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1、馈线自动化系统文稿归稿存档编号：KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-馈线自动化系统1.概述配电自动化系统简称配电自动化( DA-Di stri-bution Automa t ion)，是对配电网上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成 系统，它是近几年来发展起来的新兴技术领域，是现代计算机及通信技 术在配电网监视与控制上的应用。目前，西方发达工业国家正大力推广 该技术，我国有的供电部门也已经采用或正在积极地调研考察，准备采 用这项技术。按照系统的纵向结构，配电自动化可分为配电管理系统(DMS主站)、变电站自动化、馈电线路自动化、用户自动化(需方
2、管理 DSM)等四个层次的内容。其中，馈电线路自动化系统，简称馈线自动化(FA-Feeder Auto ma ti on)，难度大，涉及的新技术比较多，是提供 供电可靠性的关键。本文将介绍馈线自动化的基本概念、系统结构及其 各个组成部分的功能、作用及技术要求，供有关工作者参考。2馈线自动化简介2.1馈线自动化的定义在工业发达国家的配电网中，广泛采用安装在户外馈电线路上的柱 上开关、分段器、重合器、无功补偿电容器等设备，以减少占地面积与 投资，提高供电的质量、可靠性及灵活性。现在在我国各供电部门占也 愈来愈多地采用线路上的设备。这些线路上的早期设备自动化程度低， 一般都是人工操作控制。随着现代电
3、子技术的进步，人们开始研究如何 应用计算机及通信技术对这些线路上的设备实现远方实时监视、协调及 控制，这样就产生了馈线自动化技术。馈线自动化，又称线路自动化或 配电网自动化，按照国际电气电子工程师协会（IEEE ）对配电自动化的 定义，馈线自动化系统（ FAS-Feeder Automa-tio n System ）是对配电 线路上的设备进行远方实时监视、协调及控制的一个集成系统。 2.2馈线自动化的功能馈线自动化主要有以下几项功能：（ 1 ）数据采集与监控（ SCADA ）就是通常所说的远动，即四遥（遥信、遥测、遥控、遥调）功能。（2）故障定位、隔离及自动恢复供电指线路故障区段 （包括小电流
4、接地故障）的定位与隔离及无故障区 段供电的自动恢复。（3）无功控制指线路上无功补偿电容器组的自动投切控制。2.3馈线自动化的作用馈线自动化在电力系统中起着不可或缺的作用。（1）减少停电时间，提高供电可靠性据统计，故障及计划检修是造成用户停电的两个主要原因。配电网 的传统结构一般采用辐射形配电方式，线路中间没有分段开关，当线路 上某一处故障或进行线路检修时，会造成全线停电。现在城市供电网的 发展方向是采用环网“手拉手”供电方式，并用负荷开关将线路分段， 这样可以做到分段检修，避免因线路检修造成全线停电，而利用馈线自 动化系统，实现线路故障区段的自动定位、隔离，及健康线路的自动恢 复供电，可缩小故
5、障停电范围，减少对用户的停电时间 ，提高供电可靠 性。在图1所示的一个典型的两条线路“手拉手”环网中，当线路中的F 点发生故障时，在变电站内的源端断路器 CB1 两次重合检测出永久故障 后，馈线自动化系统可以确定故障区段，自动地或由调度人员手动遥控 拉开故障点两侧负荷开关S2、S3,接着合上变电站内的源端断路器，再 合上环网上的联络开关St,恢复全部健康线路供电。故障停电时间可压 缩到一、二分钟之内。图1故障定位、隔离及自动恢复供电示意图针对图 1 所示系统，实现馈线自动化后，除本线路段故障外，其他线路段的故障不再会造成长时间停电，因此，平均每一段线路的停电时间也就减少到 1 /4，假定实现馈
