為了簡化配電自動化的建設和維護，提出了解決配電網(wǎng)自動化問題不必追求完美的理念。指出即使變電站出線斷路器采用瞬時速斷電流保護，饋線仍有保護配合的機會。盡管故障指示器的取電方式仍不夠完美，但因其可以不停電裝卸，在實際應用中尚可以接受，非常適合于大范圍應用提高自動化的覆蓋率。對于配電自動化系統(tǒng)的遙控一次成功率、分支線電流遙測精度等指標不必刻意追求完美，配電自動化終端和通信裝置在失去主供電源后只需維持工作15min即可，從而使得配電自動化建設和維護簡單化。
引言
配電網(wǎng)具有“點多面廣”的特點，配電自動化裝置和通信站點數(shù)量眾多，且大多工作于戶外惡劣條件下，在運行中出現(xiàn)差錯的概率較高，而且遙控拒動現(xiàn)象時有發(fā)生。
饋線供電半徑短且分段多，加之變電站出線斷路器往往為了確保主變壓器的安全而配置瞬時電流速斷保護，因此配電網(wǎng)繼電保護配合難度較大，難免發(fā)生多級跳閘甚至越級跳閘現(xiàn)象。
故障指示器具有造價低廉、可不停電方便安裝的優(yōu)點，非常適合于在配電網(wǎng)大范圍應用提高配電自動化的覆蓋率，但是其也存在取電可靠性等方面的不足。妥善解決上述問題不存在技術(shù)難點，但是要付出巨大的代價，相比產(chǎn)生的收益很不劃算。
實際上，解決配電網(wǎng)問題不必刻意投入費用追求完美，只要能夠解決主要矛盾獲得較大的收益，即使存在少許缺陷也可以容忍，這樣可以使問題簡單化，而簡單往往意味著可靠，可靠則更加實用。
1、變電站出線斷路器瞬時速斷保護情況下饋線的繼電保護配合問題
當變電站出線斷路器采用延時速斷保護(即II段)時，可以實現(xiàn)饋線分支斷路器與變電站出線斷路器兩級級差配合的過電流保護，做到分支線故障不影響主干線，甚至還可以實現(xiàn)次分支/用戶、分支、變電站出線開關(guān)三級級差配合的過電流保護，實現(xiàn)次分支/用戶故障不影響分支、分支線故障不影響主干線。
但是，有些情況下，變電站出線斷路器往往仍采用瞬時速斷保護(即I段)，許多人認為這種情況下饋線就不具備過電流保護配合的條件了。
實際上，即使變電站出線斷路器配置瞬時速斷保護，饋線上仍有保護配合可能，因為由于I段電流定值需躲開涌流等原因，往往導致瞬時速斷保護并不保護饋線全長，而且配電網(wǎng)的故障高發(fā)于架空線路且以兩相相間短路故障為多。隨著配電網(wǎng)建設與改造的推進，主干線的絕緣化率一般較高，而分支線和用戶線仍以架空線為主且總長度較長，因此配電網(wǎng)上發(fā)生的相間短路故障大部分都發(fā)生在分支線和用戶線。
對于裝設了瞬時電流速斷保護的饋線，可以分為2個部分，上游部分發(fā)生相間短路故障時將引起變電站出線斷路器的瞬時電流速斷保護動作跳閘，不具備多級級差保護配合的條件;下游部分發(fā)生兩相相間短路故障時，將不引起變電站出線斷路器的瞬時電流速斷保護動作，但是具有延時的過電流保護會啟動，具備多級級差保護配合的條件。
由于10kV饋線都從主變電站發(fā)出，一般情況下一條饋線的供電范圍大致呈扇形(如圖1所示)，越向下游分支越多，而離變電站較近的路徑多為電纜而沒有供出負荷。因此，對于裝設了瞬時電流速斷保護的饋線，其具備多級級差保護配合條件的區(qū)域恰好落于分支比較多的范圍，對于實施變電站出線斷路器—分支線斷路器—次分支/用戶斷路器的多級級差配合非常有利，往往可以使該饋線供出的大多數(shù)負荷受益，并且對于大部分相間短路故障有效。
