彭镇华

（南方电网广东中山供电局，广东 中山 528400）

近年来，配电网的环网组广泛应用了电压时间型或智能分布式等馈线自动化，这些馈线自动化环网组通过“拉手”开关开环运行，无论是否需要站内二次重合闸来判断故障范围，对非故障段线路来说，从故障发生到故障定位隔离均需要经历较长时间失压。为此，对电压波动率及电能质量要求较高的高新科技企业来说，这些馈线自动化供电方式并不适用。该文提出一种四回10kv 线路双环网合环运行的供电运行方式，通过速动型智能分布式馈线自动化双环网合环运行，当配电网发生单一故障时，非故障段线路可以不失压，当电网发生多点故障时，非故障段线路可以秒级快速复电。

该方案主要针对对供电可靠性要求高的a 类地区，该地区为以电缆为主的小电阻接地系统，采用合环模式下速动型智能分布式馈线自动化建设，速断型智能分布式应用于配电线路分段开关、联络开关为断路器的线路上，配电终端通过高速通信网络，与同一供电环路内相邻分布式配电终端实现信息交互，当配电线路发生故障时，在变电站出口断路器保护动作前可以恢复快速故障定位、故障隔离和非故障区域的供电。

如图1 所示，合环运行下的供电网络以一个开关及其相邻开关为研究对象，根据与基尔霍夫电流定律类似的原理，在一个节点（或区域）流入和流出的电流相等。在某一开关和与其相邻的开关所组成的区域中，当有一个大电流从某一个开关流入该区域时，必有一个大电流流出该区域，如果未有大电流从另一个开关流出，则该区域内必定有故障点。

图1 合环运行的节点电流示意图

对保护区域内的每个处于闭合状态的开关，设动作相量：=（，，）。

普通开关：1）自身感受到故障电流；2）有故障电流流入本区域，而没有故障电流流出本区域；j=（1，1，0）。边界电源开关：1）自身感受到故障电流；2）没有故障电流流出本区域；=（1，，0）。末梢开关：自身感受到故障电流（无须相邻过流信息）；=（1，，）。

满足以上条件，判定为故障末端，应跳闸隔离故障。

供电方式如图2 所示，来自同一供电区域的两个110kv变电站通过不同10kv 母线引出两对线路（共4 回），两个变电站引出来的一对10kv 线路分别以速断型智能分布式合环运行，并且与另一侧变电站引出来的一对10kv 合环线路分别开环运行。

图2 四回10kv 线路双环网合环运行供电方式

四回10kv 线路双环网合环运行供电具有秒级转供电、自愈重构网架、终端就地控制、光纤通信等优势，采用的自动化配置原则如下：1）主干配开关站、联络开关站以及重要用户配电站均按照“三遥”功能馈线自动化规划建设，均采用全绝缘断路器，实现速断型智能分布式馈线自动化功能。2）电缆网主干配上配备具有“三遥”功能的开关设备、馈线自动化终端及兼容光纤和无线的通信模块。3）采用双策略配置，同时具备智能分布式和就地馈线自动化功能，可自动切换，具有较高的可靠性和灵活性。4）采用光纤通信方式为主，无线通信方式为辅。

所有开关均配置断路器，主干线的进、出线柜和母线分段柜保护配置采用主保护为速断型的智能分布式，后备保护配置电压电流型的逻辑保护。支线馈出柜保护采用三段式过流保护配置，开关设备具备以下自动化功能：1）“联锁失电延时分闸闭锁”功能，当普通开关失电、同时收到相邻开关故障跳闸信息时，该开关联锁分闸并闭锁，自动隔离故障区段；2）边界电源开关“失电延时分闸”功能 ，对边界电源开关而言，电源侧失压后自动延时分闸，这样可以保证当故障发生在变电站出口时，故障区段能够被自动隔离。3）“检闭锁单侧失压延时合闸”功能，联络开关检测到任何一侧失压后，与相邻开关通信，若相邻开关因故障而跳闸，说明故障区段紧邻联络开关，则联络开关维持分闸状态并闭锁；若相邻开关没有故障跳闸信息，则说明故障不在紧邻联络开关的区段，连络开关自动延时合闸，从而实现自动转移供电。

环网组在终端开关站分别配置odf 箱、goose 交换机，开关站内每个终端通过网线与goose 交换机相连，开关站间再通过光纤成环组网，实现三个开关站内所有终端的信息交互功能。远动通道则通过单独二层工业以太网光纤交互机独立上送主站。两个通信网络间为物理隔离，确保了数据的加密与安全性。

对四回10kv 线路双环网合环运行的环网组，速动型智能分布式保护故障识别的处理过程如下。1）当馈线发生短路故障时，线路上所有检测到的故障电流大于纵联启动电流，大于纵联启动电流定值的ftu 终端模块置启动纵联标示小于纵联启动电流定值的ftu 终端模块不启动纵联标志，它们都将其标志信息通过光纤通信在 2ms～3ms 发给开关两侧的智能分布式保护终端模块；2）各个智能分布式保护根据自己检测到的保护电流判断自身的状态，如果故障电流大于纵联启动电流定值，且两侧智能分布式保护终端模块传送过来的纵联启动标志中有一侧有效、一侧无效，那么装置在设定延时时间到达后发出自己跳闸的命令；3）智能分布式保护终端模块在第一次跳闸后会重合，对瞬时性故障恢复供电；对永久性故障，终端模块会加速再次跳闸，而且该ftu 终端模块会向相邻的纵联保护未启动侧发布分闸命令来隔离故障。

