光纖通信縱差分布式配電自動化研究

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【摘要】在自動化技術和網絡通信傳輸技術不斷進步的今天，配電網可靠性的提高已經越來越依賴自動化保護，本文探討適用于城市新區的配電自動化建設方式，對比分析常見的配電自動化方案的優劣，針對適用于城市新區的10kV網絡架構的智能配電網配電自動化建設方式的選擇提出建議。

【關鍵詞】配電自動化；光纖縱差；智能分布式；光纖通信；智能配電網；供電故障恢復

隨著國家電網公司明確提出建設“堅強智能電網”的目標戰略，在配電網網架不斷改進完善的形勢下，配電自動化對電網的支撐作用將更加突出。隨著中國城市化進程的不斷推進，各種經濟問題、社會問題和環境問題逐漸突出，建設新區成為各地政府建設現代城市的必然選擇，而智能光纖縱差分布式配電自動化技術的出現，為城市新區配電網建設提供一個能夠滿足其高供電可靠性要求的合適解決方案。

1城市新區中壓配電網

1.1城市新區建設

21世紀后，我國迎來新型城鎮化建設高質量發展階段，各地政府多采用新建城市新區的方式來滿足城市人口不斷增加的形式，各地城市新區建設不斷加快，城市新區配套基礎設施建設也在快速推進。隨著城市新區用電設備種類和負荷快速增長，對配電網供電能力提出更高的要求，不僅要適應城市負荷增長，更要兼顧城市規劃布局、產業結構調整、用戶用電需求提高等各種外部條件，我國配電網面臨復雜的建設環境和更高的建設要求。

1.2提高城市新區配電網供電可靠性的方法

我國城市新區配電網有其獨有的特點，其負荷集中且密度大，設備容載比較低，電力設施供電半徑小，電纜使用率較高，電纜管線通道完善，對供電可靠性要求高。所以針對城市新區的特點，配電網在建設階段一般可以通過兩個方面來提高配電網供電可靠性：（1）優化一次網架?？紤]到城市新區的定位一般是城市未來的中心區域或者工商業集聚區，不管是園區企業用戶還是普通居民用電負荷都非常集中，用戶對電力依賴程度高，停電的造成損失比其他地區更加大，相應的中壓網絡一次網架必須具有高的可靠性及很強的負荷轉供能力。因此，城市新區的10kV中壓電網一般建議采用雙環網線路架構，整體網架結構清晰，保證線路“N-1”通過率，當其中一條線路故障時，整條線路可以劃分為若干部分由其余線路轉供，可以使客戶同時得到兩個方向的電源，供電可靠性較高，運行較為靈活。在國內經濟發達地區，還可以采用“花瓣式”等具有更高靈活度和可靠性的接線方式，各地供電企業可以根據自身供電需求和能力靈活選擇網架結構。（2）提高配電網自動化水平。配電自動化是通過建立完善的信息通信網絡，使配電網中各種類型的系統信息得到有效管理和控制，從而保證配電網供電質量和效率，提高安全性。配電自動化實施后，故障點和故障原因由自動化設備或主站后臺通過預設邏輯進行判斷，快速提出相應的解決方案，使運行人員能夠快速響應，有效縮短用戶的停電恢復時間。配電自動化相較一次網架，投資小見效快，目前已經成為提高配電網供電可靠性的主要手段。目前電網一般采用有線光纖和無線公網兩種方式保證配電信息通信通道，因為考慮到網絡安全原因，一般光纖方式用于需要實現“三遙”（遙測、遙信、遙控）的重要配電線路，而無線公網方式則用于“二遙”（遙測、遙信）的分支線路。城市新區由于具備相對完善的電纜管線通道，光纜建設將不再是阻礙配電自動化實施的主要因素，對普及“三遙”功能的配電自動化非常有利。

