架空線饋線自動化在國內(nèi)配電自動化建設(shè)試點中主要是以主站集中式為主，在國外架空線路以智能分布式的饋線自動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)，對架空線路智能分布式饋線自動化方案進(jìn)行深入的探究。

根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計技術(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(或開關(guān)站)引出，通過聯(lián)絡(luò)開關(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。每一個分段由多個柱上開關(guān)(圖中FB1、FB2、FB3)分隔為多個供電區(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)中性點經(jīng)小電阻接地。正常運行時，LB1、LB2、LB3等聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于熱備用狀態(tài)，配網(wǎng)開環(huán)運行;當(dāng)架空線故障后，非故障段需恢復(fù)供電時，通過閉合聯(lián)絡(luò)開關(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化終端FTU，F(xiàn)TU通過光纖工業(yè)以太網(wǎng)互相通信，交換電流和開關(guān)狀態(tài)信息;每個FTU控制一臺開關(guān)設(shè)備，聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩端需安裝備自投檢測電壓的壓變。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關(guān)狀態(tài)信息判斷、定位故障，鄰近故障點上游的斷路器直接跳閘并經(jīng)延時后重合閘。若是瞬時故障，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，跳開故障點下游開關(guān)隔離故障，然后聯(lián)絡(luò)開關(guān)按設(shè)定的時間優(yōu)先級自投，恢復(fù)故障點下游段供電。整個過程故障點上游不停電。

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

1.2 邏輯處理過程：

(1)架空線主干線發(fā)生故障，處理過程如下：(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，故障電流依次流過開關(guān)CB1 和FB1;

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

3)故障跳閘階段：FB1 處FTU 檢測出故障位于開關(guān)FB1 與FB2 之間后，啟動開關(guān)FB1 保護(hù)跳閘，切除故障;

4)重合閘階段：經(jīng)過設(shè)定的重合閘延時后，開關(guān)FB1 重合閘。若故障為瞬時性，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FB2跳閘故障隔離，開關(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)開關(guān)LB2、LB3 處FTU 接收到故障隔離成功信息，并檢測到聯(lián)絡(luò)開關(guān)兩端“一側(cè)有壓，一側(cè)無壓”后，同時啟動備自投，設(shè)定備自投延時短的聯(lián)絡(luò)開關(guān)(即較高優(yōu)先級)首先閉合，恢復(fù)開關(guān)FB2 下游區(qū)段供電，延時長的聯(lián)絡(luò)開關(guān)即檢測到聯(lián)絡(luò)開關(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：支接線路開關(guān)ZB1 下游發(fā)生短路故障，故障電流依次流過主干線開關(guān)CB1、FB1、FB2 和支線開關(guān)ZB1;

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

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

4)重合閘階段：經(jīng)過設(shè)定的重合閘延時后，ZB1 處FTU 啟動重合閘，ZB1 開關(guān)重新閉合。若支線故障為瞬時性故障，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

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

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

分支線路開關(guān)設(shè)備配置：同主干線路;

聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)備配置：FTU、以太網(wǎng)交換機(jī)、斷路器及操動機(jī)構(gòu)、流變、檢壓壓變(兩個)、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。主干線路瞬時故障幾乎不停電;永久性故障，故障點上游不停電，下游短暫停電。

(2)故障定位速度：毫秒級故障定位

(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