DQZHAN訊:智能配電網(wǎng)靈活分布式自動化技術(shù)**
按照《國網(wǎng)運檢部關(guān)于做好“十三五”配電自動化建設(shè)應(yīng)用工作的通知》要求，冀北公司積極組織轄下五地市開展配電自動化試點建設(shè)。其中張家口供電公司在市區(qū)深化配電自動化應(yīng)用，逐步安裝并使用智能分布式就地饋線自動化，目前已相繼投入智能分布饋線自動化功能線路共計19條。截至2017年8月，張家口智能分布式饋線自動化的線路保護跳閘24次，正確動作21次。
一、前言
按照《國網(wǎng)運檢部關(guān)于做好“十三五”配電自動化建設(shè)應(yīng)用工作的通知》要求，冀北公司積極組織轄下五地市開展配電自動化試點建設(shè)。其中張家口供電公司在市區(qū)深化配電自動化應(yīng)用，逐步安裝并使用智能分布式就地饋線自動化(以下簡稱“智能分布式FA”)，目前已相繼投入智能分布饋線自動化功能線路共計19條。截至2017年8月，張家口智能分布式饋線自動化的線路保護跳閘24次，正確動作21次。
智能分布式FA的使用為快速隔離故障和恢復(fù)供電提供了可靠支持，大幅度的提高了供電可靠性和故障處理效率，縮短停電時間，提高了社會效益和上等服務(wù)水平。
二、實施背景
智能分布式FA具有眾多優(yōu)點，在10千伏配電線路上，特別是具備負荷轉(zhuǎn)供條件的線路上，具有無可比擬的優(yōu)勢，其主要特點有以下四點：
故障定位精準，能夠快速準確地完成故障點隔離，使故障區(qū)域隔離范圍*小;
非故障區(qū)域在短時間能夠通過其他電源點進行自動轉(zhuǎn)代，實現(xiàn)非故障區(qū)段不停電供電;
高度自動化，故障定位及非故障區(qū)段恢復(fù)供電無需要人工干預(yù);
故障處理過程不依賴于配電主站，整個故障處理全程由可由就地智能分布式DTU自行完成，無需要主站參與。
雖然智能分布式FA具有以上優(yōu)點，但目前在國網(wǎng)范圍內(nèi)的推廣運用并不成功，經(jīng)過冀北公司2年多的探索應(yīng)用，通過在19條線路的運行經(jīng)驗，總結(jié)出以下幾點原因制約智能分布式FA的推廣：
適應(yīng)性差。智能分布式模式只能適用于固定的網(wǎng)絡(luò)拓撲，一旦調(diào)試完成，其拓撲即固定，修改拓撲復(fù)雜;
維護、配置過程復(fù)雜，調(diào)試工作量大。以冀北公司的現(xiàn)場經(jīng)驗，每一個環(huán)的調(diào)試時間不少于7個工作日，如遇到線路、參數(shù)等的變更，則需要更長時間進行調(diào)試。通過調(diào)研上海公司智能分布式FA的使用情況，每個環(huán)的調(diào)試時間也在5到7個工作日，由此可見，調(diào)試復(fù)雜是目前智能分布式FA固有缺點;
維護、配置參數(shù)耦合性高，牽一發(fā)而動全身。對調(diào)試人員專業(yè)要求較高，普通自動化人員無法完成調(diào)試，甚至后期維護都必須設(shè)備廠家到場才能實現(xiàn)，嚴重降低了工作效率;
各廠家維護工具各異，界面不友好，系統(tǒng)驗證復(fù)雜，無法通過單點進行連鎖功能調(diào)試。例如調(diào)試時需要使用多臺設(shè)備在一個比較大的場地內(nèi)通過多臺繼電保護測試儀同時加故障測試動作邏輯，要求測試人員不但對儀器使用熟練，還需要熟悉線路運行狀態(tài)和故障產(chǎn)生時的線路情況，而上海公司則是在電科院專門設(shè)置實驗室，使用RTDS進行仿真測試，整個邏輯功能測試非常復(fù)雜。
