李劍峰,宋 丹

（1.東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006 2.東北電網(wǎng)有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110006）

至1998年底,農(nóng)村電網(wǎng)已覆蓋全國(guó)95%以上人口,縣及以下行政區(qū)年用電量4 593.6億kW?h,占全社會(huì)總用電量的40%以上。農(nóng)村鄉(xiāng)、村、戶(hù)通電率分別為99.19%、98.11%、96.88%[1]。到1999年農(nóng)村用電量達(dá)到4 982億kW?h,比1998年增長(zhǎng)8.31%,占社會(huì)總用電量的41.2%[2]。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和物質(zhì)生活水平的提高,農(nóng)村用電量仍呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),對(duì)供電的質(zhì)量和可靠性的要求也越來(lái)越高。配電網(wǎng)自動(dòng)化是提高供電可靠性的一種重要技術(shù)手段,實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化是配電網(wǎng)自動(dòng)化的核心內(nèi)容。配電網(wǎng)自動(dòng)化在一定意義上指的就是饋線自動(dòng)化。在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中,饋線自動(dòng)化對(duì)于提高農(nóng)村供電可靠性、減少停電面積和縮短停電時(shí)間具有深遠(yuǎn)的意義。

饋線自動(dòng)化具有基于重合器饋線自動(dòng)化和基于FTU饋線自動(dòng)化兩種模式,在農(nóng)村具體實(shí)現(xiàn)采用哪種模式有必要進(jìn)行詳細(xì)的探討。

1 饋線自動(dòng)化的兩種模式

1.1 基于重合器饋線自動(dòng)化

基于重合器饋線自動(dòng)化模式主要依靠裝設(shè)在變電站出線端的重合器、配電網(wǎng)中的分段器及柱上開(kāi)關(guān)等具有一定智能的硬件設(shè)備,通過(guò)開(kāi)關(guān)功能和保護(hù)時(shí)間配合,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的自動(dòng)診斷、隔離故障區(qū)段和恢復(fù)健全區(qū)域供電的目的。

根據(jù)檢測(cè)電氣量的不同,可分為電流型方案和電壓型方案。電流型方案是采用重合器與重合器或重合器與電流脈沖型分段器相配合,檢測(cè)饋線電流進(jìn)行控制和保護(hù);電壓型方案是采用重合器與電壓—時(shí)間型分段器相配合,檢測(cè)饋線電壓為依據(jù)進(jìn)行控制和保護(hù)。

a.重合器與重合器配合方式。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),離故障最近且有故障電流流過(guò)的重合器先斷開(kāi),經(jīng)一段時(shí)間后進(jìn)行第二次閉合;若為瞬時(shí)性故障閉合成功,若為永久性故障,重復(fù)前面過(guò)程。當(dāng)過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)次數(shù)達(dá)到預(yù)先設(shè)定值自動(dòng)閉鎖,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到一側(cè)失壓,達(dá)到一定時(shí)間閉合,按照上述判定故障過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離和恢復(fù)非故障區(qū)的供電。

b.重合器與時(shí)間型分段器配合方式。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)重合器跳閘,分段器維持在合閘位置,但經(jīng)歷了故障電流的分段器的過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)器加一,經(jīng)一段時(shí)間后重合器進(jìn)行第二次重合;若為瞬時(shí)性故障閉合成功,若為永久性故障,重復(fù)前面過(guò)程。當(dāng)重合器斷開(kāi)次數(shù)達(dá)到預(yù)先整定次數(shù)后自動(dòng)閉鎖,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)檢則到一側(cè)失壓,達(dá)到一定時(shí)間閉合,按照上述判定故障過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離和恢復(fù)非故障區(qū)的供電。

c.重合器與電壓—時(shí)間型分段器配合方式。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)重合器跳閘,隨后沿線分段器因失壓而跳閘,經(jīng)一段時(shí)間后重合器進(jìn)行第二次重合,沿線分段器依次順序自動(dòng)合閘;若為瞬時(shí)性故障閉合成功,若為永久性故障,重合器第二次跳閘,并將與故障區(qū)段相連的分段器閉鎖在分閘位置,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到一側(cè)失壓,達(dá)到一定時(shí)間閉合,按照上述判定故障過(guò)程實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的隔離和恢復(fù)非故障區(qū)的供電。每種配合方式詳細(xì)工作過(guò)程參閱文獻(xiàn)[3]。

