工控摘要：配網運行經驗表明，配網故障一般位于分支線路上，主線路發生故障的概率不高。針對目前配網自動化系統的結構和特點，從配網改造和建設實際出發，提出一種綜合配電自動化終端設計方案，在分支線路配置集繼電保護、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端，快速隔離配網故障和動態改善配網電能質量，解決失電時配電終端設備工作和斷路器操作的電源問題，實現提高供電可靠性和供電質量的目的。
　　
　　配網是整個電力系統的末端，直接面向終端用戶，供電可靠性和供電質量要求越來越高。目前國內配網基礎設施和結構相對比較薄弱;供電質量較差，電壓水平低，網損率高;配電自動化程度還較低。配網的總體水平已不能滿足終端用戶日益增長的用電需求，大規模的配網自動化改造和建設正在積極展開。
　　
　　配網自動化是建立在信息化的基礎上，將配電系統在線數據和離線數據、配電網數據和用戶數據、電網結構和地理圖形進行信息集成，構成完整的自動化系統，實現配電網及其設備正常運行及事故狀態下的監測、保護、控制以及用電和配電管理的自動化，zui終實現以大幅度提高供電可靠性、改善電能質量為目標的對配電系統在線的、準實時的閉環控制[1]。配電自動化終端作為配網自動化系統的重要基礎部分，要求其功能完善、工作可靠、擴展簡單以及維護方便。
　　
　　本文在分析典型配電自動化方案基礎上，結合配網運行實際，提出一種配電自動化終端方案，以期能夠解決配網當前存在的實際問題。
　　
　　典型配電自動化方案分析
　　
　　考慮到各地方配電網的復雜性，不失一般性，配電網可以以如下拓撲示意：
　　
　　圖一中，變電站的10kV出線配置斷路器和相應的保護，主線路上采用分段開關分段，各分支線路采用負荷開關的配置，所有開關均帶電動分、合閘功能。由于分段開關和負荷開關均不能開斷短路電流，因此不配置保護。故障區段查找、隔離以及恢復供電目前大致有兩種方案：
　　
　　其一，依靠自動化開關設備反復配合動作來自動實現。在故障情況下，由變電站出線斷路器配置的保護切除故障，這時會造成全線失電，然后分段開關、負荷開關由于失壓而跳閘，然后再由變電站的斷路器合閘后，依次合負荷開關和分段開關來檢測故障點，當然還存在斷路器再次跳閘、再次合閘的可能，造成對負荷（尤其是變壓器）的多次沖擊，停電時間長。
　　
　　其二，依靠分布在分段開關上的FTU采集故障信息，通過通信網絡上傳調度集中控制，通過遙控將故障隔離并恢復非故障區段供電。該方案減少了開關的反復動作，提高了設備運行安全，自動化程度高，對通信系統依賴很強。
　　
　　已有的配網自動化方案[2~7]都是集中在配網主網架的故障隔離和網絡重構上，從理論上來說，這些方案都具有可行性，但在實際應用中都遇到了許多問題，導致系統并不能發揮其應有的效果，如：通信方式及通信系統穩定性、故障判別元件的靈敏度配合、環境適用性、電源的可靠性等方面或多或少存在問題，應用的效果并不好。
　　
　　綜合配電自動化終端設計
　　
　　根據配網系統實際運行的統計，故障一般位于分支回路上，主回路上發生故障的概率并不大，而改造配網的出發點應該是能夠實際解決問題，如果能將分支線路的故障快速切除，將可以解決配網大部分的問題，即故障快速隔離、提高供電可靠性。
　　
　　配網供電質量較差，改善供電質量的通常做法是在配網上安裝無功補償裝置。為了能夠減少電力用戶內部各條配電線路的電能損耗，提高配網的功率因數，采用分散無功補償方式比較合適，即在分支線路公用配變低壓側、用戶的配電母線上安裝無功補償裝置。
　　
　　考慮到上述情況，筆者提出分支線路配置集保護測控、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端。
　　
　　首先，將分支線路的負荷開關更換為真空斷路器，為分支線路配置專門的保護。
　　
　　在分支回路故障情況下，由分支線路斷路器切除故障，可以實現保護級的故障隔離。已有的配網自動化無論采用何種方案，故障隔離均不可能達到保護級（也就是能在1s內隔離故障），一般的時間為幾十秒或數分鐘，而采用此方案，故障切除可以在1s內可靠完成，大大縮短了停電時間，提高了供電可靠性。