造成上述缺點的原因較多，但總結(jié)無非以下三點：一是不同現(xiàn)場實際情況的復(fù)雜性，二是一次側(cè)設(shè)備安裝接線的隨意性，三是功能配置的靈活性。針對上述問題，本方案提出智能分布FA即插即用的設(shè)計要求，饋線自動化設(shè)備達到一站式拓撲建模、簡化參數(shù)配置、一鍵式下裝組態(tài)參數(shù)、動作策略規(guī)范化、動作記錄界面化、仿真調(diào)試、硬件設(shè)備即插即用7個效果。
三、內(nèi)涵和做法
(一)內(nèi)涵
智能分布式FA系統(tǒng)是指不需要配電主站或配電子站控制，通過終端相互通信、保護配合或時序配合，在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，能夠快速實現(xiàn)故障定位、隔離故障區(qū)域及恢復(fù)非故障區(qū)域供電，并將故障處理的結(jié)果或信息上報給配電主站。
采用對等通信的方式，可快速傳遞突發(fā)數(shù)據(jù)，故障處理速度快;故障隔離范圍*小，無需保護時間級差的配合，非故障區(qū)域自動完成負荷轉(zhuǎn)代。300毫秒完成故障隔離，秒級完成負荷轉(zhuǎn)代。
圖1 智能分布式FA動作時間
圖2 分布式FA動作原理
其基本動作原理是：基于以太網(wǎng)、EPON網(wǎng)實現(xiàn)各站點間的對等通信，采用自定義通信規(guī)約，實現(xiàn)相鄰站點間快速穩(wěn)定的信息交換。與主站通信采用運檢三〔2017〕6號文規(guī)定的擴展104規(guī)約，能夠?qū)崿F(xiàn)主站對FA的參數(shù)下裝及軟件升級。
(二)**性
1.確定相對合理的動作邏輯。
在智能分布式FA動作原理的框架下，根據(jù)不同的現(xiàn)場情況，確定合理的動作邏輯，基本將其分為兩類：
1)緩動型智能分布式FA;
2)速動型智能分布式FA。
緩動型智能分布式FA針對采用負荷開關(guān)的線路，采用緩動型邏輯，F(xiàn)A的啟動條件是變電站出口開關(guān)保護動作并且開關(guān)分閘成功。
速動型智能分布式FA針對采用全斷路器的線路，采用速動型邏輯，F(xiàn)A的啟動條件是線路產(chǎn)生故障。
圖3 智能分布式FA啟動邏輯
無論速動型或是緩動型，智能分布式FA的故障點定位策略是相同的，即：自身有故障且下級開關(guān)無故障，則故障點位于下側(cè)，自身無故障且上級開關(guān)有故障，則故障點位于上側(cè)。此時故障隔離策略為跳開故障點兩側(cè)開關(guān)。總體來說，就是本身有故障且下級開關(guān)無故障或本身無故障但上級開關(guān)有故障，則需要跳開開關(guān)進行隔離。具體邏輯如下圖。
圖4 智能分布式FA故障隔離邏輯
隔離成功后，即可進行恢復(fù)操作，具體邏輯如下圖所示：
圖5 智能分布式FA恢復(fù)邏輯
2.模塊化拓撲配置。
更改以往的建模方式，針對智能分布式FA多用于電纜線路，適當(dāng)做出取舍，以國網(wǎng)公司確定的4、6間隔環(huán)網(wǎng)柜為設(shè)計基礎(chǔ)，以環(huán)網(wǎng)柜為建模*小單位，改變以往以開關(guān)為*小單位建模、一條線路幾十個開關(guān)的情況，大大減少了建模工作量。同時，由于以環(huán)網(wǎng)柜為*小建模單位，則拓撲更改也更為簡單。
以下圖為例：
圖6 以開關(guān)為單位建模示意圖
