1、現(xiàn)有配電自動(dòng)化系統(tǒng)存在的技術(shù)難題

　　1)配網(wǎng)上傳統(tǒng)電流保護(hù)存在的難題。

　　(1)特點(diǎn)：多開(kāi)關(guān)串聯(lián)使用時(shí)，定值配合困難，線路上斷路器不當(dāng)斷路器使用。(2)問(wèn)題：變電站出線斷路器跳閘→停電時(shí)間長(zhǎng)，停電范圍擴(kuò)大;獨(dú)立單元保護(hù)，只根據(jù)本地電流決定保護(hù)響應(yīng)，不關(guān)心相鄰開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作情況。

　　2)線路上的故障處理采取集中控制處理模式。(1)特點(diǎn)：故障處理依賴(lài)主站、依賴(lài)通道。(2)問(wèn)題：處理時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)可靠性低。(3)最終現(xiàn)狀：大多數(shù)沒(méi)有投入運(yùn)行。

　　3)傳統(tǒng)的分段器/重合器方案：不利用信道交換信息，動(dòng)作效率不高。

　　2、網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)：保護(hù)快速性和選擇性的完美統(tǒng)一

　　1)各開(kāi)關(guān)檢測(cè)結(jié)果的有關(guān)信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信共享，實(shí)現(xiàn)各保護(hù)之間的協(xié)調(diào)和配合。

　　2)配電線路發(fā)生故障時(shí)，離故障點(diǎn)最近的斷路器速斷跳閘，把故障影響限制在最小范圍。

　　3、分布式智能的特點(diǎn)

　　1)綜合電壓分段器、電流分段器、重合器等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)檢測(cè)并利用電流、電壓信號(hào)。

　　2)通道完好時(shí)，利用通道交互信息，靈活進(jìn)行故障處理。

　　3)通道異常時(shí)，依靠各個(gè)開(kāi)關(guān)的整定功能，仍可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

　　4、網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)——概述

　　網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)采用對(duì)等式的通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生故障時(shí)，線路上的開(kāi)關(guān)控制器之間互相通信，收集相鄰開(kāi)關(guān)的故障信息，分析定位得出故障的具體位置，進(jìn)而控制距離故障點(diǎn)最近的開(kāi)關(guān)跳閘。

　　對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)采用了一種全新的保護(hù)配合思路，能盡可能地縮小故障影響的用戶(hù)范圍，并避免了傳統(tǒng)保護(hù)中電流和時(shí)間級(jí)差配合實(shí)現(xiàn)困難的問(wèn)題。

　　根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)算法分為對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的開(kāi)環(huán)模式和對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的閉環(huán)模式兩種。網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)可根據(jù)開(kāi)關(guān)類(lèi)型不同，整定不同的功能。因此，網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)具有很好的適用性。

　　5、開(kāi)環(huán)模式下網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)原理

　　系統(tǒng)開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇闃?shù)狀結(jié)構(gòu)，故障電流流經(jīng)的線路為從電源到故障點(diǎn)的一條路徑。故障區(qū)段必定位于從電源到末梢方向的最后一個(gè)經(jīng)歷了故障電流的開(kāi)關(guān)和第一個(gè)未經(jīng)歷故障電流的開(kāi)關(guān)之間。對(duì)于對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的開(kāi)環(huán)模式，主要的判據(jù)來(lái)源是開(kāi)關(guān)本身及其相鄰開(kāi)關(guān)的故障狀態(tài)，即：故障末端的開(kāi)關(guān)除自身感受過(guò)流，其相鄰的開(kāi)關(guān)只有一個(gè)開(kāi)關(guān)(上游開(kāi)關(guān))會(huì)經(jīng)歷故障電流。

　　動(dòng)作相量J=(SOF LOF ROF)，對(duì)于保護(hù)區(qū)域內(nèi)每一個(gè)處于閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)滿(mǎn)足下列條件，判定為故障末端，應(yīng)跳閘隔離故障。普通開(kāi)關(guān)：自身感受到故障電流;相鄰開(kāi)關(guān)中有且只有一個(gè)感受到故障電流;=(1，1，0)或J=(1，0，1)。

　　故障區(qū)段自動(dòng)隔離及自動(dòng)轉(zhuǎn)供：

　　1)“聯(lián)鎖失電延時(shí)分閘閉鎖”功能：當(dāng)普通開(kāi)關(guān)失電、同時(shí)收到相鄰開(kāi)關(guān)故障跳閘信息，本開(kāi)關(guān)聯(lián)鎖分閘并閉鎖，自動(dòng)隔離故障區(qū)段。

　　2)“檢閉鎖單側(cè)失壓延時(shí)合閘”功能：聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)檢測(cè)到任何一側(cè)失壓后，與相鄰開(kāi)關(guān)通信，若相鄰開(kāi)關(guān)因故障而跳閘，說(shuō)明故障區(qū)段緊鄰聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，則聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)維持分閘狀態(tài)并閉鎖;若相鄰開(kāi)關(guān)沒(méi)有故障跳閘信息，則說(shuō)明故障不在緊鄰聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的區(qū)段，連絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)延時(shí)合閘，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)移供電。

