摘要：饋線自動化是配電自動化主要功能之一。本文針對我國配電自動化實施情況，充分討論了饋線保護技術現狀及發展。提出了建立光纖通信基礎上配電網饋線系統保護新原理和新概念。饋線系統保護充分吸取了高壓線路縱聯保護特點，利用饋線保護裝置之間快速通信一次性實現對饋線故障故障隔離、重合閘、恢復供電功能，將饋線自動化實現方式從集中監控模式發展為分布式保護模式，提高配電自動化整體功能。
　　關鍵詞：配電網；饋線自動化；系統保護
　　饋線自動化就是監視饋線的運行方式和負荷。由于目前國內配電網自動化系統尚沒有統一的模式，因此，不同設備、不同設計方案組成的配網自動化系統的饋線自動化實施方法就不同。本文以"手拉手"供電網為研究對象，就饋線自動化中故障自動隔離功能的解決方案進行分析探討。饋線系統保護充分吸取了高壓線路縱聯保護的特點，利用饋線保護裝置之間的快速通信一次性實現對饋線故障的故障隔離、重合閘、恢復供電功能，將饋線自動化的實現方式從集中監控模式發展為分布式保護模式，從而提高配電自動化的整體功能。
　　1饋線自動化的基本功能
　　饋線自動化系統應具有如下功能：
　　①遙測、遙信、遙控功能；②故障處理：故障區域自動判斷和自動隔離，故障消除后迅速恢復供電功能；③負荷管理：根據配電網的負荷均衡程度合理改變配電網的運行方式；④重合閘控制：當發生過電流并導致斷路器跳閘時啟動，并在斷路器一側電壓恢復時開始延時計數，從而實現沿線從電源至末端依次重合，若一次重合失敗則不再重合；⑤對時功能；⑥過電流記錄功能；⑦事件順序記錄(SOE)功能；⑧定值的遠方修改和召喚功能；⑨停電后仍維持工作的功能。
　　2線路故障區段查找的基本原理
　　2.1饋線故障區段的定位：
　　對于輻射狀網、樹狀網和處于開環運行的環狀網，在判斷故障區域時，只須根據饋線沿線各斷路器是否流過故障電流就可以判斷故障區段。假設饋線上出現單一故障，顯然故障區段位于從電源側到線路末端方向最后一個經歷了故障電流的斷路器和第一個未經歷故障電流的斷路器之間。
　　2.2事故跳閘斷路器的定位：
　　事實上，由于種種原因，線路故障時，未必是第一個經過故障電流的斷路器跳閘，極有可能越級跳閘。例如圖1中e點故障，分段斷路器3沒有跳開而是斷路器2跳開。根據斷路器位置不能判斷故障區段，但根據是否流過了故障電流卻能夠做出正確判斷(斷路器1、2、3經歷了故障電流而斷路器4卻沒有經歷，從而得出故障區段在e段的結論)。
　　                 
　　                                              圖1手拉手供電線路示意圖
　　為了確定各斷路器是否經歷了故障電流，需對安裝于其上的各臺FTU進行整定，由于從原理上不是通過對各臺斷路器整定值的差別，來隔離故障區段的，因此多臺斷路器可以采用同一定值。這樣即使增加饋線上的分段數目也不會帶來任何影響。
　　而故障區段隔離后，越級跳閘的斷路器要復位，對于事故后跳閘斷路器的準確定位是非故障區段自動恢復供電的關鍵。
　　2.3斷路器狀態描述矩陣：
　　我們可以用1維矩陣運算來判別斷路器是否越級跳閘。矩陣編寫原則為：若第i臺斷路器在合閘位置，矩陣第i元素置為1，反之為0。正常運行各斷路器的狀態可用矩陣A來描述，如圖1正常運行時A：|11110111|。
　　對于上例，假設e點故障時斷路器2跳開，斷路器3未跳開，我們可用矩陣B來描述故障后的斷路器狀態，如B：|10110111|。
　　2.4事故跳閘斷路器定位矩陣：
　　用事故前斷路器狀態信息矩陣A減去事故后斷路器狀態信息矩陣B，即可準確地識別事故跳閘斷路器。對于上例可用事故跳閘斷路器定位矩陣C來確定C=A－B=|01000000|。由于C矩陣中第2個元素值為1，則說明故障時是由斷路器2跳閘切斷故障電流的。根據前邊計算可知，故障區段位于斷路器3和4之間。故應自動恢復斷路器2到合閘位置。