6、线自动化前线路平均故障停电时间为 1h,实现馈自动化后，平均故障停电时间约为15min,大大地提高了供电 可靠性。（2）提高供电质量馈线自动化系统可以实时监视线路电压的变化，自动调节变压器输 出电压或投切无功补偿电容器组，保证用户电压符合要求。（3）节省总体投资馈线自动化的投资是大家比较关心的。单纯从一条线路的角度看， 投资是比较大的，但从总体上来看，可节省投资。（4）减少电网运行与检修费用馈线自动化系统对配电线路及设备运行状态进行实时监视，为实现 设备的及时检修创造了条件，这样除了可以减少不必要的停电时间外， 也减少了检修费用。利用馈线自动化提供的数据与资料，可以及时确定 线路故障点及原因，
7、缩短故障修复时间，节省修复费用2.4馈线自动化的发展配电线路（也称馈电线路、馈线）是配电系统的重要组成部分，智 能配电网的研究尚处于摸索阶段，而目前的馈线自动化是智能配电网的 关键和核心。馈线自动化主要指馈线发生故障后，自动地检测并切除故 障区段，进而恢复非故障区段正常供电的一种技术。早期的配电网自动化是人工式的，这里称为模式 1。它由安装在变（配）电站馈线出口处的电流速断保护、出口短路器和安装在其他位置 的负荷开关和故障指示器组成。馈线任意区段故障后，电流速断保护动 作，出口断路器的动作跳闸，根据故障指示器所指示的位置人工拉开两 端的负荷；隔离故障区段，然后再重新闭合短路器恢复未故障部分的供
8、 电。该系统构简单，但是自动化程度低下，停电时间长。上世纪80年代，发达国家出现了利用分段器、重合器等智能开关设 备为标志的第二种馈线自动化模式。在该模式下，故障区段的查找、隔 离和非故障部分的恢复供电是靠分段器、重合器的反复配合动作来自动 实现的，分段器和重合器之间不需要通信，也无需人工干预，是一种比 较合理的馈线自动化模式，并已在我国获得应用。但是，与该模式相对 应的最终故障切除时间长、断路器负担重、无故障部分恢复供电慢。近年来，随着通信技术的快速发展，出现了第三种馈线自动化模式：基于馈线终端单元FTU （Feeder Terminal Unit）和网络通信的馈线 自动化。在该模式下，故障
9、的查出找、隔离以及恢复供电是靠 FTU 采集 故障信息并上传给调度中心，断路器和负荷开关的分合操作是由调度中 心控制的。该模式具有很高的自动化水平，开关只需一次动作，但是它对于通道的依赖性太强。由于系统决策指令由调度中心发出，加之通信通道的延时，非故障区段的恢复时间也长。系统可靠性直接取决于通道的可靠性3馈线自动化系统的构成在实施馈线自动化时，应作为一个集成系统技术来考虑，只考虑单 一的部件、局部的功能是不行的。系统的任何一个环节出现问题都会影 响整体的功能。例如，分段器的操动机构不可靠，即便有再好的 SCADA 监视系统，也达不到可靠控制分段器的目的。国内外的实践都证明了这 一点。馈线自动化
10、系统可分为一次设备、控制箱、分散多点通信、FA控制 主站及SACDA /DMS （配电管理系统）主站等五个层次。图2给出一个典 型的系统的例子，其中FA控制主站可设在变电站内，也可单独设置在主 控制室内。图 2 馈线自动化系统结构3.1一次设备3.1.1开关实现馈线自动化首先要求配电网采用环网、分段供电结构。故障区 段的隔离及恢复供电按顺序重合及 SCADA 监视系统配合遥控负荷开关、 分段器两种方式。采用的开关设备有自动重合器、负荷开关及分段器 等。自动重合器是早期使用得比较多的馈线自动化一次设备。这种开关 应用V-T （电压-时间）配合原理，在配电线路故障后逐个自动重合，若 再次重合到永久
11、性故障，便自动闭锁，隔离故障点。自动重合器的优点 是无需通信设备，这在早期电子、通信设备相对较贵的情况下有利于减 少投资，但用它恢复供电需要较长的时间，对开关开断能力要求高，有 可能多次重合到永久故障点，短路电流对系统冲击较大。众多开关反复 动作及负荷冷起动要从配网上摄取大量功率，给配电网带来了不利影 响。随着电子技术的发展，电子、通信设备的造价愈来愈低，将会广泛 的采用 SCADA 监视系统配合遥控负荷开关、分段器来实现故障区段的定 位、隔离及恢复供电，这样就克服了上述使用重合器方式所带来的缺 点，同时也为实现馈线自动化的其他功能奠定了基础。馈线自动化所选用的负荷开关、分段器要具备电动操作功
