摘要：将配电自动化分成分布智能模式和集中智能模式进行讨论。指出分布智能模式存在着一些固有的缺陷和局限性；随着配电自动化的推广和深入，集中智能模式将成为主流。文中针对中国配电网多种常见的网络结构，包括架空线路、环网柜及多种开闭所，详细阐述了基于集中智能模式的配电自动化实用方案。

关键词：配电自动化；分布智能模式；集中智能模式

0  引言

在政策支持下，几年来我国配电自动化发展较快。但由于各地配电网情况不同，认识也不统一，造成配电自动化模式“千差万别”的假象，其中重复开发较多。本文根据作者的实践经验，浅谈适合于我地区配电网的实用的自动化模式。

1合理规划配电网是配电自动化的前提

配电自动化定义分广义和狭义两种。广义，是指利用现代先进的电子技术、计算机网络和通信技术，实现对配电网正常运行时的控制、检测和故障时的快速处理（故障检测，故障定位、隔离和非故障区的恢复供电），以及配电的生产管理、设备管理的自动化。狭义上，是指配电网故障的自动化处理，即包括故障检测、故障定位、隔离和非故障区的供电恢复整个过程。本文仅讨论狭义上的配电自动化内容。

    配电自动化基本原理是将环网结构开环运行的配电网线路通过分段开关把供电线路分割成各个供电区域。当某区域发生故障时，及时将分割该区域的开关跳开，隔离故障区域；随后，将因线路发生故障而失电的非故障区域迅速恢复供电，从而避免了困线路出现故障而导致整条线路连续失电，大大减少了停电范围，提高了供电可靠性。因此，配电自动化对配电网规划提出了以下几点基本要求：

a.       供电线路要连接成环网，且至少具备双电源，对供电密集区甚至要考虑构成多电源供电系统。

b.干线分段。这样，才能避免线路某处出现故障导致整条线路都连续失电，即通过分段开关的倒闸，将非故障区域负荷转移。分段原则是：根据具体情况，或按负荷相等，或按线长相等，或按用户数量均等原则；且应考虑投资效益，一般线长在3 km以内的宜分3段，线路更长时，分段不超过5段。

    c．分段开关，只需使用负荷开关，无需断路器。这将节省部分一次设备的投资。线路发生故障后，分段开关的作用是隔离故障区域，而不是切除故障电流。当故障发生后，变电站内10kV出口断路器分开，切除故障电流，此后，划分故障区域的分段开关才跳开隔离故障，此时，故障电流已经切除。有些城市电力部门习惯于使用断路器，这将造成投资的浪费。

2配电自动化实用化模式

根据故障处理的具体形式，配电自动化可以分为分布智能模式和集中智能模式两种^［1］

2．1分布智能模式

    分布智能模式是指现场的FTU具备自动故障判断隔离及网络重构的能力，不需要通信与主站系统参与。主要有电压时间型（根据变电站出线保护重合闸到再次出现故障电流的时间确定故障区域^［2］）和电流计数型（根据重合器开断故障电流动作次数确定故障区域^［3］）两种。其主要设备是FTU结合断路器或负荷开关构成的具有重合功能的分段器。

此类方法的显著优点是成本低，不需要通信与主站参与。但是，受原理的局限，不可避免地具有以下缺点^［4］：

a．  故障处理及供电恢复速度慢，对系统及用户冲击大；

b．  需改变变电站速断保护定值及重合闸次数；

c． 同一线路上、下级重合器动作缺乏选择性。

此外，网络重构后需改变重合器的整定参数，多电源多分支的复杂网络，其参数配合困难。并且，故障点后面的分段器的重合闭锁要依靠检测故障时的异常电压来作为闭锁条件，而故障情况不同，异常电压特征也变化较大，因此闭锁条件较复杂。

综上所述，这种方法仅适合于网架结构比较简单、主要是双电源供电的“手拉手”线路，以及不具备通信手段或通信条件不完善、可靠性较低的场合。目前，我国配电自动化刚起步，一些地区配电网基础较差，且自动化改造资金少，采用这种方法较合适。

2．2集中智能模式

    集中智能模式是指现场的FTU将检测的故障信息上传给主站，由主站根据配电网的实时拓扑结构，按照一定的算法进行故障定位，下达命令给相关的FTU跳闸隔离故障。此后，主站通过计算，考虑网损、过负荷等情况确定最佳恢复方案，命令有关FTU完成负荷转供，文献［5］称之为DMS方式。这种模式的特点是适用于任意结构的配电网，并且可以处理一些特殊情况（如多重故障），可以考虑实际负荷水平和网络约束。

    这种方法的缺点是依赖于通信系统，对通信系统的可靠性和通信速率要求很高。但是，随着国家投资力度的加大，配电自动化在全国范围逐渐推广，许多地方自动化系统的通信条件得到极大改善，有很多城市已具备光纤通道，因此，通信可靠性有了保证。这样，通信速率在9600bit／s的情况下，从故障发生到故障隔离及恢复供电整个过程只需1min左右即可完成。由于主站的故障处理算法是在配电网的实时拓扑结构基础上完成的，因此，即使是多电源复杂的网络同样适用，并且时间上几乎相同。

