一个国外已运行的配电自动化系统黄兵　吴成东　曾乃鸿摘　要　介绍了美国长岛电力公司（LILCO）一个成功的配电网馈线自动化系统；阐述了其故障检测、自动分段、故障隔离、非故障段自动恢复供电的功能实现方法；分析了1994年～1998年该系统的应用效果，说明配电自动化系统对供电网的安全运行起着重要作用，对我国配电自动化建设具有借鉴作用。
关键词　配电网　自动化　自动分段　自动恢复
分类号　TM764ADISTRIBUTIONNETWORKAUTOMATIONSYSTEMOPERATEDINAMERICAHuangBing，WuChengdong
WesconControlsShanghaiInc.，200233，Shanghai，ChinaZengNaihong
EastChinaElectricPowerDispatchingCenter，200002，Shanghai，ChinaAbstract　AsuccessfuldistributionnetworkautomationsysteminLongIslandLightingCompany(LILCO)oftheUnitedStatesisintroduced.Thefunctionsoffaultdetection,automaticsectionalization,faultisolationandautomaticrestorationofpowersupplyinthenon-broken-downsectionsaredescribed.Theeffectsofsystemapplicationfrom1994to1998areanalyzed.Theimportanceofdistributionnetworkautomationsystemtothesecureoperationofpowersupplynetworkispresented,anditcanbeusedasthereferenceoftheconstructionofdistributionnetworkautomationinChina.
Keywords　distributionnetwork　automation　automaticsectionalization　automaticrestoration0　引言
　　配电网馈线自动化是配网系统提高供电可靠性最直接、最有效的技术手段。目前国内许多供电局都在开展配电网馈线自动化工作。这是一项投资巨大、设备使用环境恶劣、技术构成复杂的系统工程，涉及到电力系统自动化的许多领域，无论是进行系统规划还是在具体实施时，都将会遇到许多问题。在当前国际、国内配电自动化领域尚无统一标准，国内缺乏成熟产品和成功经验的情况下，借鉴国外的成功经验，并加以消化、吸收，将对我国配电自动化建设起到推动作用。
　　本文重点介绍一个成功的配电自动化系统典范——美国长岛电力公司(LILCO)配电自动化系统^［1］。该公司从1994年开始在GE-Harris公司的支持下用850个DARTRTU和无线数字电台组成了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配电网馈线自动化系统，在4年内避免了595675个用户的停电事故(根据美国事故统计标准，对用户停电达到或超过5min就是停电事故)，并因此获得了IEEEDA/DSM大奖。1　长岛电力公司配电自动化系统简介
　　美国纽约长岛电力公司为100万人口提供服务，共有750条馈线，其中绝大部分为架空线路，这些线路经常受到雷击、冰雹、飓风等的影响，引起短路故障。通过对客户停电分析，一条主要线路的故障大约会引起2000个客户停电。为了减少这些故障，长岛电力公司采取了许多方法，包括砍树、安装避雷针、安装包线和绝缘材料等，这些方法可减少停电故障，但还不能达到满意的服务水平。为了进一步提高供电可靠性，纽约长岛电力公司实现了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配电网馈线自动化系统。整个系统大致经历了3个阶段，主要有：自动化分段，引入通信和SCADA系统，非故障段自动恢复供电。图1是长岛电力公司配电网馈线自动化系统示意框图。图1　配电网馈线自动化示意框图
