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

本文就國網(wǎng)定義的配網(wǎng)就地型饋線自動化技術(shù)的功能原理進行分析，結(jié)合具備饋線自動化功能的饋線終端裝置（feeder terminal unit, FTU），設(shè)計符合規(guī)范標準的功能實現(xiàn)方案，并結(jié)合方案搭建符合規(guī)范的饋線自動化測試系統(tǒng)，重點對饋線自動化技術(shù)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(shù)簡介

饋線自動化（feeder automation, FA）具備監(jiān)測及控制配電線路運行狀態(tài)的功能，能夠準確迅速地定位和隔離故障區(qū)間，并完成非故障區(qū)間的恢復供電。FA可以完成配網(wǎng)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(wǎng)的供電可靠性以及供電質(zhì)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(shù)實現(xiàn)方案

2.1 自適應綜合型饋線終端保護原理

下面依據(jù)標準Q/GDW 1382—2013《配電自動化技術(shù)導則》《就地型饋線自動化技術(shù)原則》、IEC 60870 5 104《遠動設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約用IEC 60870 5 101標準的網(wǎng)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(jié)合時序圖進行展現(xiàn)。

自適應綜合型饋線終端FTU依據(jù)雙側(cè)失壓分閘、單側(cè)來電合閘的規(guī)范標準，配合短路故障與接地故障監(jiān)測技術(shù)以及故障路徑先行處理的保護控制策略，結(jié)合變電站出線斷路器二次重合閘，實現(xiàn)配電網(wǎng)的故障切除以及自適應隔離非故障區(qū)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(jīng)濟因素考慮其優(yōu)點在于投資少、見效快、易實施，從技術(shù)因素考慮其優(yōu)點[11]在于不依賴通信、不依賴主站、維護工作少等。

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

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

圖1 雙側(cè)失壓原理圖

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

圖2 單側(cè)來電合（有故障記憶）原理圖

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

圖3 單側(cè)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。

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。

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(shù)實現(xiàn)方案

下面依據(jù)《就地型饋線自動化技術(shù)原則》和上述規(guī)范標準分析，設(shè)計符合標準的自適應綜合型饋線自動化技術(shù)實現(xiàn)方案。

依據(jù)技術(shù)原則設(shè)計典型配網(wǎng)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(shù)實現(xiàn)方案。

FS3與FS4間發(fā)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(guān)，具備時限保護和重合功能，F(xiàn)S為分段開關(guān)，YS為用戶分界開關(guān)，LSW為聯(lián)絡開關(guān)。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(guān)黑色為閉合狀態(tài)，無色為斷開狀態(tài)，除CB以外其他所有類型開關(guān)均配備FTU。

變電站出口斷路器CB經(jīng)保護延時分閘，依據(jù)圖1對應的規(guī)范標準，分段開關(guān)FS1—FS7雙側(cè)失壓，同時時間超過雙側(cè)失壓跳延時后分閘，用戶分界開關(guān)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(tài)，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(jù)圖2對應的規(guī)范標準，由于FS1—FS3之前檢測到故障電流，其單側(cè)來電合閘時間為X時限。依據(jù)圖3對應的規(guī)范標準，由于FS4—FS7無故障電流記憶，其單側(cè)有壓合閘為長延時（單側(cè)有壓合閘無故障長延時時間+X時限）。則CB一次重合閘后，F(xiàn)S1、FS2、FS3依次合閘，如圖8所示。

圖6 永久性短路故障

圖7 CB第一次跳閘

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(jù)圖5對應的規(guī)范標準，F(xiàn)S3由于Y時限內(nèi)失壓，所以FS3分閘并正向閉鎖；依據(jù)圖4對應的規(guī)范標準，F(xiàn)S4由于X時限內(nèi)失壓，所以FS4保持分閘，并反向閉鎖，如圖9所示。

圖9 FS3合于故障側(cè)

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(cè)來電，延時合閘恢復供電。

3 自適應綜合型FA測試系統(tǒng)

自適應綜合型饋線自動化功能投運前，需要對FTU終端參數(shù)進行配置，并進行測試驗證。傳統(tǒng)的人工測試時會遇到一些問題，包括二次終端與開關(guān)聯(lián)調(diào)易受環(huán)境限制、測試環(huán)境不靈活、系統(tǒng)內(nèi)故障觸發(fā)不同步導致的邏輯異常、系統(tǒng)各節(jié)點開關(guān)動作結(jié)果不便于判定以及測試效率低等，都會對FA測試產(chǎn)生影響。因此，設(shè)計并搭建合適的測試系統(tǒng)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(huán)境配置

