接地等故障，进行事故追忆。

　　(3)故障录波：

　　凡发生短路、过负荷、断线、接地等故障，进行故障录波。

　　(4)事件顺序记录(SOE)：

　　凡故障处理单元动作、开关变位，均作为事件顺序记录。记录故障信息，动作时间;如系人工操作，记录操作人员代码。

　　(5)故障处理：

　　a.短路故障：

　　利用本人发明专利来检测配网短路故障，凡短路阻抗最小处，即短路故障点。由于永久短路，出线开关继电保护动作跳闸，切断短路电流，此时短路区段开关无电流跳闸，另一侧开关残压开断闭锁，隔离了短路区段。然后出线开关按本发明装置检出的短路阻抗，按一定时限二次重合，恢复对非短路故障区段的供电。若环网，联络开关一侧失电，自动合闸，由另一电源对短路故障线路的非故障区段恢复供电。

　　b.断线故障：

　　一相断线，两相运行，易损坏电气设备;若架空线，掉到地上，高压带电，有可能危及人身安全。架空线用了绝缘导线后，单相断线故障有所增加。断线时，电流、电压、功率等均有变化，利用这些变化，2秒内使断线区段开关跳闸，并使非断线区段恢复供电。

　　c.接地故障：

　　配网故障，90%是接地故障。中性点不接地系统的接地选线、接地区段的寻找一直是个难点，我们在云南作了现场接地试验，解决了这一难点。我们根据零序电压整定值来确定系统是否接地，根据三相对地电压下降确定接地相，并可确定虚幻接地。当接地2小时，自动跳开接地区段，并使非接地区段恢复供电。

　　(6)故障测距：

　　a.短路故障测距：

　　根据出线开关在短路故障时，测出的短路阻抗(架空线最好用感抗)，就可测出短路故障距离。若有分支线，短路故障有可能有两个位置，要人工寻找(或打电话询问可能发生短路的用户);若分支线开关用断路器，可自动判知短路发生在何处。另外也可根据二次重合时间，判知那个区段短路。

　　b.断线故障测距：

　　利用不平衡电流法、突减负载率法、时限判断法，来判断主干线那个区段或那条分支线发生了断线。

　　c.接地故障测距：

　　变电站接地选线装置，可测出那条线路接地。若要测出那个区段接地，采用试跳合找接地方法，1分钟内找出接地分支线，2分钟内找出主干线接地区段。

　　(7)配网信息管理：

　　可进行各种管理，可应用配网高级应用软件，分段开关由手持电脑定时采集数据，实现供电可靠率、电压合格率、线损等指标管理。

　　(8)显示：

　　可在变电站显示配网信息，并通过变电站—调度中心的通信线路，在供电公司配调中心显示。真正实现了配电线路无通信，依靠变电站已有的通信线路，实现了配网自动化。

　　(9)存储：

　　开关可存储5分钟、15分钟、60分钟、月数据、年数据、永久数据等各类数据。

　　5 阻抗型控制模式优势和技术特点：

　　(1)阻抗型控制模式优势：

　　a.克服了五十年来电流型、电压型控制模式的缺点。

　　b.不需通信，大大降低造价，性价比超过国外同类产品。

　　c.可拓展应用领域：可与有通信的配网自动化系统相结合，组成配网综合自动化系统，同一个硬件，两套软件，既可无通信运行，又可有通信运行。可与变电站自动化(无人或少人值守)合二为一，组成变配电自动化系统，可实现变电站自动化，又可实现配网自动化。这样可扩大产品应用范围，节省供电公司投资

　　d.可用于城网，大、中、小城市均可使用。在配变监测不需通信线路就可解决的情况下，本发明装置功能可与有通信的配网自动化系统相媲美。因此，大、中、小城市先可无通信运行，以后随着通信电缆的增加，也可改为有通信运行。

　　e.可用于农网。实际上经济发达地区就是城网，且农网故障多，有不少地方山高路远，穷乡僻壤，交通不便，又是辐射网络，更需要实现馈线自动化。辐射网络实现馈线自动化后，发生故障时平均可保供电用户37.5%(四个区段)用电，美国就开始对辐射网络实现馈线自动化。

　　(2)技术特点：

　　a.快速处理短路故障,只需几秒时间，而美国、日本模式需30秒、60秒时间。

　　b.无电流开断短路区段，因此可用负荷开关、环网开关。

　　c.出线开关二次重合所检测的短路阻抗，在误差达50%以内，且与开关动作时限相配合，可确保无电流开断短路故障开关，确保非故障区段恢复供电。

　　d.对主干线、分支线进行故障寻址，不管短路、断线、接地故障发生在那条分支线、那个区段，都可知道。

　　e.无通信情况下，可使断线区段两侧开关跳闸。

　　f.解决了中性点不接地系统接地选线、接地区段寻找的难点。

　　6 智能化装置

　　本发明装置，集保护、测量、控制、通信功能于一体，是智能化装置。变电站出线开关继电保护及重合闸继电器，照样运行，且配网支线开关及联络开关可增装继电保护，使这些继电保护联成一体，实现馈线自动化的功能。出线开关、分段开关、支线开关、联络开关，均进行各种测量，实现了配网信息采集与存储。无通信时，实现了馈线自动化的自动控制。变电站内有通信，变电站—调度中心有通信，仅配电线路无通信，同样可以实现配网自动化。本发明装置是智能电网的重要组成部分。

　　7 结语

　　智能馈线自动化就地控制系统—国内自主产权无通信阻抗型控制模式，充分利用了当前计算机技术、微电子技术、自动化技术，远远超过美国电流型、日本电压型的技术。因电流型、电压型控制模式不宜在我国推广，这样我国就缺少了无通信就地控制模式。我国电网分布范围广，线路多，若都搞有通信的配网自动化系统，不太现实。阻抗型控制模式，不需通信，且也可有通信使用，并具有一系列优点，投资少，性价比优越，是唯一适应中国国情可推行的产品。阻抗型控制模式馈线自动化系统，国外也没有类似装置，可开拓国外市场。阻抗型控制模式，既可用于城网，又可用于农网;既可用于环网，又可用于辐射网络;既可用于架空线路(可用负荷开关)，又可用于电缆线路(可用环网开关);既可用于中性点不接地系统，又可用于中性点经消弧线圈接地系统及经小电阻接地系统。本专利是一项原创性、高科技、智能化发明，必将为配网自动化作出巨大贡献。