Fig.1　Schematicdiagramofdistributionautomation2　自动化分段算法实现
2.1　故障检测算法
　　早在1980年，长岛电力公司安装了400多个带无线电控制的柱上开关，主要包括中压真空开关和电流互感器等设备。安装了这些设备之后，缩短了故障时间，但故障发生频率没有减小。为了进一步提高配电自动化系统的性能，需要有智能的远端馈线监控单元(FTU)，能够检测永久性负荷侧故障，并在变电站断路器闭锁之前断开负荷开关，以便实现自动分段的功能。长岛电力公司选择了GE-Harris公司的配电网馈线自动化专用设备DARTRTU(FTU)，它可以从开关的电流互感器、电压互感器交流二次侧直接接入，并控制执行相应程序规定的跳闸和重合命令。DART有一个故障检测算法，可以检测和区分出包括永久性故障、瞬时性故障、负荷过流3个级别的故障，分别如下。
　　第1级：当出现永久性故障时，离故障点电源侧最近的DARTRTU检测出故障，并按预置程序控制DART所在断路器(重合器)跳闸，断路器一次或多次重合失败后，断路器(重合器)跳闸闭锁切除故障，并由DART发出跳闸闭锁告警信息，要求组织检修以恢复对故障线路的供电。
　　第2级：当线路出现瞬时短路或接地故障时，离故障点电源侧最近的DART检测出故障，并按预置程序控制DART所在断路器(重合器)跳闸，断路器一次或多次重合成功后，恢复供电。同时DART发出跳闸、重合闸成功信息，反映由小动物或树枝引起的接地式瞬间短路故障已清除，不影响供电，但仍需巡线查看现场是否有危险的遗留物件需清除。
　　第3级：当线路过负荷，但尚不太影响线路安全运行时，DART检测到电流超过预置值，发出过负荷告警信息，引起运行人员注意。
2.2　自动分段算法
　　在故障检测算法的基础上，开发了一套FTU自动分段算法，不需要通信网络也可以应用。当线路发生故障时，产生短路电流，然后出线保护动作，变电站断路器跳闸，重合闸。如果为永久性故障，保护再次动作。FTU检测到过流、失压的条件，利用自动分段算法使流过故障电流的开关跳闸，自动切断故障区域。然后变电站断路器再次重合闸，变电站和第1个分段开关之间的非故障段线路恢复供电，减少停电区域，实现故障线路的自动分段隔离。见图2。图2　电源侧断路器(重合器)两次重合闸成功时序图
Fig.2　Timesequenceofsuccessfulbreakertripreclosingfortwotimes2.3　应用效果
　　长岛电力公司安装了850个带有自动分段算法FTU的开关之后，使受主要线路停电影响的客户数量减少了25，也就是说，在1995年1月～1996年6月的18个月内，使24万客户免遭停电事故的影响。3　SCADA系统实现
　　为了进一步发挥FTU的功能，并对FTU进行遥控，实时监控配电网的状态，系统中安装了基于PC机的SCADA系统。这个系统是基于和自动分段开关通信的基础上开发的，主站系统能够发遥控命令，并对开关进行控制。在这个系统中，计算机主站系统直接对FTU的信息采用DNP3.0规约^［2］通过无线电进行通信，采取集中控制方式。SCADA系统提供电压、电流、功率因数、负荷值和其他为最优化配电网络系统使用的实时量。在配电通信系统自动化中，长岛电力公司选用了无线数字电台通信。整个系统共安装了850个无线数字电台，和850个开关相配合。4　自动恢复算法实现
4.1　利用D200通信前置机实现自动恢复算法
　　在实现上述FTU本身具有的自动分段功能和SCADA功能后，当许多条线路同时出现故障时(比如在雷击情况下)，就会产生故障处理速度慢、效率低的问题。为了实现完整、快速的配电自动化功能，对非故障区域进行自动恢复供电，新开发的自动恢复算法满足了上述需要。为了进一步提高系统性能，在系统中引进了通信前置机D200，具体为：
　　a.D200通过通信媒介和FTU通信(一般采用DNP3.0规约)，另一方面D200和主站SCADA进行通信，把FTU的数据传送至主站。与RTU通信，或与主站通信，可采用不同的通信规约，D200可进行自动转换。为配电自动化系统的通信规约兼容和系统的进一步扩充打下基础。
　　b.在D200中自动恢复算法用梯形逻辑控制编程(PLC)，大大减少了自动恢复供电的时间，据统计，采用这种方法，非故障段自动恢复时间在[1][2]下一页