1.2 基FTU饋線自動(dòng)化

基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式和基于FTU遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式是基于FTU饋線自動(dòng)化的兩種方案。

a.基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式。采用具有電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的負(fù)荷開(kāi)關(guān)或環(huán)網(wǎng)柜作為饋線分段開(kāi)關(guān),同時(shí)配置FTU饋線智能控制終端,通過(guò)對(duì)等通信方式,FTU把故障后的開(kāi)關(guān)狀態(tài)及記錄信息傳送給相鄰開(kāi)關(guān)的FTU,經(jīng)FTU智能判斷,識(shí)別故障區(qū)段,并自動(dòng)隔離故障,自動(dòng)恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。

如圖1所示,CB1、CB2為變電站10 kV出線斷路器,S1,S2,S3,S4,S5為饋線自動(dòng)分段開(kāi)關(guān)（S3為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)斷狀態(tài)）。正常情況下L1, L2,L3線段由CB1供電,L4,L5,L6線段由CB2供電,S3為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于開(kāi)斷狀態(tài)。

圖1 基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式

設(shè)L2出現(xiàn)持久性故障,CB1斷開(kāi)后第一次重合不成功又跳開(kāi),S1的FTU記錄了2次失壓、2次故障電流,經(jīng)一定延時(shí)S1斷開(kāi),S2的FTU記錄2次失壓（無(wú)故障電流）,經(jīng)過(guò)延時(shí)S2跳開(kāi),通過(guò)對(duì)等通信方式,各自將FTU記錄的狀態(tài)向相鄰開(kāi)關(guān)傳送。當(dāng)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)S3的FTU收到各開(kāi)關(guān)記錄狀態(tài)時(shí),分析相鄰開(kāi)關(guān)S2的記錄,若只是失壓而斷開(kāi),則判斷故障不在L3區(qū)段,S3的FTU發(fā)出S3合閘命令,同時(shí)把S3的狀態(tài)向相鄰開(kāi)關(guān)傳送。S1, S2的FTU分別檢出相鄰的記錄有差異,S1有2次故障電流,S2只有失壓,則判斷故障在L2區(qū)段, S1,S2保持?jǐn)嚅_(kāi)位置,經(jīng)一定延時(shí),CB1重合,恢復(fù)對(duì)L1供電,完成故障自動(dòng)隔離和自動(dòng)恢復(fù)非故障段的供電過(guò)程。

b.基于FTU遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式。通過(guò)FTU分別采集相應(yīng)柱上開(kāi)關(guān)的運(yùn)行情況,如負(fù)荷、電壓、功率和開(kāi)關(guān)當(dāng)前位置、貯能完成情況等,并將上述信息經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送遠(yuǎn)方配電自動(dòng)化控制中心,FTU還可以接受配網(wǎng)自動(dòng)化控制中心下達(dá)的命令進(jìn)行相應(yīng)的遠(yuǎn)方倒閘操作,以?xún)?yōu)化配網(wǎng)的運(yùn)行方式。在故障發(fā)生時(shí),FTU記錄下故障前及故障時(shí)的重要信息（最大故障電流和故障前的負(fù)荷電流、最大故障功率等）,將信息傳至配電自動(dòng)化控制系統(tǒng),經(jīng)分析后確定故障區(qū)段和最佳供電恢復(fù)方案,以遙控方式隔離故障區(qū)段、恢復(fù)健全區(qū)段供電。