　　6、閉環(huán)模式下網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)原理

　　合環(huán)運(yùn)行下的供電網(wǎng)絡(luò)，以一個(gè)開(kāi)關(guān)及其相鄰開(kāi)關(guān)為研究對(duì)象，根據(jù)與基爾霍夫電流定律類(lèi)似的原理，在一個(gè)節(jié)點(diǎn)(或區(qū)域)，其流入和流出的電流相等。在某一開(kāi)關(guān)和與其相鄰的開(kāi)關(guān)所組成的區(qū)域中，當(dāng)有一個(gè)大電流從某一個(gè)開(kāi)關(guān)流入該區(qū)域時(shí)，則必有一個(gè)大電流流出該區(qū)域，如果未有大電流從另一個(gè)開(kāi)關(guān)流出，則必定有故障點(diǎn)在該區(qū)域內(nèi)。

　　動(dòng)作相量J=(SOF IOFOOF)，對(duì)于保護(hù)區(qū)域內(nèi)的每一個(gè)處于閉合狀態(tài)的開(kāi)關(guān)，滿(mǎn)足下列條件，判定為故障末端，應(yīng)跳閘隔離故障。普通開(kāi)關(guān)：1)自身感受到故障電流;2)有故障電流流入本區(qū)域，而沒(méi)有故障電流流出本區(qū)域;J=(1，1，0)。

　　7、網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)容錯(cuò)方案

　　考慮到配電系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)容易受到外力破壞，而導(dǎo)致通信異常。本方案針對(duì)上述情況，設(shè)計(jì)了一整套容錯(cuò)方案，當(dāng)系統(tǒng)中任何節(jié)點(diǎn)或裝置對(duì)外的通信通道喪失或異常后，自動(dòng)啟動(dòng)容錯(cuò)方案，通過(guò)容錯(cuò)方案的一些列功能的自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)行，確保故障區(qū)段最終能夠被有效隔離，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)轉(zhuǎn)移供電。

　　容錯(cuò)方案將使用到以下一些列功能：“得電重合”功能;“重合成功短時(shí)閉鎖保護(hù)”功能;“合到故障后快速跳閘”功能;“失電延時(shí)分閘不閉鎖”功能;“聯(lián)鎖失電延時(shí)分閘(閉鎖)”功能;“殘壓脈沖分閘閉鎖”功能;“單側(cè)失壓延時(shí)合閘”功能。

　　8、網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能的特點(diǎn)

　　網(wǎng)絡(luò)式采用對(duì)等式的通信網(wǎng)絡(luò)，令終端之間互相通信，發(fā)生故障時(shí)，終端之間通過(guò)故障信息共享來(lái)收集相鄰終端的信息，分析定位得出故障的具體位置，進(jìn)而控制距離故障點(diǎn)最近的開(kāi)關(guān)速斷跳閘。網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)具有以下特點(diǎn)：

　　1)選擇性：控制故障點(diǎn)最近的斷路器速斷跳閘，隔離故障;

　　2)快速性：不依賴(lài)主站/子站，縮短了故障處理時(shí)間，50-60ms保護(hù)出口;100ms隔離故障;

　　3)自動(dòng)隔離和轉(zhuǎn)供：在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中完成故障區(qū)域隔離后，能夠根據(jù)自愈邏輯完成非故障區(qū)域的供電恢復(fù);閉環(huán)系統(tǒng)中準(zhǔn)確隔離故障區(qū)段，故障處理結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，能夠自動(dòng)完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓?fù)?

　　4)自動(dòng)容錯(cuò)：某一個(gè)(或多個(gè))通道故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)根據(jù)容錯(cuò)方案完成故障的定位、隔離和轉(zhuǎn)供;

　　5)靈活—混合組網(wǎng)：針對(duì)不同開(kāi)關(guān)類(lèi)型可整定不同功能，支持?jǐn)嗦菲骱拓?fù)荷開(kāi)關(guān)混合組網(wǎng)的線路模式。

　　9、就地智能功能—無(wú)通道情況下的特殊應(yīng)用

　　分布智能方案為了普遍適用性，對(duì)于配網(wǎng)系統(tǒng)中某些區(qū)域不具備光纖等高速通信通道的場(chǎng)合，可以采用不依賴(lài)通信通道的分布式智能就地控制，以“電壓-電流-時(shí)限(V-I-T)”型算法為基礎(chǔ)，多路開(kāi)關(guān)上的智能終端通過(guò)相互配合，實(shí)現(xiàn)區(qū)段故障定位、隔離和非故障區(qū)域的供電恢復(fù)。它是網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)容錯(cuò)方案的特例。該方案有以下先進(jìn)之處：

　　1)利用了電壓和電流兩個(gè)信號(hào)作為故障段的判據(jù)，充分考慮了故障后線路失壓和過(guò)流次序和規(guī)律，制訂全面的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)方案。該方案的參數(shù)配置不受線路分段數(shù)目和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)位置的影響。