　　
　　分支線路配置保護大大簡化了保護配合，所有分支回路的保護獨自整定，不需要和其他回路配合，如果分支回路下還有分支（如開閉所），則可以同下面的分支回路的保護進行時間上的配合即可，變電站的線路出線保護只需要同所有分支回路保護的zui長延時配合，有一定級差即可，保護整定和配合都非常簡單。
　　
　　分支線路配置保護減少了對線路負荷的沖擊，分支斷路器切除分支回路故障后，變電站線路保護元件返回，如果分支回路帶重合閘，僅對該分支存在沖擊的可能（合閘到*故障），提高了設備運行安全。
　　
　　其次，分支線路配置集成靜止無功發生器SVG，實現分支線路動態無功補償。
　　
　　SVG并聯于電網中，相當于一個可變的無功電流源，通過調節逆變器交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流的幅值和相位，迅速吸收或者發出所需要的無功功率，實現快速動態調節無功的目的。當采用直接電流控制時，直接對交流側電流進行控制，不僅可以跟蹤補償沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。
　　
　　再次，提供完善而可靠的自供電功能，裝置自帶免維護的電池及完善的電源管理程序，在進線故障情況下可保證裝置的正常工作及跳閘，解決失電時配電終端設備工作和斷路器操作的電源問題。
　　
　　zui后，支持多種標準自動化接口，支持多種通用遠動規約，自動化接口模塊插拔式獨立設計，方便更換和配置。
　　
　　綜合配電自動化終端實現
　　
　　綜合配電自動化終端，采用高性能DSP處理器硬件平臺和嵌入式實時操作系統，集成保護測控、SVG、無源自供電、通訊功能于一體，是智能化、網絡化、數字化的低壓配電終端。
　　
　　本終端配備以下保護功能，如圖二，三所示：
　　
　　1）瞬時速斷、定時限過流保護和接地保護，接地保護的零序電流可由三相電流計算或外接零序CT輸入。
　　
　　2）反時限過流保護，符合IEC255-4標準的反時限特性。
　　
　　3）具備二次諧波閉鎖功能，避免投入變壓器時過電流保護誤動作。
　　
　　本終端配備SVG，橋式變流電路結構采用當前主流的電壓型結構，SVG實時檢測負載電流的正序、負序、零序、有功、無功和諧波分量，由可關斷電力電子器件（IGBT）控制，輸出一個與所需補償電流大小相同，方向相反的電流與之抵消，IGBT開關頻率達到6000HZ，可實現連續、快速的大范圍無功感性與容性雙向調節，使終端所配置的SVG不但具有良好的無功補償能力，補償基波無功電流，也可同時對諧波電流進行補償，達到改善電能質量的目的。
　　
　　本終端配備自供電源，包括CT取能或PT取能，系統工作采用以電網電流或電壓供電為主，太陽能作為后備，鋰電池，鉛電池，操作電容輔供電。大容量的電池組系統采用電源泵技術，*的線路電流控制充電技術和數控定期自動*放電活化處理技術，大大延長電池使用壽命。當線路電流低于額定值的5%時，由電池組供電。終端在非跳閘時功耗小于4MA，使電池容量至少維持裝置正常工作一周時間。在外部失電時，低能量脈沖跳閘方式所需能量由電容儲能提供，可保證至少兩次合-跳輸出，滿足配電網故障恢復過程中智能控制策略的需要。
　　
　　本終端支持無線擴頻、GPRS、SMS短消息服務等多種自動化接口，為配網自動化提供多種通訊解決方案。自動化接口模塊插拔式獨立設計，方便更換和配置。所配置的GPRS無線數據傳輸模塊內部集成TCP/IP協議棧、支持自動心跳、鏈路支持*在線、透明傳輸、遠程參數配置，*保存。
　　
　　我國目前的配電網很薄弱，絕大多數為樹狀結構，且多為架空線，供電距離長，導致供電可靠性差，供電損耗大，電壓質量差。配電設備比較陳舊，大多是不可遙控的。配電網運行狀態監測設備少。這些導致事故處理自動化程度低、處理時間長，事故后恢復供電慢。
　　
　　根據配網實際運行經驗，提出了一種在分支線路配置集繼電保護、無功補償、無源自供電、多種通信接口功能于一體的配電自動化終端設計方案，以實現配網故障快速隔離，提高供電可靠性，及配網無功功率就地補償，改善供電質量，可以較好的滿足配網改造的需求。