整個建模過程，需要添加很多個開關(guān)，以6個4間隔環(huán)網(wǎng)柜為例，需要添加24個開關(guān)，并對開關(guān)的連接關(guān)系進行設(shè)計，而下面示間圖中以環(huán)網(wǎng)柜為例進行建模，則只需要添加4個環(huán)網(wǎng)柜，且只需要設(shè)計環(huán)網(wǎng)柜間的連接關(guān)系，如下圖所示：
圖7 以環(huán)網(wǎng)柜為單位建模示意圖
3.參數(shù)配置標準化。
將根據(jù)二次接線順序編輯FA設(shè)備信息改為固定FA邏輯中關(guān)于設(shè)備的信息的順序;環(huán)進環(huán)出開關(guān)在FA的編號人為定義改為確定環(huán)進環(huán)出的編號;規(guī)范環(huán)網(wǎng)柜每一回路信息接入數(shù)量、順序、三遙信息及信息的屬性;FA控制器采集電壓電流、開關(guān)位置的信息固定，就可以將其參數(shù)固化進程序，不需要單獨配置;線路綜保投入與FA動作策略關(guān)聯(lián);規(guī)范負荷轉(zhuǎn)代策略。
4.饋線自動化仿真測試。
為降低現(xiàn)場調(diào)試難度，采用FA仿真的方式進行現(xiàn)場故障模擬故障，檢驗FA動作過程及一次開關(guān)的動作情況。該仿真系統(tǒng)的功能主要是在選擇故障點之后，自行判斷哪些開關(guān)會過流，從而模擬現(xiàn)場給予過流信號，然后系統(tǒng)再根據(jù)給的信號進行FA的判斷，完成故障定位，故障隔離，非故障恢復(fù)，以達到FA動作的現(xiàn)場模擬。
5.硬件設(shè)備即插即用
硬件引入一二次成套理念，加大航空接插件和可插接端子的用量，并且做好接口定義，實現(xiàn)硬件接口通用，硬件設(shè)備的即插即用。
(三)推廣性和經(jīng)濟效益
引入國網(wǎng)通用的規(guī)范，確定DTU、環(huán)網(wǎng)柜等的規(guī)范，不標新立異，盡量使用國網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)范，降低推廣的難度，為實現(xiàn)此目的，主要進行了如下的做法。
1.以國網(wǎng)標準4、6間隔為基礎(chǔ)。
以國網(wǎng)標準4、6間隔環(huán)網(wǎng)柜為基礎(chǔ)進行設(shè)計，考慮到目前及分布式FA的特點，其在FTU上使用的概率非常小，從研發(fā)難度和使用上，適當(dāng)取舍，不考慮FTU的使用。
在目前使用的環(huán)網(wǎng)柜中，4、6間隔為使用量*大的環(huán)網(wǎng)柜類型，應(yīng)優(yōu)先考慮，10間隔及以上的環(huán)網(wǎng)柜用量較小，暫不考慮使用分布式FA功能。8間隔環(huán)網(wǎng)柜與6間隔環(huán)網(wǎng)柜功能相似，但相對較用量較少，暫時不考慮，在此項目中，以4、6間隔為基礎(chǔ)。
以國網(wǎng)規(guī)范的4、6間隔為基礎(chǔ)，減少了對現(xiàn)有規(guī)范的更改，避免DTU生產(chǎn)廠家和環(huán)網(wǎng)柜生產(chǎn)廠家大規(guī)模改動現(xiàn)有生產(chǎn)模式，便于引入此項目成果。
2.區(qū)分負荷開關(guān)和全斷路器模式。
區(qū)分負荷開關(guān)和全斷路器模式，使動作策略可滿足不同現(xiàn)場的不同動作要求?；究煞譃椋壕弰痈綦x、緩動恢復(fù)、速動隔離和速動恢復(fù)4種策略，可以滿足絕大多數(shù)的使用現(xiàn)場。
3.降低建模難度和參數(shù)復(fù)雜度。
