浅谈10kV配电架空线路电压—电流型馈线自动化技术
【摘 要】在我国的郊区和农村以10kV架空线路居多，事故跳闸率偏高。传统的馈线方式导致变电站出线开关动作频繁、隔离故障所需时间长，非故障区域也会引起停电。提出10kV电压-电流型馈线自动化方案，即通过增设自动化断路器和自动化负荷开关将主干线分为几段，并配置智能控制器（FTU），通过与变电站保护配合减少了变电站出线开关的跳闸次数，在线路发生故障时能快速隔离故障区域、迅速恢复非故障区域的供电。
【关键词】10kV架空线路；电压-电流型馈线自动化；自动化断路器；自动化负荷开关
0.引言
随着经济的快速发展，人们对电的依赖性越来越强，这就意味着对配电系统的供电可靠性和电能质量要求越来越严格，而配网自动化是提高配电网运行的一种重要的技术手段，目前阶段主要是指实现10kV架空线路的馈线自动化。目前研究的馈线自动化策略很多，但真正实用于10kV架空线路，并且实用、经济、易于实现的馈线自动化策略并不多。本文提出适用于架空线路的电压-电流型馈线自动化方案，详细阐述该方案的实现原理和实现过程，分析比较了该种馈线自动化方式与传统馈线自动化方式的效果对比。
1.电压-电流型馈线自动化实现原理
实现10kV架空线路馈线自动化的主要目的是快速定位故障、隔离故障、非故障区域快速恢复通电，尽可能地减少故障引起的非故障区域停电范围，缩短故障排查时间。故障时只有靠近故障区域两侧的开关动作，使开关动作引起的停电范围最小。在故障隔离和恢复供电过程中，尽可能减少开关的动作次数，延长开关的使用寿命，基于此馈线自动化目的，提出电压-电流型馈线自动化方案。
电压-电流型馈线自动化实现的原理是指故障的检测、定位、隔离等功能的实现采用电流检测判据。当线路发生故障时，由配电网主站通过GPRS方式收集线路上相关FTU的故障信息，并进行故障分析、定位故障。由于主干线上的电压型自动化负荷开关具有“失压脱钩”的特点，此时，处于失电的负荷开关位于分闸位置，远方的主站只需发出开关闭锁合闸命令，就可以将故障点两侧的开关闭锁在分闸状态，这样就把故障区域隔离出来了。对于馈线上非故障区域的供电，通过变电站出线开关经过重合和解除联络开关闭锁合闸的命令，并结合自动化负荷开关的“来电自举”的特点，逐级恢复供电。这种电压-电流型混合配网自动化方案兼顾了电压型、电流型配电网自动化方案的优点，一方面具有电流型快速、快速可靠故障定位和故障隔离的优点，避免了电压型方案中因“残压闭锁”不绝对可靠而造成对侧全线停电的缺点，同时具有电压型开关采用交流操作电源的特点，开关操作可靠性大大提高。
2.自动化开关选型
电压-电流型馈线自动化方式的配置为：在主干线约离电源侧三分之一处配置一台电压-电流型自动化断路器，因为断路器可以切除故障电流，所以要考虑与变电站出线开关的时间配合，故一般配置一台自动化断路器，线路其余地方都配置电压-电流型自动化负荷开关。电压-电流型自动化负荷开关具有“失压脱钩，来电自举”的功能。不管是自动化断路器还是自动化负荷开关，都采用成套设备，包括自动化柱上真空开关、智能控制器（FTU）及PT电源，智能控制器（FTU）采用GPRS通信方式。智能控制器（FTU）既有电压型特点又有电流型特点，电压型特点是指智能控制器具有电压型开关控制器功能：在馈线全线停电的情况下，当智能控制器检测到开关一侧来电时，在开关没有被闭锁合闸的情况下，经过7s延时后，FTU自动将开关合闸，不需要等待主站发遥控命令；如果开关被闭锁合闸，则开关保持在分闸状态。电流型特点是指智能控制器（FTU）检测故障的判据是电流，而不是根据电压和时间为判据的。当线路发生故障时，智能控制器根据流过的故障电流大小，记录故障，并通过GPRS向主站发送。