圖2為基于FTU遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式的簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)示意圖。CB1,CB2為變電站10 kV出線斷路器, S1,S2,S3,S4,S5為饋線自動(dòng)分段開(kāi)關(guān)。正常情況下L1,L2,L3線段由CB1供電;L4,L5,L6線段由CB2供電;S3為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)正常時(shí)處于開(kāi)斷狀態(tài),使配電網(wǎng)運(yùn)行在環(huán)網(wǎng)開(kāi)環(huán)狀態(tài);遠(yuǎn)方控制站（主站）具有接收FTU信息、分析計(jì)算、向FTU發(fā)送控制命令等功能。若L2段饋線發(fā)生永久性故障,由斷路器CB1的一次重合功能檢測(cè)出永久性故障,同時(shí)FTU將故障的測(cè)量結(jié)果送到控制站。由于S1處FTU檢測(cè)到故障電流,S2處FTU檢測(cè)不到故障電流,所以控制站可以確定S1、S2之間為故障區(qū),自動(dòng)遙控分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)S1、S2,閉合斷路器CB1及聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)S3,完成故障區(qū)域L2的隔離及其他非故障區(qū)域供電的恢復(fù)。

圖2 基于FTU遠(yuǎn)方集中監(jiān)控模式簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)示意圖

2 饋線自動(dòng)化模式的比較

基于重合器和分段器的配合方式,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建設(shè)費(fèi)用低及不需要通信設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。但也有不足之處：在進(jìn)行故障隔離時(shí),變電站出線端需要進(jìn)行多次重合閘,對(duì)系統(tǒng)和一次設(shè)備沖擊較大且切斷故障時(shí)間較長(zhǎng);依靠重合器保護(hù)整條饋線,降低了系統(tǒng)的可靠性;故障時(shí)重合器跳閘造成了非故障區(qū)的停電,擴(kuò)大了故障范圍;在非正常運(yùn)行方式下,因與分段開(kāi)關(guān)常規(guī)整定不符,需重新設(shè)置定值,非常不方便。

基于重合器與重合器配合方式當(dāng)故障發(fā)生時(shí),不會(huì)影響?zhàn)伨€健全區(qū)段供電的連續(xù)性,停電時(shí)間也較短,供電的質(zhì)量和可靠性得到了很大的提高。由于重合器需多次重合才能隔離故障,對(duì)系統(tǒng)和一次設(shè)備沖擊較大;由于重合器之間保護(hù)的配合靠延時(shí)實(shí)現(xiàn),分段越多保護(hù)級(jí)差越難配合;重合器價(jià)格比較高,投資比較大。

基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式克服了基于重合器饋線自動(dòng)化的缺點(diǎn),采用智能終端FTU之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,判斷、隔離故障區(qū)域及恢復(fù)健全區(qū)域非常迅速,對(duì)一次設(shè)備和系統(tǒng)的沖擊小,雖然增加了智能終端FTU,但成本與基于重合器的饋線自動(dòng)化相比并沒(méi)有增加。

基于FTU遠(yuǎn)方集中控制模式能夠快速一次性切斷故障,快速恢復(fù)供電,有效地提高了供電質(zhì)量和可靠性。但該方案對(duì)配電網(wǎng)通信的依賴(lài)性太強(qiáng),通信系統(tǒng)或控制中心發(fā)生故障時(shí)將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓,失去故障隔離和恢復(fù)供電的功能。

3 我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r

我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)20世紀(jì)60年代開(kāi)始起步建設(shè),但由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)的重視不夠,建設(shè)資金投入不足,造成農(nóng)網(wǎng)發(fā)展非常滯后。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,農(nóng)村用電量增長(zhǎng)很快,農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展迅速,但農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)仍然非常薄弱,其特點(diǎn)是用戶(hù)分散,負(fù)荷密度小,輸配電線路長(zhǎng),布局不合理,卡脖子線路、迂回線路普遍存在,導(dǎo)線截面積小,設(shè)備陳舊,網(wǎng)損較大,電能質(zhì)量及用電可靠性差,供電能力自動(dòng)化水平較低[5]。為了促進(jìn)農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,從1998年開(kāi)始國(guó)家投資1 800億對(duì)農(nóng)村電網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)與改造,農(nóng)村電力事業(yè)得到前所未有的發(fā)展。農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、布局較為合理,農(nóng)網(wǎng)安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性及其自動(dòng)化程度有了很大的提高。線損明顯下降,農(nóng)網(wǎng)的供電質(zhì)量和供電能力顯著提高,基本滿(mǎn)足了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。2004年度,農(nóng)村電網(wǎng)供電可靠性達(dá)到99.3%,比1998年的94%提高5個(gè)百分點(diǎn),農(nóng)網(wǎng)綜合電壓合格率達(dá)到95%,比1998年的85%提高10個(gè)百分點(diǎn);農(nóng)村綜合線損率由1998年的15%下降到7.8%,低壓線損率由23.5%下降到12%左右。