由于建模難度的降低和參數(shù)復(fù)雜度的減小，對調(diào)試人員的要求也相應(yīng)降低，使用過程中的故障分析等多處以軟件界面處理，避免分析Message格式記錄，方便運維人員分析故障和動作邏輯。
4.增加仿真測試功能降低邏輯測試難度。
使用仿真測試功能，方便調(diào)試人員進行邏輯測試，避免動轍動用多臺繼保測試儀或RTDS進行邏輯測試，減少測試時間，便于現(xiàn)場測試有利于提交調(diào)試效率。
5.提高供電可靠性。
智能分布式FA的推廣，可明顯提高供電可靠性，減少故障停電時間和故障停電范圍，減少運維人員工作量，降低工作強度。
6.對智能分布式FA的推動作用明顯。
目前分布式FA技術(shù)已相對成熟，并且多家企業(yè)已有產(chǎn)品上市，但使用范圍較窄，不能大面積推廣，其原因正如上文所述。
此項目針對上述缺點，進行研究，力爭消除阻擋大面積推廣的各個難點，使智能分布式FA技術(shù)能更廣泛的應(yīng)用。
通過實施此項目，確定比較完善的智能分布式FA技術(shù)規(guī)范，從而引導(dǎo)智能分布式FA健康、規(guī)范、合理的發(fā)展：
1)確定智能分布式FA的故障處理流程;
2)確定智能分布式FA的故障處理策略;
3)確定智能分布式FA的啟動、隔離、恢復(fù)等邏輯過程;
4)統(tǒng)一智能分布式FA在異常情況下的動作方式;
5)統(tǒng)一智能分布式FA與主站的配合方式;
6)統(tǒng)一智能分布式FA的硬件接口。
四、實施效果
智能分布式FA的推廣運用，可明顯改善10千伏配網(wǎng)的自動化水平，降低停電時間，減少故障停電范圍，而此項目將大大降低智能分布式FA的推廣難度，具體來說：
(一)社會效益分析
通過即插即用型智能分布式FA的研發(fā)，大幅減少工程調(diào)試驗收時間、提高工作效率。為建設(shè)“堅強智能電網(wǎng)”提供支持。
一是降低了智能分布式FA的調(diào)試難度，原來配電自動化改造建設(shè)過程中，需要3到5人利用保護測試儀進行各類檢測、進行一、二次設(shè)備聯(lián)調(diào)傳動、進行每個自動化終端的參數(shù)整定，調(diào)試驗收人員技術(shù)要求高，工作復(fù)雜。該項目實施后，2人即可通過模塊化參數(shù)配置、仿真操作實現(xiàn)所有檢測項目的測試*終送電。大大提高了工作效率，減少了停電時間。
二是該項目在上等服務(wù)方面、社會責(zé)任和社會形象方面有著巨大的提升作用。停電時間的降低使用戶滿意度挺高，用戶投訴量減少。尤其在張家口申辦2022年申奧成功后，在政府轉(zhuǎn)變職責(zé)和城市轉(zhuǎn)型過程中，供電企業(yè)擔(dān)負的責(zé)任往往是背后無形的支撐，因此在2020年前，城市電網(wǎng)建設(shè)的標準，會高于其他城市，該項目的實施可以有效支撐城市配電網(wǎng)的發(fā)展和形象提升。
(二)經(jīng)濟效益分析
提高了供電可靠性，增加了供電量。在配電自動化改造過程中，拓撲建模、參數(shù)配置、邏輯測試等占用了改造停電時間超過70%以上的時間，通過該項目的研發(fā)，將此時間縮短至原先的20%左右，可大幅度提高工作效率，增加供電量、降低建設(shè)成本。
按照配電自動化一年增售電量帶來的經(jīng)濟效益計算分析：1000條配電線路按照現(xiàn)有負荷和未來一年內(nèi)增加容量計量，共計約500萬千伏安，每戶每年可減少278.6分鐘停電時間，約4.64小時，每年故障停電減少損失電量約700萬千瓦時。(供電總?cè)萘?停電時間*系數(shù)=停電損失電量)。
