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              • 頭條10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施
                2021-07-19 作者:秦明輝 葛林 陳雷剛  |  來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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                導語饋線自動化技術作為10kV配網線路中最重要的技術之一,它有效提高配電網的供電質量,保證供電的可靠性??拼笾悄茈姎饧夹g有限公司的研究人員秦明輝、葛林、陳雷剛,在2020年第6期《電氣技術》雜志上撰文,對10kV配網線路中饋線自動化技術原理及故障處理方案進行分析,并對應用測試中遇到的問題以及解決措施進行探討。

                隨著我國配電網智能化的快速發展,饋線自動化技術作為重要的技術支撐,對保證配電網供電可靠性有著重要作用,因此對饋線自動化技術展開研究及探討具有重要的實際意義。

                本文就國網定義的配網就地型饋線自動化技術的功能原理進行分析,結合具備饋線自動化功能的饋線終端裝置(feeder terminal unit, FTU),設計符合規范標準的功能實現方案,并結合方案搭建符合規范的饋線自動化測試系統,重點對饋線自動化技術測試過程中遇到的問題以及對應的解決措施進行了深入探討。

                1 饋線自動化技術簡介

                饋線自動化(feeder automation, FA)具備監測及控制配電線路運行狀態的功能,能夠準確迅速地定位和隔離故障區間,并完成非故障區間的恢復供電。FA可以完成配網故障的迅速報告、迅速診斷、迅速定位、迅速隔離以及迅速修復,降低排除故障的成本以及時間,有效地提高了配電網的供電可靠性以及供電質量。本文主要針對就地型FA中的自適應綜合型邏輯進行研究。

                2 自適應綜合型FA技術實現方案

                2.1 自適應綜合型饋線終端保護原理

                下面依據標準Q/GDW 1382—2013《配電自動化技術導則》《就地型饋線自動化技術原則》、IEC 60870 5 104《遠動設備及系統傳輸規約用IEC 60870 5 101標準的網絡訪問》,針對自適應綜合型饋線終端FTU保護原理進行說明,并結合時序圖進行展現。

                自適應綜合型饋線終端FTU依據雙側失壓分閘、單側來電合閘的規范標準,配合短路故障與接地故障監測技術以及故障路徑先行處理的保護控制策略,結合變電站出線斷路器二次重合閘,實現配電網的故障切除以及自適應隔離非故障區間。

                自適應綜合型饋線自動化是就地型FA控制策略中最佳的故障復電方案之一,從經濟因素考慮其優點在于投資少、見效快、易實施,從技術因素考慮其優點[11]在于不依賴通信、不依賴主站、維護工作少等。

                按照規范導則,結合具備自適應綜合型FA功能的FTU終端,以FTU對應開關類型配置為分段模式為例,給出自適應綜合型FA單個節點的保護原理圖。

                1)依據“無壓分閘”的規范要求,雙側失壓分閘原理如圖1所示,圖中T1為變電站短路跳閘延時。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖1 雙側失壓原理圖

                2)依據“來電延時合閘”的規范要求,單側來電合閘(有故障記憶)原理如圖2所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖2 單側來電合(有故障記憶)原理圖

                3)依據“來電延時合閘”的規范要求,單側來電合閘(無故障記憶)原理如圖3所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖3 單側來電合(無故障記憶)原理圖

                4)反向閉鎖(X時限閉鎖)原理如圖4所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖4 反向閉鎖(X時限閉鎖)原理圖

                5)正向閉鎖(Y時限閉鎖)原理如圖5所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖5 正向閉鎖(Y時限閉鎖)原理圖

