1、現(xiàn)有配電自動化系統(tǒng)存在的技術(shù)難題
1)配網(wǎng)上傳統(tǒng)電流保護存在的難題。
(1)特點：多開關(guān)串聯(lián)使用時，定值配合困難，線路上斷路器不當斷路器使用。(2)問題：變電站出線斷路器跳閘→停電時間長，停電范圍擴大;獨立單元保護，只根據(jù)本地電流決定保護響應(yīng)，不關(guān)心相鄰開關(guān)的保護動作情況。
2)線路上的故障處理采取集中控制處理模式。(1)特點：故障處理依賴主站、依賴通道。(2)問題：處理時間長、系統(tǒng)可靠性低。(3)最終現(xiàn)狀：大多數(shù)沒有投入運行。
3)傳統(tǒng)的分段器/重合器方案：不利用信道交換信息，動作效率不高。
2、網(wǎng)絡(luò)式保護：保護快速性和選擇性的完美統(tǒng)一
1)各開關(guān)檢測結(jié)果的有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)通信共享，實現(xiàn)各保護之間的協(xié)調(diào)和配合。
2)配電線路發(fā)生故障時，離故障點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
1)綜合電壓分段器、電流分段器、重合器等優(yōu)點，同時檢測并利用電流、電壓信號。
2)通道完好時，利用通道交互信息，靈活進行故障處理。
3)通道異常時，依靠各個開關(guān)的整定功能，仍可實現(xiàn)自動的故障隔離和負荷轉(zhuǎn)供。
4、網(wǎng)絡(luò)式保護——概述
網(wǎng)絡(luò)式保護采用對等式的通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)生故障時，線路上的開關(guān)控制器之間互相通信，收集相鄰開關(guān)的故障信息，分析定位得出故障的具體位置，進而控制距離故障點最近的開關(guān)跳閘。
對等式網(wǎng)絡(luò)保護采用了一種全新的保護配合思路，能盡可能地縮小故障影響的用戶范圍，并避免了傳統(tǒng)保護中電流和時間級差配合實現(xiàn)困難的問題。
根據(jù)當前配電網(wǎng)的運行方式，對等式網(wǎng)絡(luò)保護算法分為對等式網(wǎng)絡(luò)保護的開環(huán)模式和對等式網(wǎng)絡(luò)保護的閉環(huán)模式兩種。網(wǎng)絡(luò)式保護可根據(jù)開關(guān)類型不同，整定不同的功能。因此，網(wǎng)絡(luò)式保護具有很好的適用性。
5、開環(huán)模式下網(wǎng)絡(luò)式保護原理
系統(tǒng)開環(huán)運行時，網(wǎng)絡(luò)拓撲為樹狀結(jié)構(gòu)，故障電流流經(jīng)的線路為從電源到故障點的一條路徑。故障區(qū)段必定位于從電源到末梢方向的最后一個經(jīng)歷了故障電流的開關(guān)和第一個未經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間。對于對等式網(wǎng)絡(luò)保護的開環(huán)模式，主要的判據(jù)來源是開關(guān)本身及其相鄰開關(guān)的故障狀態(tài)，即：故障末端的開關(guān)除自身感受過流，其相鄰的開關(guān)只有一個開關(guān)(上游開關(guān))會經(jīng)歷故障電流。
動作相量J=(SOF LOF ROF)，對于保護區(qū)域內(nèi)每一個處于閉合狀態(tài)的開關(guān)，開關(guān)滿足下列條件，判定為故障末端，應(yīng)跳閘隔離故障。普通開關(guān)：自身感受到故障電流;相鄰開關(guān)中有且只有一個感受到故障電流;=(1，1，0)或J=(1，0，1)。
故障區(qū)段自動隔離及自動轉(zhuǎn)供：
1)“聯(lián)鎖失電延時分閘閉鎖”功能：當普通開關(guān)失電、同時收到相鄰開關(guān)故障跳閘信息，本開關(guān)聯(lián)鎖分閘并閉鎖，自動隔離故障區(qū)段。