下面给出几种配电自动化的实用化模式。

2．2．1架空线路

    统计表明，架空线路发生瞬时故障占所有故障的 2／3以上，而发生永久性故障则少于 1／3。因此，架空线路的故障处理一定要区分瞬时故障和永久故障。对于瞬时故障，通过变电站出口断路器的一次重合闸予以消除。而对于永久性故障，则由FTU上报故障信息给主站或子站（简单线路可由子站完成故障处理；复杂线路故障有可能超出子站管理范围，并且需要考虑供电转供过负荷、线损等情况，则必须由主站完成）。根据现场具体情况及考虑问题出发点的不同，这里有3种故障处理模式，它们各有其特点。

2．2．1．1模式一

   分段器不具有重合功能，FTU检测到变电站出口断路器两次切断故障电流并且线路连续失压一定时间后上报故障给主站。由主站根据FTU故障信息，确定故障区域。通过遥控进行故障隔离与恢复非故障区供电。故障定位基本原理就是故障点前的FTU能够检测到故障电流，故障点后的FTU检测不到故障电流，从而确定了故障区域。故障处理过程如下：

   a．故障发生，变电站出口断路器D1跳闸（见图1（a））。

   b．D1重合，如果是瞬时故障，重合成功，故障处理过程结束；如果是永久性故障，线路将再次流过故障电流（见图1（b））。

   c．D1再次跳闸，重合闭锁。 FTU再次检测到故障电流并且线路失压一定时间后确认变电站出口断路器重合闭锁，上报主站故障信息（见图1（c））。

   d．主站收到FTU故障信息，确定出故障发生在开关K2与K3间，遥控跳开K2和K3，隔离成功后，闭合D1和联络开关K4，恢复供电（见图1（d））。

2．2．1．2模式二

变电站外第1个出线开关具有重合功能，其他开关不具有重合功能。处理过程如下：

    a.故障发生，变电站出口断路器D1跳闸（见图2（a））。

    b．此后，变电站外第1个出线开关K1检测到线路失压、失流而跳闸（见图2（b）。

    c．D1重合，K1得压，延时一定时间T（T大于变电站出口断路器重合复归时间）后重合，如果是瞬时故障重合成功，故障处理过程结束；如果是永久性故障，则线路再次流过故障电流（见图2（c））。

    d．D1再次跳闸，此后，K1再次检测到线路失压、失流而跳闸并且重合功能闭锁。FTU上报故障给主站（见图2（d））。

e．D1再次重合，D1与K1段供电恢复。主站收到FTU故障信息，确定出故障发生在开关K 2与K3间，遥控跳开K2和K3，隔离成功后，闭合K1和联络开关K4，恢复供电（见图2（e）。

这种方法适用于一些特殊场合。因为，我国目前配电自动化没有统一模式，一些地区不允许配电自动化系统对变电站内的10kV线路出口断路器进行监控，或者变电站内上了RTU但信息不能共享。为了保证故障上游的失电区能够恢复供电，通过变电站外第1个出线开关的延时重合，使得线路发生永久性故障时，变电站内的出口断路器也能够重合成功，这样，故障上游的失电区可通过闭合变电站外的第1个出线开关实现供电恢复。

 

2．2．1．3模式三

所有分段器都具有重合功能，并且重合方式都是得压延时重合。各分段器延时重合的时间相同，重合功能的复归时间也相同，并且延时重合时间大于重合复归时间。故障处理过程如下：

    a.故障发生，变电站出口断路器D1跳闸（见图3（a））。

    b．此后，分段器K11，K2检测到线路失压、失流而跳闸（见图 3（b））。

    c． D1重合，K1得压，延时一定时间 T（T大于变电站出口断路器重合复归时间）后重合，K2得压，延时T（T大于K1重合复归时间）后重合，如果是瞬时故障重合成功，故障处理过程结束；如果是永久性故障，则线路再次流过故障电流（见图3（c））。

    d．D1再次跳闸，此后，K1，K2再次检测到线路失压、失流而跳闸，并且  K 2重合功能闭锁。 FTU上报故障给主站（见图3（d））。

e．D1再次重合，D1与K1段供电恢复。K2得压，延时T后重合，K1与K2段供电恢复。主站收到FTU故障信息，确定出故障发生在开关K 2与K 3间，遥控跳开K3，隔离成功后，闭合联络开关K4，恢复供电（见图3（e））。

显然，这种模式吸收了分布智能模式的部分思想，兼有分布智能模式与集中智能模式两者的优点：故障点下游区恢复供电时间不受网络重构变化的影响，即联络开关位置改变，故障恢复时间仍然是固定的，并且小于分布智能模式的故障恢复时间；故障点上游区恢复供电由FTU自动完成，这样，即使通信线路完全瘫痪，上游区的故障隔离、恢复供电仍可由FTU自动完成。

2．2．2电缆线路

电缆线路发生瞬时故障的可能性很小，一旦发生故障，基本上就是永久性的。但是，为了及时恢复供电，变电站出口断路器仍可配置一次重合功能。电缆线路常见供电方式大致可分为两种：环网柜和开闭所方式。下面分别阐述这两种方式的故障处理方法。