从以上智能分布式保护终端模块故障隔离的过程可知，馈线上的每个智能分布式保护终端模块都可以作为故障隔离的主机，这取决于故障的位置，一般为离故障最近的智能分布式保护终端模块。

当故障发生在图3 的k1 点且智能分布式保护功能正常启用时。m 变电站#1 公用开关站a 线601 开关设置反向过流保护，动作时间与变电站开关设置级差，先动作于m 变电站a 线702 开关，m 变电站a 线702 开关与#1 公用开关站a 线601 开关分闸隔离故障，非故障段负荷不失压保持由m变电站b 线703 开关供电。当故障发生在图3 的k2 点且智能分布式保护功能正常启用时。m 变电站a 线#1 公用开关站601、602、605 开关配置纵联差动保护，通过goose 交互信息，当故障发生时判断相邻开关的电流方向，m 变电站a 线#1 公用开关站601、602、605 开关分闸隔离故障，非故障段负荷不失压保持由m 变电站b 线703 开关供电。当故障发生在图3的k3点且智能分布式保护功能正常启用时。n 变电站#3 公用开关站c 线602 开关检测到故障分闸隔离故障，开环点m 变电站#2 公用开关站a 线602 开关检测到自身无压无流，且收到相邻开关“故障跳闸”信号，闭锁合闸。当故障发生在图3 的k4 点且智能分布式保护功能正常启用时。#1 公用开关站b 线603 开关配置三段式过流保护，当开关电流超过设置的定值时，#1 公用开关站b 线603 开关分闸立刻切除故障。

当故障同时发生在图3的k5点与k6点且智能分布式保护功能正常启用时。#1 公用开关站a 线602 开关、b 线602开关及#2 公用开关站a 线601 开关、b 线601 开关配置纵联差动保护，通过goose 交互信息，判断相邻开关的故障电流方向，#1 公用开关站a 线602 开关、b 线602 开关及#2 公用开关站a 线601 开关、b 线601 开关分闸隔离故障，联络开关#2 公用开关站a 线602 开关、b 线602 开关单侧失压且收到相邻开关的“故障跳闸”信息，经过2s 后同时合上开环点，恢复非故障段线路供电。

图3 四回10kv 线路双环网合环运行故障动作分析

当故障发生在图3 的k7 点且智能分布式保护功能异常停用时。n 变电站#3 公用开关站c 线601 开关拒动，环网组智能分布式保护功能自动转为就地馈线自动化保护功能，n 变电站c 线719 开关与d 线720 开关同时跳闸，n 变电站c 线719 开关跳闸重合不成功，d 线720 开关跳闸重合成功，通过逐级重合隔离故障，n 变电站#3 公用开关站c 线602 开关、c 线606 开关失电分闸后站内重合失败，开关单侧得电后立即失电，闭锁开关得电合闸功能，经过120s 后合上开环点m 变电站#2 公用开关站a 线602 开关恢复非故障段线路供电，开环点m 变电站#2 公用开关站b 线602 开关站内重合，成功保持分闸。

当主干线上断路器各终端间的通信（goose 网络）故障时，智能分布式保护功能退出，转为电压时间型就地馈线自动化功能，其线路的开环点两侧有电压闭锁得电合闸功能，在开环点单侧失压经历120s 后，开环点会自动合闸恢复线路供电。

相较于目前较为常规的 10kv 环网供电方式，在自动化开关逻辑上：常规10kv 环网供电一般采用电压时间型就地馈线自动化功能，也有配置智能分布式或主站集中型的自愈功能，但是常规的10kv 环网供电有开环点，以就地型馈线自动化与主站集中型自愈为例，当发生故障时，通过变电站开关保护跳闸，线路上的自动化开关会因失电而分闸，同时故障点上的终端检测到过电流闭锁故障点开关的得电合闸功能，变电站开关经重合后，主干线非故障段开关逐级得电合闸，对侧可通过自转电恢复非故障段供电，从而完成故障隔离与恢复。在四回10kv 线路双环网合环运行供电中，当发生故障时，速动性智能分布式保护通过终端间信息交互与逻辑计算，直接切除故障，无须变电站重合即可完成故障隔离，双环网合环运行使得非故障段不存在失压等任何影响。

在供电可靠性对比上：当其他供电方式线路在单回10kv 出线发生故障时，非故障段线路须待故障隔离后才能逐级恢复供电；如果两回10kv 出线同时发生故障会出现无法转供电的情况。当四回10kv 线路双环网合环运行供电在单回10kv 出线发生故障时，故障段瞬间隔离，非故障段线路则不受任何影响；当同一变电站两路10kv 出线同时故障时，通过智能分布式隔离与转供，秒级恢复非故障段线路供电，从而大大提高了用户的供电可靠性。

该供电方式已经在中山翠亨新区供电系统得以实际应用，翠亨新区起步区为中山市政府重点规划建设的高新产业发展区域，新区有技术科研基地、精密设备生产企业、高新材料生产园区等重要用户，对供电可靠性及电能质量都有较高要求。翠亨新区起步区双环网合环智能供电项目投产后，期间发生过多次单一故障，在故障隔离定位中均未对非故障段用户造成失压影响。