　　2)當(dāng)利用負(fù)荷開(kāi)關(guān)組網(wǎng)時(shí)，線路上各個(gè)開(kāi)關(guān)按預(yù)先整定的功能相互配合自動(dòng)隔離故障、自動(dòng)進(jìn)行故障后網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);當(dāng)利用斷路器組網(wǎng)時(shí)，能夠發(fā)揮斷路器的開(kāi)斷和重合能力，迅速切斷并隔離故障，恢復(fù)非故障線路供電。

　　3)采用“殘壓檢測(cè)”功能使故障點(diǎn)負(fù)荷側(cè)的開(kāi)關(guān)提前分閘閉鎖，避免另一側(cè)電源向故障線路轉(zhuǎn)供電時(shí)受到短路沖擊和不必要的停電。

　　10、智能終端—就地自動(dòng)控制智能功能

　　就地自動(dòng)控制功能如下：失電延時(shí)分閘;得電延時(shí)合閘;單側(cè)失壓延時(shí)合閘;合到故障分閘閉鎖/合到故障啟動(dòng)保護(hù);短時(shí)閉鎖失壓分閘/短時(shí)閉鎖保護(hù);殘壓脈沖閉鎖;雙側(cè)電壓禁止合閘;過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)M次分閘閉鎖，應(yīng)用于分支線路負(fù)荷開(kāi)關(guān);遙控/手動(dòng)分閘閉鎖得電合;邏輯自動(dòng)復(fù)歸;聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)判斷。

　　11、網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)實(shí)用化應(yīng)用應(yīng)考慮的各方面因素

　　為保證項(xiàng)目完成后具有普遍推廣意義，項(xiàng)目研究過(guò)程中考慮的因素如下。

　　1)適應(yīng)配網(wǎng)的各種網(wǎng)絡(luò)模式：多電源開(kāi)環(huán)運(yùn)行;多電源閉環(huán)(含分布式電源);全斷路器;斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)混合組網(wǎng)。

　　2)不同區(qū)域的差別：有高速通行通道的系統(tǒng);無(wú)高速通道或無(wú)通道的系統(tǒng)適用性(GPRS等);分支故障精確定位。

　　3)系統(tǒng)的容錯(cuò)性：通道異常情況下的系統(tǒng)可用性(光纖和光設(shè)備故障)。

　　12、分布式電源、微網(wǎng)及儲(chǔ)能裝置接入對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響

　　1)通過(guò)研究各類(lèi)分布式電源的運(yùn)行機(jī)制、故障特性，得出如下結(jié)論：在配電網(wǎng)絡(luò)中接入多個(gè)分布式電源，對(duì)正常保護(hù)運(yùn)行的影響主要體現(xiàn)在對(duì)故障電流大小和方向的改變，而故障電流大小決定了保護(hù)的啟動(dòng)及動(dòng)作時(shí)間。

　　2)將目前的分布式電源按故障電流輸出能力進(jìn)行劃分，可分為兩類(lèi)：一類(lèi)為故障電流輸出能力很小(最大僅為其額定值的1.2~1.5倍)，一般值為主環(huán)額定電流10%以?xún)?nèi)，代表產(chǎn)品為光伏類(lèi)逆變電源;另一類(lèi)為故障電流輸出接近其額定容量電流的20倍，故障電流很大，代表為同步發(fā)電機(jī)類(lèi)小型水電站等。

　　3)具有網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)功能的配電終端，可以解決帶有分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)動(dòng)作配合問(wèn)題。對(duì)于短路電流較小的電源系統(tǒng)(稱(chēng)為1類(lèi)電源)，其對(duì)主環(huán)保護(hù)啟動(dòng)電流的影響可以忽略，通過(guò)改變并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間即可與主環(huán)保護(hù)進(jìn)行配合。對(duì)于短路電流很大的電源系統(tǒng)(稱(chēng)為2類(lèi)電源)可將其作為一個(gè)主電源，與主環(huán)線路組成閉環(huán)運(yùn)行方式，按照網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)閉環(huán)動(dòng)作原理動(dòng)作。

　　13、配網(wǎng)故障自愈處理過(guò)程的三個(gè)階段

　　1)故障發(fā)生瞬間，故障的開(kāi)斷和清除。網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)在40毫秒內(nèi)保護(hù)出口，100ms完成故障切除。

　　2)故障處理的第二階段：故障區(qū)段的隔離和是非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。智能終端速斷保護(hù)跳閘的同時(shí)將跳閘信息發(fā)送給相鄰開(kāi)關(guān)，故障點(diǎn)后的開(kāi)關(guān)短時(shí)間內(nèi)(最短100ms，累計(jì)200ms)跳閘。處于分閘狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)收到該故障隔離信息，則啟動(dòng)合閘功能，以恢復(fù)非故障區(qū)域供電(最短2s)。

　　3)故障處理的第三個(gè)階段是故障點(diǎn)的定位和排除故障。一系列在線安裝和運(yùn)行智能短路、接地二合一的故障檢測(cè)、指示的自組網(wǎng)故障指示器，能夠自動(dòng)組成一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)路由，無(wú)線通信將故障信息通過(guò)中繼器上傳至智能終端，配合實(shí)現(xiàn)分支線路的精確故障定位。(作者系北京科銳配電自動(dòng)化股份有限公司副總經(jīng)理)