即使對于不具備多級級差保護配合條件的故障情形，在故障時發(fā)生了越級跳閘或多級跳閘現(xiàn)象，但是因為可以將保護動作信息上傳至配電自動化主站，主站仍然可以正確判斷出故障區(qū)域。若相應斷路器具備遙控條件，則主站可以通過遙控進行修正性控制，將故障區(qū)域正確隔離并恢復健全區(qū)域供電;若相應斷路器不具備遙控條件，則根據(jù)主站的故障定位結(jié)果可以派出工作隊迅速趕赴故障區(qū)域進行人工處理。
特別地，對于兩級繼電保護配合存在困難而故障后導致該兩級斷路器同時跳閘的情形，可對斷路器配置帶電后一次重合閘功能，且重合成功后暫時閉鎖I段而保留II段電流保護。若“子”斷路器下游發(fā)生永久性故障后導致兩臺斷路器均閘，則“父”斷路器重合成功將電送到“子”斷路器并暫時閉鎖I段電流保護，“子”斷路器帶電后，重合失敗而將故障隔離，“父”斷路器因暫時閉鎖I段電流保護而不會跳閘，一段時間后“父”斷路器自動復歸再次具備I段電流保護和一次重合閘功能。
綜上所述，配電網(wǎng)繼電保護配合問題沒有必要追求完美，只要對大部分用戶和大部分故障情形有效并且投資規(guī)模不大就值得去配置。
2、應用故障指示器提高自動化覆蓋面
配電自動化的覆蓋面直接影響其實用化，否則將難以全面提升運行管理水平。20世紀末的配電自動化建設的教訓之一就是建設的主站配置豪華而僅在極少數(shù)饋線配置了配電自動化終端，導致“頭大身子小”。
對配電自動化覆蓋率的認識也一度存在誤區(qū)，曾經(jīng)導致“見開關(guān)就裝終端，凡終端都實現(xiàn)三遙”的過度建設局面。
故障指示器造價低廉并且可以不停電安裝，而且不必隨開關(guān)安裝，非常適合于大范圍應用提高自動化的覆蓋率。
故障指示器的取電問題一直是關(guān)注的焦點。對于安裝于架空分支線的故障指示器，由于在谷期負荷較輕，采用電流互感器取電方式難以維持裝置正常工作所需功率;若采用太陽能取能方式，在夜間或遇到陰雨天時，也難以維持裝置正常工作所需功率。因此，故障指示器一般都內(nèi)置有儲能電池，在正常取能不能維持裝置正常工作時提供能量。而儲能電池的壽命有限，在其失效前必須加以更換，這也是許多人詬病故障指示器之處。
對于故障指示器也不必刻意追求完美，如果只要求故障指示器在相間短路故障時能夠正確可靠地反映故障現(xiàn)象，就不需要內(nèi)置儲能電池而可以做到免維護，因為無論故障指示器安裝位置流過的負荷電流怎樣，在其下游發(fā)生相間短路時，故障指示器的電流互感器能夠從強大的短路電流中提取足夠大的能量，并將之存儲于超級電容中，該能量足以維持故障指示器工作一小段時間(如1min)，使之正確完成故障信息檢測并經(jīng)GPRS通道將故障信息傳送到配電自動化主站。但是，這樣設計的故障指示器在配電網(wǎng)正常運行時可能會遇到停止工作(如遇到負荷谷期時)，而且對于中性點非有效接地系統(tǒng)當發(fā)生單相接地時可能也會沒有反應。但是，這種故障指示器畢竟在相間短路故障時能夠可靠發(fā)揮其作用，而且能做到免維護，試想那些利用故障時的電動力“翻轉(zhuǎn)指示”的傳統(tǒng)就地型故障指示器也僅在相間短路時能夠起作用而已。
許多人對于故障指示器僅僅能夠在相間短路故障時發(fā)揮作用不滿意，還希望其能有助于單相接地位置查找，甚至還希望在配電網(wǎng)正常運行時，通過故障指示器粗略觀測電流以大致了解配電網(wǎng)的運行情況。為了實現(xiàn)上述功能，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，就必須接受“故障指示器需要內(nèi)置儲能電池并及時進行更換”的現(xiàn)實，這也是“不必追求完美”理念的另一種表現(xiàn)。