                2.2 自適應綜合型饋線自動化技術實現方案

                下面依據《就地型饋線自動化技術原則》和上述規范標準分析,設計符合標準的自適應綜合型饋線自動化技術實現方案。

                依據技術原則設計典型配網線路拓撲圖,以主干線短路故障為例,分析自適應綜合型饋線自動化短路故障處理的技術實現方案。

                FS3與FS4間發生永久性故障,在FS1—FS3檢測到故障電流并且記憶,如圖6所示。其中CB為變電站出線開關,具備時限保護和重合功能,FS為分段開關,YS為用戶分界開關,LSW為聯絡開關。此例中FS均配置為分段模式,YS均配置為分界模式,拓撲圖中開關黑色為閉合狀態,無色為斷開狀態,除CB以外其他所有類型開關均配備FTU。

                變電站出口斷路器CB經保護延時分閘,依據圖1對應的規范標準,分段開關FS1—FS7雙側失壓,同時時間超過雙側失壓跳延時后分閘,用戶分界開關YS1—YS4雖失壓,但其沒有檢測到故障電流,所以仍保持合閘狀態,如圖7所示。

                等待延時達到一次重合閘延時時間,CB啟動第一次重合閘。依據圖2對應的規范標準,由于FS1—FS3之前檢測到故障電流,其單側來電合閘時間為X時限。依據圖3對應的規范標準,由于FS4—FS7無故障電流記憶,其單側有壓合閘為長延時(單側有壓合閘無故障長延時時間+X時限)。則CB一次重合閘后,FS1、FS2、FS3依次合閘,如圖8所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖6 永久性短路故障

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖7 CB第一次跳閘

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖8 CB一次重合閘

                FS3合閘后,此時故障仍然存在,CB會再次保護跳閘。依據圖5對應的規范標準,FS3由于Y時限內失壓,所以FS3分閘并正向閉鎖;依據圖4對應的規范標準,FS4由于X時限內失壓,所以FS4保持分閘,并反向閉鎖,如圖9所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖9 FS3合于故障側

                延時達到二次重合閘延時時間,CB啟動第二次重合閘,CB合閘后FS1、FS2、FS5、FS6、FS7依次單側來電,延時合閘恢復供電。

                3 自適應綜合型FA測試系統

                自適應綜合型饋線自動化功能投運前,需要對FTU終端參數進行配置,并進行測試驗證。傳統的人工測試時會遇到一些問題,包括二次終端與開關聯調易受環境限制、測試環境不靈活、系統內故障觸發不同步導致的邏輯異常、系統各節點開關動作結果不便于判定以及測試效率低等,都會對FA測試產生影響。因此,設計并搭建合適的測試系統是保證FA功能可靠性以及提高測試效率的重要方式。

                3.1 測試環境配置

                測試環境配置包括FTU終端、故障同步裝置、模擬開關、網絡交換機、前置服務器和仿真測試平臺。將仿真測試平臺接入測試系統,通過IEC 60870 5 104《遠動設備及系統傳輸規約用IEC 60870 5 101標準的網絡訪問》建立仿真平臺與FTU間的通信,從而實現通信報文交互。自適應綜合型饋線自動化功能測試系統的測試環境配置原理如圖10所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖10 測試環境配置原理圖

                3.2 測試網絡配置

                饋線網絡配置依據的是前文2.2中自適應綜合型技術實現方案,包括1臺變電站出線開關、7臺主干線分段開關、4臺用戶分界開關以及2臺聯絡開關,除變電站出線開關以外,對其他所有類型開關均配備FTU。饋線網絡配置如圖11所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖11 饋線網絡配置

                3.3 測試系統應用

                結合測試環境配置以及饋線網絡配置,測試系統的搭建如圖12所示。各臺FTU均被連接至網絡交換機,依據IEC 60870 5 104《遠動設備及系統傳輸規約用IEC 60870 5 101標準的網絡訪問》標準規約與平臺進行通信。各臺故障觸發裝置同樣通過網絡交換機與平臺進行通信,實現平臺對故障發生裝置的遠程控制。

                在本自適應綜合型FA測試系統中,設計模擬開關代替一次開關設備。模擬開關體積小,具備自保持功能及硬遙信節點,實現模擬斷路器的功能。應用時將FTU終端的遙控端子與模擬開關的遙信端子對應連接,同時將FTU終端的遙信端子與模擬開關的遙控端子對應連接,其原理如圖13所示。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖12 測試系統原理圖