　　對于利用計算機系統實現的饋線自動化功能，從故障段查找、隔離、非故障段自動恢復，一般僅需要十幾秒鐘。
　　3. 配電網饋線保護技術現狀電力系統由發電、輸電和配電三部分組成。
　　發電環節保護集中元件保護，其主要目是確保發電廠發生電氣故障時將設備損失降為最小。輸電網保護集中輸電線路保護，其首要目是維護電網穩定。配電環節保護集中饋線保護上，配電網不存穩定問題，一般認為饋線故障切除并不嚴格要求是快速。不同配電網對負荷供電可靠性和供電質量要求不同。許多配電網僅是考慮線路故障對售電量影響及配電設備壽命影響，尚未將配電網故障對電力負荷（用戶）負面影響作為配電網保護目。
　　我國經濟發展，電力用戶用電依賴性越來越強，供電可靠性和供電電能質量成為配電網工作重點，而配電網饋線保護主要作用也成為提高供電可靠性和提高電能質量，具體包括饋線故障切除、故障隔離和恢復供電。具體實現方式有以下幾種：
　　3.1傳統電流保護
　　過電流保護是最基本繼電保護之一。考慮到經濟原因，配電網饋線保護廣泛采用電流保護。配電線路一般很短，配電網不存穩定問題，確保電流保護動作選擇性，采用時間配合方式實現全線路保護。常用方式有反時限電流保護和三段電流保護，其中反時限電流保護時間配合特性又分為標準反時限、非常反時限、極端反時限和超反時限，參見式（1）、（2）、（3）和（4）。這類保護整定方便、配合靈活、價格便宜，同時可以包含低電壓閉鎖或方向閉鎖，以提高可靠性；增加重合閘功能、低周減載功能和小電流接選線功能。
　　                                      
　　電流保護實現配電網保護前提是將整條饋線視為一個單元。當饋線故障時，將整條線路切掉，并不考慮對非故障區域恢復供電，這些不利于提高供電可靠性。另，依賴時間延時實現保護選擇性，導致某些故障切除時間偏長，影響設備壽命。
　　3.2重合器方式饋線保護
　　實現饋線分段、增加電源點是提高供電可靠性基礎。重合器保護是將饋線故障自動限制一個區段內有效方式。參見圖1，重合器R位于線路首端，該饋線由A、B、C三個分段器分為四段。當AB區段內發生故障F1，重合器R動作切除故障，此后，A、B、C分段器失壓后自動斷開，重合器R經延時后重合，分段器A電壓恢復后延時合閘。同樣，分段器B電壓恢復后延時合閘。當B合閘于故障后，重合器R再次跳開，當重合器第二次重合后，分段器A將再次合閘，此后B將自動閉鎖分閘位置，實現故障切除、故障隔離及對非故障段恢復供電。
　　目前我國城鄉電網改造中仍有大量重合器到應用，這種簡單而有效方式能夠提高供電可靠性，相傳統電流保護有較大優勢。該方案缺點是故障隔離時間較長，多次重合對相關負荷有一定影響。
　　                             
　　3.3基于饋線自動化饋線保護
　　配電自動化包括饋線自動化和配電管理系統，其中饋線自動化實現對饋線信息采集和控制，同時也實現了饋線保護。饋線自動化核心是通信，以通信為基礎可以實現配電網全局性數據采集與控制，實現配電SCADA、配電高級應用（PAS）。同時以理信息系統（GIS）為平臺實現了配電網設備管理、圖資管理，而SCADA、GIS和PAS一體化則促使配電自動化成為提供配電網保護與監控、配電網管理全方位自動化運行管理系統。參見圖2所示系統，這種饋線自動化基本原理如下：當開關S1和開關S2之間發生故障（非單相接），線路出口保護使斷路器B1動作，將故障線路切除，裝設S1處FTU檢測到故障電流而裝設開關S2處FTU沒有故障電流流過，此時自動化系統將確認該故障發生S1與S2之間，遙控跳開S1和S2實現故障隔離并遙控合上線路出口斷路器，最后合上聯絡開關S3完成向非故障區域恢復供電
　　                          

                                                圖2 應用集中控制的典型配網系統