2)“檢閉鎖單側(cè)失壓延時合閘”功能：聯(lián)絡(luò)開關(guān)檢測到任何一側(cè)失壓后，與相鄰開關(guān)通信，若相鄰開關(guān)因故障而跳閘，說明故障區(qū)段緊鄰聯(lián)絡(luò)開關(guān)，則聯(lián)絡(luò)開關(guān)維持分閘狀態(tài)并閉鎖;若相鄰開關(guān)沒有故障跳閘信息，則說明故障不在緊鄰聯(lián)絡(luò)開關(guān)的區(qū)段，連絡(luò)開關(guān)自動延時合閘，從而實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)移供電。
6、閉環(huán)模式下網(wǎng)絡(luò)式保護原理
合環(huán)運行下的供電網(wǎng)絡(luò)，以一個開關(guān)及其相鄰開關(guān)為研究對象，根據(jù)與基爾霍夫電流定律類似的原理，在一個節(jié)點(或區(qū)域)，其流入和流出的電流相等。在某一開關(guān)和與其相鄰的開關(guān)所組成的區(qū)域中，當有一個大電流從某一個開關(guān)流入該區(qū)域時，則必有一個大電流流出該區(qū)域，如果未有大電流從另一個開關(guān)流出，則必定有故障點在該區(qū)域內(nèi)。
動作相量J=(SOF IOFOOF)，對于保護區(qū)域內(nèi)的每一個處于閉合狀態(tài)的開關(guān)，滿足下列條件，判定為故障末端，應(yīng)跳閘隔離故障。普通開關(guān)：1)自身感受到故障電流;2)有故障電流流入本區(qū)域，而沒有故障電流流出本區(qū)域;J=(1，1，0)。
7、網(wǎng)絡(luò)式保護容錯方案
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。本方案針對上述情況，設(shè)計了一整套容錯方案，當系統(tǒng)中任何節(jié)點或裝置對外的通信通道喪失或異常后，自動啟動容錯方案，通過容錯方案的一些列功能的自動啟動執(zhí)行，確保故障區(qū)段最終能夠被有效隔離，聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動轉(zhuǎn)移供電。
容錯方案將使用到以下一些列功能：“得電重合”功能;“重合成功短時閉鎖保護”功能;“合到故障后快速跳閘”功能;“失電延時分閘不閉鎖”功能;“聯(lián)鎖失電延時分閘(閉鎖)”功能;“殘壓脈沖分閘閉鎖”功能;“單側(cè)失壓延時合閘”功能。
8、網(wǎng)絡(luò)式保護功能的特點
網(wǎng)絡(luò)式采用對等式的通信網(wǎng)絡(luò)，令終端之間互相通信，發(fā)生故障時，終端之間通過故障信息共享來收集相鄰終端的信息，分析定位得出故障的具體位置，進而控制距離故障點最近的開關(guān)速斷跳閘。網(wǎng)絡(luò)式保護具有以下特點：
1)選擇性：控制故障點最近的斷路器速斷跳閘，隔離故障;
2)快速性：不依賴主站/子站，縮短了故障處理時間，50-60ms保護出口;100ms隔離故障;
3)自動隔離和轉(zhuǎn)供：在開環(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，能夠自動完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓撲;
4)自動容錯：某一個(或多個)通道故障時，網(wǎng)絡(luò)式保護根據(jù)容錯方案完成故障的定位、隔離和轉(zhuǎn)供;
5)靈活—混合組網(wǎng)：針對不同開關(guān)類型可整定不同功能，支持斷路器和負荷開關(guān)混合組網(wǎng)的線路模式。
9、就地智能功能—無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合，可以采用不依賴通信通道的分布式智能就地控制，以“電壓-電流-時限(V-I-T)”型算法為基礎(chǔ)，多路開關(guān)上的智能終端通過相互配合，實現(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)式保護容錯方案的特例。該方案有以下先進之處：
1)利用了電壓和電流兩個信號作為故障段的判據(jù)，充分考慮了故障后線路失壓和過流次序和規(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)開關(guān)位置的影響。