作者認為，由于故障指示器能夠方便地帶電安裝和拆卸，更換其內(nèi)置的儲能電池并非不能接受，而且還有必要采用輪換替代法定期對故障指示器進行巡檢和維護，具體做法是：定期用很少量通過實驗室測試的完好的故障指示器去替換現(xiàn)場同樣數(shù)量的故障指示器，并對更換下來的故障指示器進行實驗室測試(即抽樣測試)，若全部完好則下次再用這批故障指示器去進行現(xiàn)場替換;若發(fā)現(xiàn)存在少許有缺陷的故障指示器，則適當增加輪換替代的故障指示器數(shù)量并縮短進行輪換替代的周期(即適當加大抽樣力度)。對儲能電池性能的檢測和更換可以在上述例行維護中同時進行。
通過對故障指示器的定期輪換替代和測試維護，可以及時發(fā)現(xiàn)缺陷并進行修復，從而更加可靠地發(fā)揮出故障指示器的作用。
與采用“三遙”配電自動化終端相比，故障指示器只能上報故障信息并由配電自動化主站進行故障定位并派出人員去現(xiàn)場操作，而不能通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復健全區(qū)域供電。但是，相比不采用任何措施，已經(jīng)大大節(jié)省了故障查線時間，并且工作人員到現(xiàn)場后，可以人工操作隔離開關(guān)將故障隔離在遠比具有“三遙”的自動化開關(guān)所能隔離的范圍小得多的區(qū)域之內(nèi)，在大多數(shù)情形下，在故障定位指引下的人工操作大致可以在30～45min之內(nèi)完成。因此，故障指示器方案能夠顯著減少停電戶時數(shù)，“不完美”未必不能滿足需要。
當然，對于供電可用率要求較高的區(qū)域，還必須適當安裝“三遙”配電自動化終端才能滿足要求，而對于供電可用率要求特別高的區(qū)域，還必須采用多供電途徑備自投等措施。
3、配電自動化指標亦不必追求完美
建設配電自動化系統(tǒng)的目的在于使用，而不是為了“看起來不錯”，因此不必刻意追求某些指標的完美。
配電自動化系統(tǒng)中發(fā)生遙控失敗的概率比地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)高，如果刻意追求一次遙控成功率指標，則往往需要花費較大的建設與維護費用，實際上從使用的角度看，在需要遙控時，只要在較短的時間內(nèi)(如2～3min)能夠正確地完成就可以了，在此時間范圍內(nèi)，若一次遙控失敗，可以反復多次進行遙控，只要最終達到目的即可。
再比如，由于流過架空分支線開關(guān)和電纜環(huán)網(wǎng)柜的饋出開關(guān)的電流往往比較小，在進行自動化改造時，許多人為了保證足夠高的遙測精度，而降低了電流互感器變比(如采用50/5的TA)，導致當該開關(guān)下游發(fā)生相間短路故障時，相應TA因發(fā)生飽和而使配電自動化終端無法采集到故障信息造成漏報，導致故障定位錯誤。實際上，正是因為這些分支開關(guān)流過的電流小，其對于配電網(wǎng)運行的影響也很小，沒有必要刻意追求其遙測的精度，但是一旦其下游發(fā)生相間短路故障，短路電流的大小并不因為其負荷輕而有所減少。因此，應當從滿足故障定位的需求出發(fā)配置與主干線相同的保護用TA(變比一般為600/5)。