　　這種基于通信饋線自動化方案以集中控制為核心，綜合了電流保護、RTU遙控及重合閘多種方式，能夠快速切除故障，幾秒到幾十秒時間內實現故障隔離，幾十秒到幾分鐘內實現恢復供電。該方案是目前配網自動化主流方案，能夠將饋線保護集成于一體化配電網監控系統中，從故障切除、故障隔離、恢復供電方面都有效提高了供電可靠性。同時，整個配電自動化中，可以加裝電能質量監測和補償裝置，全局上實現改善電能質量控制。
　　4.饋線系統保護基本原理
　　4.1基本原理
　　饋線系統保護實現前提條件如下：
　　4.1.1快速通信；
　　4.1.2控制對象是斷路器；
　　4.1.3終端是保護裝置，而非TTU。
　　高壓線路保護中，高頻保護、電流差動保護都是依靠快速通信實現主保護，饋線系統保護是多于兩個裝置之間通信基礎上實現區域性保護。基本原理如下：

                         
　　參見圖3所示典型系統，該系統采用斷路器作為分段開關，如圖A、B、C、D、E、F。變電站M，手拉手線路為A至D之間部分。變電站N則對應于C至F之間部分。N側饋線系統保護則控制開關A、B、C、D保護單元UR1至UR7組成。
　　當線路故障F1發生BC區段，開關A、B處將流過故障電流，開關C處無故障電流。但出現低電壓。此時系統保護將執行步驟：
　　Step1：保護起動，UR1、UR2、UR3分別起動；
　　Step2：保護計算故障區段信息；
　　Step3：相鄰保護之間通信；
　　Step4：UR2、UR3動作切除故障；
　　Step5：UR2重合。如重合成功，轉至Step9；
　　Step6：UR2重合于故障，再跳開；
　　Step7：UR3△T內未測電壓恢復，通知UR4合閘；
　　Step8：UR4合閘，恢復CD段供電，轉至Step10；
　　Step9：UR3△T時間內測電壓恢復，UR3重合；
　　Step10：故障隔離，恢復供電結束。
　　4.2故障區段信息
　　定義故障區段信息如下：
　　邏輯1：表示保護單元測量到故障電流，
　　邏輯0：表示保護單元未測量到故障電流，但測量到低電壓。
　　當故障發生后，系統保護各單元向相鄰保護單元交換故障區段，一個保護單元，當本身故障區段信息與收到故障區段信息異或為1時，出口跳閘。
　　確保故障區段信息識別正確性，進行邏輯1判斷時，可以增加低壓閉鎖及功率方向閉鎖。
　　4.3系統保護動作速度及其后備保護
　　確保饋線保護可靠性，饋線首端UR1處設限時電流保護，建議整定時間內0.2秒，即要求饋線系統保護200ms內完成故障隔離。
　　保護動作時間上，系統保護能夠20ms內識別出故障區段信息，并起動通信。光纖通信速度很快，考慮到重發多幀信息，相鄰保護單元之間通信應30ms內完成。斷路器動作時間為40ms~100ms。這樣，通信環節理想即可實現快速保護。
　　4.4饋線系統保護應用前景
　　饋線系統保護很大程度上沿續了高壓線路縱聯保護基本原則。配電網通信條件很可能十分理想。此基礎之上實現饋線保護功能性能大大提高。饋線系統保護利用通信實現了保護選擇性，將故障識別、故障隔離、重合閘、恢復故障一次性完成，具有以下優點：
　　4.4.1快速處理故障，不需多次重合；
　　4.4.2快速切除故障，提高了電動機類負荷電能質量；
　　4.4.3直接將故障隔離故障區段，不影響非故障區段；
　　4.4.4功能完成下放到饋線保護裝置，無需配電主站、子站配合。
　　5.結論
　　建立在快速通信基礎上的系統保護是繼電保護的發展方向之一。隨著配電網改造的深入及配電網自動化技術的發展，系統保護技術可能在配電網中率先得以應用。本文討論了配電網饋線保護的發展過程，提出了建立在配電自動化和光纖通信基礎之上的饋線系統保護新原理。這種新原理能夠進一步提高供電可靠性。同時，系統保護分布式的功能也將提高配電自動化的主站及子站的性能，是一種極具前途的饋線自動化新原理。