DQZHAN訊:智能配電網靈活分布式自動化技術**
按照《國網運檢部關于做好“十三五”配電自動化建設應用工作的通知》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。其中張家口供電公司在市區(qū)深化配電自動化應用，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《國網運檢部關于做好“十三五”配電自動化建設應用工作的通知》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。其中張家口供電公司在市區(qū)深化配電自動化應用，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)段恢復供電無需要人工干預;
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，但目前在國網范圍內的推廣運用并不成功，經過冀北公司2年多的探索應用，通過在19條線路的運行經驗，總結出以下幾點原因制約智能分布式FA的推廣：
適應性差。智能分布式模式只能適用于固定的網絡拓撲，一旦調試完成，其拓撲即固定，修改拓撲復雜;
維護、配置過程復雜，調試工作量大。以冀北公司的現(xiàn)場經驗，每一個環(huán)的調試時間不少于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試。通過調研上海公司智能分布式FA的使用情況，每個環(huán)的調試時間也在5到7個工作日，由此可見，調試復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。對調試人員專業(yè)要求較高，普通自動化人員無法完成調試，甚至后期維護都必須設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)驗證復雜，無法通過單點進行連鎖功能調試。例如調試時需要使用多臺設備在一個比較大的場地內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)和故障產生時的線路情況，而上海公司則是在電科院專門設置實驗室，使用RTDS進行仿真測試，整個邏輯功能測試非常復雜。
造成上述缺點的原因較多，但總結無非以下三點：一是不同現(xiàn)場實際情況的復雜性，二是一次側設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即插即用的設計要求，饋線自動化設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、仿真調試、硬件設備即插即用7個效果。
三、內涵和做法
(一)內涵
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)域及恢復非故障區(qū)域供電，并將故障處理的結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，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)域自動完成負荷轉代。300毫秒完成故障隔離，秒級完成負荷轉代。
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、EPON網實現(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，能夠實現(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保護動作并且開關分閘成功。
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無故障，則故障點位于下側，自身無故障且上級開關有故障，則故障點位于上側。此時故障隔離策略為跳開故障點兩側開關?？傮w來說，就是本身有故障且下級開關無故障或本身無故障但上級開關有故障，則需要跳開開關進行隔離。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，即可進行恢復操作，具體邏輯如下圖所示：
圖5 智能分布式FA恢復邏輯
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，適當做出取舍，以國網公司確定的4、6間隔環(huán)網柜為設計基礎，以環(huán)網柜為建模*小單位，改變以往以開關為*小單位建模、一條線路幾十個開關的情況，大大減少了建模工作量。同時，由于以環(huán)網柜為*小建模單位，則拓撲更改也更為簡單。
以下圖為例：
圖6 以開關為單位建模示意圖
整個建模過程，需要添加很多個開關，以6個4間隔環(huán)網柜為例，需要添加24個開關，并對開關的連接關系進行設計，而下面示間圖中以環(huán)網柜為例進行建模，則只需要添加4個環(huán)網柜，且只需要設計環(huán)網柜間的連接關系，如下圖所示：
圖7 以環(huán)網柜為單位建模示意圖
3.參數(shù)配置標準化。
將根據二次接線順序編輯FA設備信息改為固定FA邏輯中關于設備的信息的順序;環(huán)進環(huán)出開關在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動作策略關聯(lián);規(guī)范負荷轉代策略。
4.饋線自動化仿真測試。
為降低現(xiàn)場調試難度，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，自行判斷哪些開關會過流，從而模擬現(xiàn)場給予過流信號，然后系統(tǒng)再根據給的信號進行FA的判斷，完成故障定位，故障隔離，非故障恢復，以達到FA動作的現(xiàn)場模擬。
5.硬件設備即插即用
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，硬件設備的即插即用。
(三)推廣性和經濟效益
引入國網通用的規(guī)范，確定DTU、環(huán)網柜等的規(guī)范，不標新立異，盡量使用國網現(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.以國網標準4、6間隔為基礎。
以國網標準4、6間隔環(huán)網柜為基礎進行設計，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，適當取舍，不考慮FTU的使用。
在目前使用的環(huán)網柜中，4、6間隔為使用量*大的環(huán)網柜類型，應優(yōu)先考慮，10間隔及以上的環(huán)網柜用量較小，暫不考慮使用分布式FA功能。8間隔環(huán)網柜與6間隔環(huán)網柜功能相似，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。
以國網規(guī)范的4、6間隔為基礎，減少了對現(xiàn)有規(guī)范的更改，避免DTU生產廠家和環(huán)網柜生產廠家大規(guī)模改動現(xiàn)有生產模式，便于引入此項目成果。
2.區(qū)分負荷開關和全斷路器模式。
區(qū)分負荷開關和全斷路器模式，使動作策略可滿足不同現(xiàn)場的不同動作要求。基本可分為：緩動隔離、緩動恢復、速動隔離和速動恢復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)復雜度。
由于建模難度的降低和參數(shù)復雜度的減小，對調試人員的要求也相應降低，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技術已相對成熟，并且多家企業(yè)已有產品上市，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技術能更廣泛的應用。
通過實施此項目，確定比較完善的智能分布式FA技術規(guī)范，從而引導智能分布式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)，大幅減少工程調試驗收時間、提高工作效率。為建設“堅強智能電網”提供支持。
一是降低了智能分布式FA的調試難度，原來配電自動化改造建設過程中，需要3到5人利用保護測試儀進行各類檢測、進行一、二次設備聯(lián)調傳動、進行每個自動化終端的參數(shù)整定，調試驗收人員技術要求高，工作復雜。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方面、社會責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，在政府轉變職責和城市轉型過程中，供電企業(yè)擔負的責任往往是背后無形的支撐，因此在2020年前，城市電網建設的標準，會高于其他城市，該項目的實施可以有效支撐城市配電網的發(fā)展和形象提升。
(二)經濟效益分析
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、降低建設成本。
按照配電自動化一年增售電量帶來的經濟效益計算分析：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。(供電總容量*停電時間*系數(shù)=停電損失電量)。