測試環(huán)境配置包括FTU終端、故障同步裝置、模擬開關(guān)、網(wǎng)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(tǒng)，通過IEC 60870 5 104《遠動設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約用IEC 60870 5 101標準的網(wǎng)絡訪問》建立仿真平臺與FTU間的通信，從而實現(xiàn)通信報文交互。自適應綜合型饋線自動化功能測試系統(tǒng)的測試環(huán)境配置原理如圖10所示。

圖10 測試環(huán)境配置原理圖

3.2 測試網(wǎng)絡配置

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

圖11 饋線網(wǎng)絡配置

3.3 測試系統(tǒng)應用

結(jié)合測試環(huán)境配置以及饋線網(wǎng)絡配置，測試系統(tǒng)的搭建如圖12所示。各臺FTU均被連接至網(wǎng)絡交換機，依據(jù)IEC 60870 5 104《遠動設(shè)備及系統(tǒng)傳輸規(guī)約用IEC 60870 5 101標準的網(wǎng)絡訪問》標準規(guī)約與平臺進行通信。各臺故障觸發(fā)裝置同樣通過網(wǎng)絡交換機與平臺進行通信，實現(xiàn)平臺對故障發(fā)生裝置的遠程控制。

在本自適應綜合型FA測試系統(tǒng)中，設(shè)計模擬開關(guān)代替一次開關(guān)設(shè)備。模擬開關(guān)體積小，具備自保持功能及硬遙信節(jié)點，實現(xiàn)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(guān)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(guān)的遙控端子對應連接，其原理如圖13所示。

圖12 測試系統(tǒng)原理圖

圖13 模擬開關(guān)原理圖

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

通過模擬開關(guān)可以解決自適應綜合型邏輯測試時一、二次設(shè)備聯(lián)調(diào)易受環(huán)境限制的問題。使用模擬開關(guān)調(diào)試，方便搭建靈活的測試環(huán)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(jié)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(tǒng)測試中故障同步問題，本文搭建的FA測試系統(tǒng)引入平臺對多臺故障觸發(fā)裝置的遠程同步控制功能，每臺故障同步觸發(fā)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(tǒng)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(fā)裝置通過編寫好的方案，同步施加對應節(jié)點的故障序列，從而通過FA測試系統(tǒng)，實現(xiàn)自適應綜合型饋線自動化故障同步觸發(fā)的功能，有效模擬現(xiàn)場故障的發(fā)生。

對于自適應綜合型饋線自動化功能測試結(jié)果驗證環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方法是通過人為逐個查看各節(jié)點開關(guān)的位置狀態(tài)，這不便于判定系統(tǒng)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(tǒng)可以直觀地查看各節(jié)點開關(guān)位置，同時通過仿真平臺的智能判定算法，實現(xiàn)FA功能的自動化測試及測試結(jié)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(guī)約進行通信，F(xiàn)TU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(tǒng)中，依據(jù)前文2.1節(jié)中對自適應綜合型饋線終端原理分析，F(xiàn)TU終端FA功能啟動后，正常觸發(fā)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(guān)鍵時間節(jié)點上送的事件順序記錄（sequence of event, SOE）信息，更新系統(tǒng)拓撲中對應的開關(guān)位置狀態(tài)，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(xiàn)FTU終端FA功能正確性的自動化檢定的功能。

3.4 測試結(jié)果分析

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

表1 主干線永久性短路故障

通過FA測試系統(tǒng)成功對各臺FTU終端動作結(jié)果進行了判定，并最終給出正確的結(jié)論。依據(jù)規(guī)范標準，本文測試系統(tǒng)高效地完成FA方案的測試工作，判定結(jié)論準確有效。

4 結(jié)論

在自適應綜合型饋線自動化技術(shù)實現(xiàn)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(tǒng)，制定有效的測試方法，可以保證系統(tǒng)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(tǒng)，引入智能算法自動判定測試結(jié)果，使得測試更加高效和靈活。

該FA測試系統(tǒng)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(shù)的有效手段，對促進饋線自動化技術(shù)的發(fā)展具備現(xiàn)實意義。