3.电压-电流型馈线自动化实现过程
下面详细说明电压-电流型自动化方案处理过程（见下图），变电站出线开关1和分段开关2为带时限保护（限时速断、过流、零序）和带二次重合闸功能的断路器，一次重合闸时间为5s，二次重合闸时间为60s。分段开关3和分段开关4为电压-电流型自动化分段负荷开关，且具有单侧得电延时7s合闸，若合闸3s内未检测到故障电流闭锁分闸，若合闸3s内检测到故障电流则分闸且闭锁合闸。
假如c区域内发生瞬时性故障，由于分段开关2为断路器，可以跳开故障电流，因此分段开关2因速断保护动作而分闸，随后分段开关3和分段开关4皆因失压而分闸。分段开关2经过5s后一次重合，分段开关3、分段开关4依次延时7s、14s后合闸，恢复b、c、d等区域的供电。从发现瞬时性故障到恢复供电，前后经过的时间约为19s。此后，智能控制器FTU通过GPRS向主站汇报各自检测的瞬时故障信息，以便主站了解瞬时故障的发生过程和位置。
假如c区域内发生永久性故障，同样分段开关2因速断保护动作而分闸，随后分段开关3和分段开关4皆因失压而分闸。分段开关2经过5s后一次重合，重合成功后分段开关3单侧得电，延时7s后合闸，分段开关3合闸到故障点，分段开关2再次动作分闸，分段开关3、分段开关4皆因合闸后3s内检测到故障电流，所以分段开关3、分段开关4都分闸且闭锁合闸，因此将故障c区域进行隔离。60s后分段开关2进行二次重合闸，恢复非故障b区域的供电，分段开关2的前端用户未受到故障带来的停电影响。为了恢复失电区域d的供电，解除联络开关5的闭锁合闸命令，联络开关5检测到一侧有电、一侧无电经过7s延时后合闸，恢复失去电区域d的供电。这样由于分段开关3处于分闸状态且闭锁合闸，从电源侧确保了故障c区域的隔离；由于分段开关4的处于分闸状态且闭锁合闸，从备用电源侧也确保了故障c区域的隔离。
4.与传统馈线方式效果对比
传统馈线方式不具备自动化水平，主干线上只配置一些就地手动操作的普通型柱上开关，当线路发生永久性故障时，首当其冲的是变电站出线开关保护动作跳闸，虽然切除了故障电流，但是却引起了整条10kV线路停电。故障排查很繁琐，要运维人员沿线行一路巡查下去，当找到故障点后，要手动拉开故障点两侧的柱上开关，再通知变电站运维人员把变电站出线开关合上，恢复故障前段的供电。如果有联络开关，手动合上联络开关，恢复故障区后段供电。由此可见，传统馈线模式非但不能快速定位故障、隔离故障，反而造成大面积的非故障区域停电，停电时间长。
选用电压-电流型馈线自动化方式后，通过自动化柱上开关准确有效地对故障进行检测、定位、隔离，只需很短时间就可以恢复非故障区域的供电。抢修人员可以很有目标的直奔故障区，省去了传统的沿线排查故障，这样不仅缩小了故障引起的停电范围，而且加快了抢修的时间，最大限度减少了总的停电时间，大大提高了供电可靠性。
5.结束语
本文通过分析一种适用于10kV配电架空线路的电压-电流型馈线自动化方案，重点描述了该方案的实现原理和实现过程，并通过实际发生的故障事例进行了详细的分析及说明。总结得出该电压-电流型馈线自动化方案可以实现对10kV架空线路故障的快速定位、隔离和恢复，有效的降低了10kV馈线的故障跳闸率，对今后推广10kV配电架空线路馈线自动化技术具有积极的意义。
【参考文献】
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