 

2．2．2．1环网柜方式

要求FTU支持率口（RS232／485）和以太网等多种通信方式，并可同时监控环网柜内所有进出线路，且体积小，可安装在环网柜内。具体故障处理过程如下。

   a.分支出线发生故障。

故障发生后，变电站出口断路器跳闸，FTU检测到失压、失流，确认故障电流已经被断路器切除，则立刻跳开故障线路的分支出线开关（有些地区出线上配有熔断器保护，则分支线路的故障隔离无需FTU完成）。几秒（一般2s～3s）后，变电站出口断路器重合成功，线路恢复供电（见图4）。

b．母线或主环网电缆发生故障。

母线或环网电缆发生故障，则由FTU上报故障，主站定位，遥控分开故障点前后两个开关，随后闭合变电站出口断路器和联络开关，处理过程与架空线路的模式一类似，这里不再重复。

2．2．2．2开闭所方式

我国配电网结构多种多样，各个地区开闭所的接线方式也不尽相同。这里以几种最为常见的开闭所方式为例，阐述配电自动化系统的故障处理过程。

DF931OVI型是一种专用于开闭所的配电自动化终端（DTU）。该终端支持率口和以太网等多种通信方式；一台终端最多可同时监控12条线路，对于中、小型开闭所只需1台，对于大型开闭所最多只需配置2台，就可以监控整个开闭所的各条进出线路。

这样，故障处理功能完全可以下放到DTU，无需通信，速度快，可靠性更高。

这里分两种情况讨论开闭所的故障处理过程。

a.中、小型开闭所

中、小型开闭所的故障处理过程非常简单：对于分支出线和母线故障，DTU将在变电站出口断路器第1次跳闸后重合前完成故障隔离，随后断路器重合，线路供电恢复。而开闭所供电线路发生故障，DTU将检测到电源进线开关连续失压一段时间后，确认供电线路故障，则跳开电源进线开关，闭合备用电源的进线开关，即实现备自投功能（见图5）。

b．大型开闭所

大型开闭所接线方式为双环网开环运行方式（见图6），这在大城市供电密集区较为常见。大型开闭所故障处理过程也可以在开闭所内由DTU独立完成，不需要通信。其故障处理过程叙述比较繁琐，这里仅给出DTU故障处理要点，故障处理过程不难从中分析得到。

启动备自投：①电源进线故障：I段失压，DTU在一定时间内检测到母线连续失压，跳开电源进线开关与电源出线开关，合上母联开关。②电源出线故障：电源出线开关与电源进线开关有故障电流，DTU检测到电源进线开关、电源出线开关有故障电流，并且检测到I段母线失压、失流后，跳开电源出线开关；若DTU检测到母线连续失压（由于前一级开关站出线开关跳闸）一定时间，跳开电源进线开关，合上母联开关。③分支线故障：支线开关与电源进线开关有故障电流，DTU检测到电源进线开关、支线开关有故障电流，并且检测到I段母线失压、失流后，将支线开关跳开；DTU若检测到母线连续失压（由于前一级开关站出线开关跳闸）一定时间后，跳开电源进线开关、电源出线开关，合上母联开关。

不启动备自投：①电源出线故障：电源出线开关与电源进线开关有故障电流，DTU检测到电源进线开关、电源出线开关有故障电流，并且检测到I段母线失压、失流后，跳开电源出线开关；若DTU未检测到母线连续失压（即变电站出口断路器重合成功），则不启动备自投。②分支线故障：支线开关与电源进线开关有故障电流，DTU检测到电源进线开关、支线开关有故障电流，并且检测到I段母线失压、失流后，将支线开关跳开；若未检测到母线失压（即变电站出口断路器重合成功），则不启动备自投。③母线上故障：电源进线开关有故障电流，DTU检测到电源进线开关有故障电流，在检测到母线连续失压一定时间后，跳开电源进线开关，不启动备自投。

3 结语

本文在总结了作者开展配电自动化工程实践经验的基础上，针对我国配电网结构提出了实用的配电自动化方案。该方案并非局限于某一特定型号的自动化终端产品，对于具备自动化终端基本功能的其他产品也同样适用。

参考文献

1．     中国电机工程学金城市供电专委会系统运行权制及保护分专委会。馈线自动化模式及国内应用实例供用电, l999, l7 (6): l ~ 5

2．     孙福杰，何俊佳，邹积岩.基于重合器和分段器的10kV环网供电技术的研究与应用, 2000, 24 (7): 33~ 36

3．     陈刚，等  自动重合器在配电网中的应用.继电器, l999, 27 (5): 35~ 38

4．     吴敏，朱锡贵，徐为纲，等.无信道馈线故障处理技术.电力系统自动化, 2000, 24 (l2 ): 39~ 4l

5．     陈竟成，徐德超，于尔锻配电网故障恢复系统.电力系统自动化, 2000, 24 (4):46~ 5l

作者简介：

梁智勇，工程师，现从事用电营销和配电网络管理工作。

赵志强，工程师，现从事调度自动化及通信工作。