增加供电可靠性的长岛馈线自动化系统黄兵　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。此系统实现了配电网故障段自动隔离、非故障段自动恢复供电的功能，减少了故障停电时间，提高了配电网可靠性，对我国配网自动化建设具有借鉴作用。
关键词　配网自动化　自动分段　自动恢复供电LILCODISTRIBUTIONAUTOMATION
SYSTEMINCREASESRELIABILITYHuangBing　　WuChengdong
EastChinaElectricPowerDispatchingCenter
Shanghai,200233China
ZengNaihong
WesconControlsShanghaiInc.
Shanghai,200002ChinaABSTRACT　ThispaperpresentsasuccessfuldistributionnetworkautomationsysteminLongIslandLightingCompany(LILCO,USA)inwhichthefunctionsofautosectionalizationoffaultysectionsandautorestorationofnon-faultysectionsareimplemented.Thus,theinterruptiontimeofpowersupplyisreducedandthereliabilityofdistributionnetworkisimproved.ThisexperiencecanbeusedforreferenceindistributionautomationinChina.
KEYWORDS　distribution;automation;autosectionalizer,autorestoration　　随着我国国民经济的高速发展和人民生活水平的迅速提高，对电力需求的日益增长，这对供电可靠性和供电质量提出了更高的要求。根据目前国内配电网的现状，若不采取有效的措施就很难进一步提高供电可靠性和供电质量。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。在当前国际、国内配网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，借鉴国外配网自动化的成功经验，并加以消化、吸收，将会推动我国配网自动化的建设。本文重点介绍一个成功的配网自动化系统典范——美国长岛电力公司(LILCO)配网自动化系统。该公司从1994年开始在GE-Harris公司的支持下开始用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，用户停电时间在5　min及以上时即为停电事故)，并因此获得了IEEEDA/DSM大奖。
　　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，这些线路经常遭受雷击、冰雹飓风等影响而引起短路故障。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。为了减少这些故障和提高供电可靠性，该公司除采取常规方法外，还实现了以配电网故障快速隔离和负荷转移为主的配网馈线自动化系统。整个系统大致经历了3个阶段：自动分段、引入通信和SCADA系统、非故障段自动恢复供电。图1是该公司配网馈线自动化系统示意框图。图1　配网馈线自动化示意框图
Fig.1　BlockdiagramofdistributionautomationofLILCO1　自动分段算法实现1.1　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，减少了故障时间，但故障发生频率没有发生多大变化。为了进一步提高配网自动化系统的性能，需要有智能的远端馈线监控单元(FTU)，能够检测负荷侧永久性故障和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，可以分别检测和区分出永久性故障、瞬时性故障、负荷过流这三个级别的故障。具体内容如下：
　　第1级：当出现永久性故障时，离故障点电源侧最近的DARTRTU检测到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号，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，切除故障恢复供电。同时DART发出跳闸、重合闸成功信号。被小动物或树枝引起接地或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遗留物需清除。
　　第3级：当线路过负荷，但尚不大影响线路安全运行的情况下,DART检测到电流超过预置值，发出过负荷告警信号，以引起运行人员注意。
1.2　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，没有通信网络也可以应用。当线路发生故障时产生短路电流，使出线保护动作，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因检测到过流、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，变电站和第一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(图2)。T₁—保护动作，断路器(重合器)跳闸时间；T₂—重合闸时间；T₃—重合闸失败；T₄—故障切除，断路器(重合器)再次重合闸恢复供电图2　电源侧断路器(重合器)两次重合闸成功时序图1.3　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，即在1995年1月到1996年6月的18个月内使240000客户避免遭受停电事故的影响。2　SCADA系统实现　　为了进一步发挥FTU的功能，并对FTU进行遥控，实时监控配网数据，系统中安装了基于PC机的SCADA系统。这个系统是在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、功率因素、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。整个系统中，9个月内共安装了850个无线数字电台和相配合的开关850个。3　自动恢复算法实现3.1　利用D200通信前置机实现自动恢复算法
　　在经过上述FTU本身具有的自动分段功能实现和SCADA功能实现后，当许多条线路同时出现故障时(比如在雷击情况下)，就会产生处理速度慢，故障处理效率低的问题。为了实现完整快速的配网自动化功能和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，提高了系统的性能。具体为：
　　(1)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。在与RTU通信和主站通信，可采用不同的通信规约，D200可进行自动转换，为配网系统的通信时规约的兼容和系统的进一步扩充打下基础。
　　(2)自动恢复算法用梯形逻辑控制编程(PLC)在D200中运行，大大减少了自动恢复供电的时间，据统计，采用这种方法进行非故障段自动恢复的时间在1　min以内。
　　(3)D200装置中有一个可由用户定义的实时数据库，可实现对FTU数据进行采集处理和控制，对主站不需要的数据量进行处理，这样减轻了主站的工作量，特别对FTU较多的配网系统，可大大提高系统的运行速度。
3.2　自动恢复供电算法
　　D200接收自动分段开关FTU中的失压和过流故障检测信息，同时还接收变电站断路器状态信息和供电环路中与故障线路相连接的供电线路切换信息以及联络开关信息。在基于上述实时电压、电流、负荷、断路器状态、开关位置的基础上，自动恢复供电算法计算并报告自动恢复供电后的各种实时数据。　　图3中，当配网系统需要对非故障区域自动恢复供电时，通过分析各FTU送上来的1　h和72　h负荷最大值(这两个参数由FTU提供)来判断正常侧线路是否有多余容量可带动转移过来的负荷。当永久性故障发生在A段时，FTU自动断开SW1,自动恢复系统在断开SW2后,判断馈线2的剩余容量是否大于SW2的1h最大负荷值，如果大于这个容量，合上联络开关SW4；如果馈线2的剩余容量只大于SW3的1h最大负荷值，那么断开SW3，再合上联络开关SW4；如果馈线2的剩余容量小于SW3的1h最大负荷值，则不合联络开关SW4。这样就保证负荷转移不会引起非故障段的线路出现过负荷。在实际系统中还设置不同季节的线路容量许可值，以满足不同季节的用电特点。[1][2]下一页