12、能。在电 缆线路中采用台式安装方式，而在架空线路上采用柱上安装方式。从实 现故障区段的隔离及恢复供电的功能角度来说，线路开关是在变电站内 断路器切除故障后，线路处于停电状态下操作的，可选用无电流开断能 力的“死”线（deadline）分段开关，以减少开关的投资。3.1.2电压、电流互感 （传感）器传统的电压、电流互感器体积大、成本高，不适于在变电站外的线 路上使用。馈电线路监控系统对电压、电流变换器的负载能力及精度要 求相对较低，一般使用电压、电流传感器装置。这些传感器体积小、造 价低，它们内嵌在绝缘子内，配套安装在柱上开关上或线路开关柜内。 3.2控制箱控制箱起到联结开关与 SCADA 监视
13、系统的桥梁作用。它主要包括的 部件有：（1）开关操动控制电路该电路应具有防止误操作安全闭锁的功能，能够选择遥控或当地手 动操作，并有手动开、合开关按钮，还应 AC 电源或 DC 蓄电池电压指 示。（2）不间断供电电源不间断供电电源为开关操动机构及二次电子设备提供电源，一般是 采用两组 12V 直流可充电蓄电池串联供电。它可由电压传感器（互感 器）的二次侧 100V 交流电充电，也可由 220V 低压电网充电。在交流电 源停电时蓄电池应能维持一段时间的工作。（3）控制箱体在使用台式配电开关柜时，控制箱一般配套安装在柜内或柜体的一 边；在使用柱上开关时，它安装在电力线柱上。控制箱体一般是户外安 装
14、，需要有较强的防腐蚀能力，由自然通风保持内部器件干燥，在气候 特别潮湿的地区，可在箱内装一小功率电加热器，以防止内部器件上凝 露。（4）远方终端（FA-RTU）又称馈线自动化监控器，是馈线自动化系统的一个关键单元。（5）通信终端4几种馈线自动化方式4.1 就地式馈线自动化4.1.1 重合器方式主要依靠自具一定功能的开关本身来完成简单的自动化，它与电源 侧前级开关配合，在线路具备其本身特有的功能特性时，在失压或无流 的情况下自动分闸，达到隔离故障恢复部分供电的目的。这种开关一般或者有“电压 -时间”特性，或者有“过流脉冲计数” 特性。（1）基于重合器与“电压-时间”分段器方式的馈线自动化基于电压
15、延时方式，对于分段点位置的开关，在正常运行时开关为 合闸状态，当线路因停电或故障失压时，所有的开关失压分闸。在第一 次重合后，线路分段一级一级地投入，投到故障段后线路再次跳闸，故 障区段两侧的开关因感受到故障电压而闭锁，当站内断路器再次合闸 后，正常区间恢复供电，故障区间通过闭锁而隔离。而对于联络点位置的开关，在正常时感受到两侧有电压时为常开状 态，当一侧电源失压时，该联络开关开始延时进行故障确认，在延时时 间完成后，联络开关投入，后备电源向故障线路的故障后端正常区间恢 复供电。两侧同时失压时，开关为闭锁状态。（2）基于重合器与“过流脉冲计数”分段器方式的馈线自动化当发生故障时重合器跳闸，分段
16、器维持在合闸位置，但是经历了故 障电流的分段器的过流脉冲计数器加一，若计数值达到规定值，则该分 段器在无电流间隙分断，当重合器再次重合时，即达到隔离故障区段和 恢复健全区段供电的目的。案例：在处理如图2所示配电网结构，A为重合器，B、C、D为过电流脉冲 计数分段器，其计数次数均整定为 2 次。正常运行时，重合器A，分段器B、C、D均为合，当C之后的区段发 生故障时，重合器A跳闸，分段器C计过电流一次，由于没有达到事先 整定的2次，因此分段器保持合闸，经过一段时间后，重合器进行第一 次重合。若为瞬时性故障，重合成功，恢复系统正常供电，再经过一段 确定的时间（与整定有关）后，分段器C的过电流计数值清零，又恢复 至其初始状态，为下一次做好准备；若为永久性故障，再次重合到故障