如果確實需要比較準確地量測流過某個分支的電流，則可以將保護用TA配置在A相和C相，而在B相配置低變比的測量用TA(如采用50/5的TA)。也許有人會詬病這種配置方案，認為無法反映配電網(wǎng)三相不平衡的特點，但是作者認為，在負荷很輕的情況下，即使三相不平衡對配電網(wǎng)運行的影響也不大，何況還可以從用電信息采集系統(tǒng)中得到低壓配電網(wǎng)的相關(guān)信息。因此，對于配置于輕載開關(guān)處的電流遙測量沒有必要刻意追求其具有完美的遙測精度。
再比如，行業(yè)標準《配電自動化遠方終端(DL/T721—2000)》中曾要求配電自動化終端在失去主供電源(通常來自所監(jiān)控開關(guān)的TV)時，備用電源能夠維持終端和通信裝置工作8h以上，并能可靠操作開關(guān)3次。仔細分析后不難發(fā)現(xiàn)，在實際應用中，當失去主供電源后，配電自動化終端只需利用備用電源維持供電將故障信息及開關(guān)狀態(tài)傳送到配電自動化主站以便主站進行故障定位，如果所監(jiān)控的開關(guān)與故障區(qū)域直接相聯(lián)且仍處于合閘狀態(tài)(即上級開關(guān)越級跳閘切除故障)，則還需接受主站的命令將該開關(guān)補跳分閘。備用電源沒有必要支撐恢復供電所需的合閘操作，因為合閘操作可以在電力恢復到相應開關(guān)(即開關(guān)一側(cè)帶電)后再進行，此時可以由主供電源供電。主供電源失去后的上述任務，在全自動化模式下，幾分鐘就可以完成，即使在半自動化(即主站給出故障處理策略由人工操作進行遙控)模式下，也應在15min內(nèi)全部完成。因此，實際上只需要求配電自動化終端在失去主供電源時，備用電源能夠維持終端和通信裝置工作15min以上即可，這樣就可以采用超級電容器替代蓄電池作為備用電源的儲能元件，從而有效減少了維護工作量。實際上，對于無遙控功能的“兩遙”配電自動化終端(包括具有本地繼電保護功能的“兩遙”終端)，當失去主供電源后備用電源只需維持5min即足以滿足要求。因此，在新修訂的行業(yè)標準《配電自動化遠方終端(DL/T721—2013)》中將配電自動化終端在失去主供電源后，采用超級電容的備用電源維持“三遙”配電自動化終端和通信裝置工作的時間修訂為15min。值得一提的是，上述指標對于絕大多數(shù)情形都是可行的，但是對于采用主從通信方式并配置了主通信裝置(如主載波機)的配電自動化終端而言，在失去主供電源后還必須要求備用電源維持終端和通信裝置工作較長時間，否則會因主通信裝置停止工作而導致大片從通信裝置失效。因此，配置有主通信裝置的終端一般仍需要采用蓄電池，這也是為什么主從通信方式不被提倡的原因之一。
4結(jié)語
1)配電網(wǎng)繼電保護配合沒有必要追求完美，即使變電站出線斷路器采用瞬時速斷電流保護，仍有保護配合的機會，一般能使饋線上較多用戶受益。
2)故障指示器造價低廉并且可以不停電安裝，非常適合于大范圍應用提高自動化的覆蓋率。盡管故障指示器的取電方式仍不夠完美，但是在實際應用中尚可以接受。
3)對于配電自動化系統(tǒng)的某些指標不必刻意追求完美，這樣可以在不影響其實際應用效果的前提下，使得配電自動化建設和維護簡單化。
作者簡介
劉健，總工程師，博士，教授，博士生導師，百千萬人才工程國家級人選，主要研究方向為配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)。