2配電自動化技術的發展

（1）智能分布式FA。在基于傳統線路保護的配電網運行過程中，存在諸多現有保護和無法解決的問題，如過流保護定值級差不易配合，故障后可能造成變電站出口斷路器跳閘，造成全線停電，無法將停電范圍最小化；停電后的故障隔離、供電恢復由配電主站通過人工確認控制完成，全過程停電時間一般在幾分鐘到幾十分鐘，無法滿足新區99.999%的供電可靠性指標。而隨著自動化技術快速發展、城市化進程不斷加速對供電可靠性要求不斷提高，智能分布式饋線自動化（簡稱智能分布式FA，FA：FeederAutomation饋線自動化）技術應運而生。智能分布式FA技術屬于就地式饋線自動化方式的一種，其基于實際網架中相鄰開關的終端間對等通信，通過配電終端之間的故障處理邏輯，能夠在自適應開環與合環運行方式的情況下，對電纜線路或母線故障后實現故障快速的隔離，以及完成非故障區域的及時恢復供電，并將故障處理結果上報給配電自動化主站，配電自動化主站和子站不參與故障的處理過程，可以極大地加快故障恢復速度，縮短用戶停電時間，提高供電可靠性。（2）光纖縱差式FA。隨著城市新區中分布式能源的大量接入，配電網也變成復雜的多電源源網絡，傳統的基于單端電氣量設置過流保護為主保護的分布式FA配網保護方案在實際應用中若系統發生故障，短路電流的大小及其流向必然會受到附近分布式電源的影響，會導致原有保護出現靈敏度低、拒動和誤動等問題。在這種情況下，傳統的配電網保護和潮流計算方法也不再適用。近年來，在智能分布式FA和光纖縱差保護基礎上做出了深度融合，提出了改進的智能分布式FA—光纖縱差式FA。光纖縱差式FA中的光差保護，在進行故障判別時只需要線路兩端的電流量，無須考慮故障電流方向，保護范圍為線路全長，不存在死區，且在配網各種接線方式下，均能很好地滿足繼電保護的快速性、靈敏性和可靠性等要求。

3兩種分布式FA技術路線對比分析

智能分布式FA技術目前的兩種解決方案：對等通信分布式FA和光纖縱差式FA各有優缺點，下面分別從技術角度和實現方式方面進行對比分析。（1）對等通信分布式FA。對等通信分布式FA技術通過配電終端之間相互通信實現饋線的故障快速定位、隔離和非故障區域自動恢復供電的功能，并將處理過程及結果上報配電自動化主站而根據智能配電網的相關要求，具有與集中式FA完全兼容、快速故障處理、縮短停電時間、一般不需考慮級差配合等特點。其在雙環網中的每個配電節點及變電站出線側配置智能分布式DTU，利用DTU之間的水平對等通訊進行信息傳輸。從而在發生故障時利用互傳的信息定位、切除故障，并在小區域內判斷故障恢復路徑，并將處理過程和結果上報配電自動化主站。（2）光纖縱差分布式FA。光纖縱差分布式FA技術屬于光纖差動保護與分布式配電自動化方案的技術結合技術，光纖差動目前比較成熟的應用在110kV等高電壓等級的主保護方面，應用在10kV配網屬于成熟技術下移擴展，該技術通常適用于對供電可靠性要求特別高的核心地區或供電線路，與城市新區的定位相匹配。光纖縱差分布式FA技術需要在雙環網中的每個配電節點及變電站出線側配置一體化配電保護終端設備，利用一體化配電保護終端設備具有的光纖差動保護快速、靈敏地切除故障；環內一體化配電保護屏柜之間通過光纜連接，形成HSR組態環網，進行內部數據通訊。從而準確定位故障、快速切除故障。同樣，也可在故障切除后通過環內裝置之間的交互通信選擇區域內最優故障恢復方案。（3）技術對比（見表1）。對等通信分布式FA優勢主要在于：能夠獨立于主站系統進行故障的隔離與恢復；水平通訊使得各個節點能夠標準建模，使配電網內節點增刪操作不會影響原有FA系統運行，可適應電網結構改擴建等需求。光纖縱差分布式FA的優勢主要在于：具有保護原理簡單可靠，集成度高，保護范圍明確，且不受電力系統振蕩影響等優點，具備良好的選擇性和靈敏度；可有效解決分布式電源接入后配電網潮流及結構的變化對保護產生的影響；不受運行方式變化的影響，可適用于配電網合環運行時故障的判別與隔離，整體動作時間極快。對等通信分布式FA和光纖縱差式FA具有共同的缺點：對配電終端自身性能以及對水平通訊網絡的穩定性有很高的要求。從技術角度，光纖縱差式FA相比對等通信分布式FA具有一定優勢，但其還具有邏輯復雜、運維難度大、系統集成成本高等局限，但隨著自動化技術的發展和電網運維力量的加強，相信這些問題將逐步得到解決。

4結語

本文介紹了兩種適用于城市新區高可靠性配電網建設的饋線自動化技術，并進行對比分析，得出結論：光纖縱差式FA技術集中了光纖縱差保護快速動作和智能分布式FA智能判斷切除故障恢復供電兩者的優點，比智能分布式FA動作速度更快，比光纖縱差保護更智能，將為城市新區配電網建設提供助力。

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作者：張道遠 單位：鄭州祥和電力設計有限公司