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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:54:12
一种新型电压式馈线自动化方案焦振有1，栾涌泉2，马千3，宋天祥3(1.东北电力学院电力系，吉林吉林132012；2.沈阳热电厂科技处，
辽宁沈阳110026；3.本溪电业局，辽宁本溪117001)摘要：提出一种电压—时延式馈线自动化方案，该方案采用断路器做分段开关，根据馈线故障后的电压的大小确定各FTU的动作时间，并对可能出现较长延时的情况进行时间上的补偿，进而确保快速切除故障。该方案能够在没有通信支持的情况下完成馈线自动化的功能，也可以作为基于通信的集中式馈线自动化的后备方案。
关键词：馈线自动化；FTU1引言
馈线自动化是配电自动化的核心，是配电自动化的最主要的控制功能。随着配电自动化技术的应用与发展，馈线自动化的原理及实现方式发生了一定的变化，经历了以下四个发展阶段：(1)传统的重合器方式，此阶段已经成为历史；(2)基于通信的集中控制自动化，目前在国内的大量试点中得到应用；(3)集中控制与分散控制结合的混合控制方式，此阶段的前提是断路器在配网中的广泛应用：(4)完全下放的分散式就地保护控制方式，此阶段有可能成为今后的馈线自动化的主流方式。
在阶段3与阶段4中，配电自动化系统依赖于FTU之间局部通信以及全网通信的集中式自动化方案。通信水平的提高决定了自动化实现的形式和实现层次，同时也大大提高了配电网自动化的系统集成程度。基于全网通信方式的SCADA系统、GIS系统及各种配电运行功能子系统都成为配电网自动化中的一部分。
馈线自动化的主要目的是提高供电可靠性和改善电能质量，这就要求集中式的馈线自动化必须考虑在通信系统出现故障时的可靠性，即与不依赖于通信的后备方案相结合，另一方面，如果使馈线自动化的功能在一定程度上与通信相分离，将有利于配电网自动化系统向功能化、模块化发展。随着配电自动化的控制保护功能的增强，考虑实现可靠的后备方案成为可能。尤其是在通信系统发生异常时，后备方案进一步提高了系统的可靠性，具有重要的应用价值。本文基于对集中式馈线自动化的研究和实践，讨论了一种不依赖于通信的分布式馈线自动化方案。
2基本原理
馈线自动化的故障处理与微机保护相比较，更多地依赖于把馈线系统的多个FTU视为一个不可分割的整体来解决故障隔离问题。一般情况，FTU本身不具有选择性，它完全依赖于通信来实现选择性。如果能够使FTU完全依赖于局部信息实现故障的选择性，则可以实现不依赖于通信系统的馈线自动化。
在小电流接地系统中，馈线故障只有三相短路和相间短路是需要快速隔离的。图1、2所示为A处故障时的馈线上的电压(残压)分布，FTU1、FTU2和FTU3处残压不同，如果由开关2来切除故障，则满足选择性。分布式故障隔离的新方案选取各个故障电流流过的FTU测得的残压为特征输入，不同的残压对应U—T曲线中不同的时间延时，根据各FTU之间的时间配合实现切除故障的选择性。如图1所示的FTU1、FTU2同时测得故障电流流过，FTU1的跳闸延时为Δt1，FTU2的跳闸延时为Δt2,Δt1＞Δt2,这样，开关2先跳闸切除故障，此后FTU1将测得电压恢复后收回跳闸命令。开关3为联络开关，平时为断开状态，当开关3检测到左侧线路失压时，开始计时Δt3时间后，合闸(不重合)。由于是合闸于故障，开关4将跳开，至此实现了故障隔离、网络重构。
3残压—时间特性曲线的确定
3.1UT基本曲线
分布式馈线自动化方案实现的关键在于FTU根据局部故障信息实现选择性跳闸，这一选择性是基于预先设定的残压—时间特性曲线(U－T曲线)实现的。
图3中给出了U－T基本曲线，直线1和直线2具有不同的斜率。斜率越低越能确保各FTU之间配合的动作选择性，但同时也增加了动作的延时，不利于快速切除故障。只有当两个相邻FTU之间的动作延时差大于两个开关动作的时间差时，才能确保开关动作的选择性。下面分析故障时相邻FTU之间电压差的大小。设线路每公里阻抗Z0＝0.2 j0.3Ω，两FTU之间的最小距离为1km，故障电流大小为1kA，可粗略计算两相邻FTU之间的残压差为ΔU＝1000×
由于故障后线路电压下降，电压变送环节不存在饱和问题，对ΔU的计算不存在任何困难，ΔU*的大小能够满足计算可靠性的要求，也就是说FTU对电压的分辨率足以区分相邻两个FTU的残压的相对大小，从而为FTU动作的选择性提供了实现条件。
2.2U－T补偿曲线
为了使U－T特性曲线同时适用于相间短路和三相短路，选用作为输出，以上分析了理想的金属性故障的性质。实际中，故障发生期间，弧光电阻将对馈线上的残压分布有很大影响。在高压系统中，相间故障、三相故障的弧光电阻上的压降一般为3～5［3］。由于高压线路很长，线路本身的阻抗很大，因此这种弧光电阻一般可以忽略，不会对保护构成影响。然而配电网中，由于线路过短，线路本身的阻抗很小，因而有必要对弧光电阻的影响进行讨论。
由于Rg的存在使得各FTU的动作延时普遍增加ΔtRg(ΔtRg为URg*在图3中的U－T曲线中所对应的时间)。以图3中的曲线1为例，ΔtRg＝0.087s，当Rg＝1Ω时，ΔtRg＝0.174s，当Rg＝2Ω时，ΔtRg＝0.35s，当然10kV中的弧光电阻一般很小。现在Rg的存在将影响FTU切除故障的快速性。
图4、5给出考虑电阻短路的馈线电压分布图。由于URg的存在使得两相邻FTU的残压差变小，这不利于动作的选择性。为了克服弧光电阻的影响，我们做了如下补偿。
式中：K为补偿系数，R∑、X∑分别为各FTU处测得的故障时的电阻和阻抗。当Rg＝0(金属性接地)时，各FTU处的补偿系数相同。当Rg≠0时，越靠近短路点处的FTU的补偿系数越大。分析如下：
设IF＝1kA，Rg＝1A点。
故障点与开关3之间的距离为0.5km，定义开关1、2、3处的补偿系数分别为Kl、K2、K3，则
K3＝(Rg Rl)/Xl＝(1 0.1)/0.15＝7.3
开关3的测量残压U3*≈0.173 0.03≈0.2，如图6中B点所示，其对应的延时时间为0.26s，经K3补偿后的延时时间为0.04s，如图6中E点。同理，K2＝(Rg Rl)/Xl＝(1 0.3)/0.45＝2.9，开关2的延时时间由0.36s补偿为0.12s，对应于图6中C点、F点，同理，Kl＝(Rg Rl)/Xl＝(1 0.7)/1.05＝1.6，开关1的延时时间由0.58[KG*4]s补偿为0.36s，对应于图6中D点、G点。可见经补偿后的U－T[1][2]下一页
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