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                圖13 模擬開關原理圖

                當模擬開關收到遙信變位、即FTU終端的遙控信號時,模擬開關輸出遙控信號。應用中對應關系為:當模擬開關遙信1變位、即FTU終端輸出遙控合閘信號時,模擬開關輸出遙控1合(常閉觸點);當模擬開關遙信2變位,模擬開關輸出遙控1分(常開觸點)。

                通過模擬開關可以解決自適應綜合型邏輯測試時一、二次設備聯調易受環境限制的問題。使用模擬開關調試,方便搭建靈活的測試環境,同時成本較低,并且實用性強。

                在自適應綜合型饋線自動化功能測試過程中,若各節點故障施加不同步,則無法正確測試并驗證FA邏輯功能。測試過程對故障同步的要求極高。為解決系統測試中故障同步問題,本文搭建的FA測試系統引入平臺對多臺故障觸發裝置的遠程同步控制功能,每臺故障同步觸發裝置連接一臺或兩臺FTU終端,用于輸出模擬量及序列,通過平臺系統拓撲圖自定義短路或接地故障位置。

                確定故障點后,各臺故障同步觸發裝置通過編寫好的方案,同步施加對應節點的故障序列,從而通過FA測試系統,實現自適應綜合型饋線自動化故障同步觸發的功能,有效模擬現場故障的發生。

                對于自適應綜合型饋線自動化功能測試結果驗證環節,傳統方法是通過人為逐個查看各節點開關的位置狀態,這不便于判定系統保護動作的正確性,且測試效率較低。本文搭建的FA測試系統可以直觀地查看各節點開關位置,同時通過仿真平臺的智能判定算法,實現FA功能的自動化測試及測試結果的自動判定,大幅度提高了測試效率。

                仿真平臺與各FTU終端通過標準IEC 60870 5 104規約進行通信,FTU與平臺三遙點表保持一致,通過平臺同步施加典型故障到被測系統中,依據前文2.1節中對自適應綜合型饋線終端原理分析,FTU終端FA功能啟動后,正常觸發保護邏輯時,均主動上送相應的遙信變位信息。

                此時仿真平臺通過接收到的各臺FTU關鍵時間節點上送的事件順序記錄(sequence of event, SOE)信息,更新系統拓撲中對應的開關位置狀態,并通過智能算法對FTU終端的故障處理信息進行自動化判斷,從而實現FTU終端FA功能正確性的自動化檢定的功能。

                3.4 測試結果分析

                依據本文中自適應綜合型技術的實現方案,通過設計的FA測試系統分別對典型故障進行測試。各節點FTU終端均投入自適應綜合型FA功能,終端參數配置與平臺一致,雙側失壓跳延時時間為3s,X時限為7s,Y時限為5s,單側有壓合閘無故障長延時時間為50s。通過測試系統模擬了FS2和FS3之間的主干線永久性故障,測試記錄見表1。

                10kV配網自適應綜合型饋線自動化技術的測試問題及解決措施

                表1 主干線永久性短路故障

                通過FA測試系統成功對各臺FTU終端動作結果進行了判定,并最終給出正確的結論。依據規范標準,本文測試系統高效地完成FA方案的測試工作,判定結論準確有效。

                4 結論

                在自適應綜合型饋線自動化技術實現方案的測試中,對測試的靈活性以及多樣性有著較高的要求。饋線自動化功能邏輯較復雜,搭建一個合適的FA測試系統,制定有效的測試方法,可以保證系統整體功能測試的準確性及高效率。通過以上措施搭建自適應綜合型饋線自動化測試系統,引入智能算法自動判定測試結果,使得測試更加高效和靈活。

                該FA測試系統操作簡易且低成本,可以在保證測試FA功能覆蓋率及準確性的同時,有效縮短測試周期和測試投資。這種測試饋線自動化技術的有效手段,對促進饋線自動化技術的發展具備現實意義。

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