4 饋線自動(dòng)化發(fā)展模式的選擇

根據(jù)饋線自動(dòng)化模式的比較和我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)發(fā)展?fàn)顩r,基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)饋線自動(dòng)化模式是農(nóng)村配網(wǎng)自動(dòng)化未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)的發(fā)展方向。

a.基于重合器饋線自動(dòng)化模式已經(jīng)不能滿(mǎn)足農(nóng)村現(xiàn)狀。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)農(nóng)村采用的配網(wǎng)自動(dòng)化模式是基于重合器饋線自動(dòng)化,判斷、隔離、恢復(fù)故障區(qū)域的供電所需時(shí)間長(zhǎng)。隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,物質(zhì)文化生活水平的提高,特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的崛起,對(duì)用電的質(zhì)量及其可靠性的要求也越來(lái)越高,這種在農(nóng)村長(zhǎng)期使用的饋線自動(dòng)化模式的缺陷日益明顯,制約著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

b.基于FTU遠(yuǎn)方集中控制饋線自動(dòng)化模式不適合我國(guó)農(nóng)村發(fā)展的現(xiàn)狀。這種饋線自動(dòng)化模式能夠極大地提高供電質(zhì)量和供電可靠性,能夠優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行模式。但要實(shí)現(xiàn)這種模式的饋線自動(dòng)化,需要進(jìn)行巨大的設(shè)備投資和通信網(wǎng)建設(shè)費(fèi)用,對(duì)于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)仍舊比較薄弱的農(nóng)村,這種巨額費(fèi)用難以承擔(dān)。另外,農(nóng)村電網(wǎng)的特點(diǎn)是用戶(hù)比較分散、負(fù)荷密度小、輸配電線路非常長(zhǎng),不便于進(jìn)行遠(yuǎn)方集中控制。

c.在農(nóng)村發(fā)展基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的饋線自動(dòng)化模式好處多。這種饋線自動(dòng)化模式與基于重合器的饋線自動(dòng)化模式相比具有明顯的優(yōu)越性。判定、隔離、恢復(fù)故障區(qū)域供電的時(shí)間短,顯著提高了供電質(zhì)量和供電可靠性;增加FTU和通信線的費(fèi)用對(duì)于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的農(nóng)村可以承擔(dān);這種模式的饋線自動(dòng)化使用了遠(yuǎn)方終端設(shè)備FTU,滿(mǎn)足了農(nóng)村配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展的需要,當(dāng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件及客觀條件允許時(shí),只需要在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加通信設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)集中遠(yuǎn)方控制的饋線自動(dòng)化模式。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,對(duì)供電質(zhì)量和供電可靠性要求越來(lái)越高,農(nóng)村實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化勢(shì)在必行。基于FTU點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信模式的饋線自動(dòng)化能夠滿(mǎn)足農(nóng)村的現(xiàn)狀及其未來(lái)配網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的需要,是未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)農(nóng)村實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動(dòng)化的立足點(diǎn),對(duì)提高農(nóng)村供電質(zhì)量和供電可靠性及滿(mǎn)足農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 張英書(shū),蔣連海.農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造[M].北京：中國(guó)電力出版社,1999.

[2] 王衛(wèi)星.農(nóng)村電力系統(tǒng)[M].廣州：廣東高等教育出版社,2005.

[3] 苗俊杰,李 娟等.配網(wǎng)自動(dòng)化中故障處理模式的分析比較[J].電工技術(shù)雜志,2003,22（3）：17-20.

[4] 劉 健等編著.城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造指南[M].北京：中國(guó)電力出版社,2001.

[5] 夏媚珠,韓昆侖,吳 青.我國(guó)城市及農(nóng)村配電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的探討[J].廣西電力,2003,26（4）：52-54.