2)當利用負荷開關(guān)組網(wǎng)時，線路上各個開關(guān)按預(yù)先整定的功能相互配合自動隔離故障、自動進行故障后網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);當利用斷路器組網(wǎng)時，能夠發(fā)揮斷路器的開斷和重合能力，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”功能使故障點負荷側(cè)的開關(guān)提前分閘閉鎖，避免另一側(cè)電源向故障線路轉(zhuǎn)供電時受到短路沖擊和不必要的停電。
10、智能終端—就地自動控制智能功能
就地自動控制功能如下：失電延時分閘;得電延時合閘;單側(cè)失壓延時合閘;合到故障分閘閉鎖/合到故障啟動保護;短時閉鎖失壓分閘/短時閉鎖保護;殘壓脈沖閉鎖;雙側(cè)電壓禁止合閘;過流脈沖計數(shù)M次分閘閉鎖，應(yīng)用于分支線路負荷開關(guān);遙控/手動分閘閉鎖得電合;邏輯自動復(fù)歸;聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動判斷。
11、網(wǎng)絡(luò)式保護實用化應(yīng)用應(yīng)考慮的各方面因素
為保證項目完成后具有普遍推廣意義，項目研究過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：多電源開環(huán)運行;多電源閉環(huán)(含分布式電源);全斷路器;斷路器、負荷開關(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);無高速通道或無通道的系統(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)及儲能裝置接入對配網(wǎng)保護的影響
1)通過研究各類分布式電源的運行機制、故障特性，得出如下結(jié)論：在配電網(wǎng)絡(luò)中接入多個分布式電源，對正常保護運行的影響主要體現(xiàn)在對故障電流大小和方向的改變，而故障電流大小決定了保護的啟動及動作時間。
2)將目前的分布式電源按故障電流輸出能力進行劃分，可分為兩類：一類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%以內(nèi)，代表產(chǎn)品為光伏類逆變電源;另一類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)電機類小型水電站等。
3)具有網(wǎng)絡(luò)式保護功能的配電終端，可以解決帶有分布式電源的配電網(wǎng)絡(luò)保護動作配合問題。對于短路電流較小的電源系統(tǒng)(稱為1類電源)，其對主環(huán)保護啟動電流的影響可以忽略，通過改變并網(wǎng)開關(guān)的保護動作時間即可與主環(huán)保護進行配合。對于短路電流很大的電源系統(tǒng)(稱為2類電源)可將其作為一個主電源，與主環(huán)線路組成閉環(huán)運行方式，按照網(wǎng)絡(luò)式保護閉環(huán)動作原理動作。
13、配網(wǎng)故障自愈處理過程的三個階段
1)故障發(fā)生瞬間，故障的開斷和清除。網(wǎng)絡(luò)式保護在40毫秒內(nèi)保護出口，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。智能終端速斷保護跳閘的同時將跳閘信息發(fā)送給相鄰開關(guān)，故障點后的開關(guān)短時間內(nèi)(最短100ms，累計200ms)跳閘。處于分閘狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)收到該故障隔離信息，則啟動合閘功能，以恢復(fù)非故障區(qū)域供電(最短2s)。
3)故障處理的第三個階段是故障點的定位和排除故障。一系列在線安裝和運行智能短路、接地二合一的故障檢測、指示的自組網(wǎng)故障指示器，能夠自動組成一個信息網(wǎng)絡(luò)、自動路由，無線通信將故障信息通過中繼器上傳至智能終端，配合實現(xiàn)分支線路的精確故障定位。(作者系北京科銳配電自動化股份有限公司副總經(jīng)理)