摘要　探讨了配电网自动化系统的热门话题——馈线自动化技术及其在配电网中的应用，介绍了一种新型的馈线自动化专用设备FTU，讨论了相间故障和单相接地故障时FTU的动作原理。
关键词　配电网　馈线自动化　FTU终端
分类号　TM727.2　TM76

Feeder Automation Technology and Its Application

Zhu Shoubin, Zhou Renhua
(Nanjing Electric Power Automation Equipment General Factory,Nanjing 210003，China)

Abstract　The feeder automation technology is the hot point of distribution network automation system at present,the technology and its application in the field of distribution network are also discussed.It introduces FTU,a new type of professional equipment of feeder automation,and discusses FTU action principles for a phase-to-phase fault and phase-to-ground fault.
Keywords　distribution network; feeder automation(FA); feeder terminal unit(FTU)

0　引言
　　随着国民经济的迅速发展和改革开放的深入，电力工业也在迅速发展，人们对电力的需求也在日益增长，同时对供电的可靠性以及供电质量的要求也越来越高，而配电网中应用的馈线自动化(Feeder Automation-FA)技术，是提高供电可靠性的直接有效的技术手段。因此，在配电网自动化(Distribution Automation-DA)过程中首先进行的往往都是配电网的馈线自动化，这也是配电网自动化的基础。
　　目前馈线自动化大致可分为两类：
　　(1)　采用具有就地控制功能的线路自动重合器或分段器，实现故障自动隔离和恢复供电，不作数据采集和无远方通信；
　　(2)　采用远方通信通道，具有数据采集和远方控制功能。
　　由于配电网的馈线自动化与配电网的网络结构及一次设备之间的关系非常密切，传统的RTU不能满足配电自动化的要求。针对这一情况，我们开发了配电自动化专用的、采用第二种方案的NDA-960系列RTU设备。

1　功能
　　NDA-960系列RTU与传统的SCADA系统的RTU相比之下，有许多独特的功能与特点。
　　(1)　从电流互感器和电压互感器上直接输入交流模拟量。以交流采样方式来计算标准的模拟量(包括电压、电流、有功和无功功率、有功和无功电能量等)，放弃了传统的电流、电压、有功、无功等变送器(从而也消除了随之而来的漂移误差)，并且简化了系统结构。
　　(2)　完善的故障检测与网络重构机制。①在系统正常运行时可以通过网络重构以降低损耗，平衡馈电负荷，提高了供电的经济性；②发生瞬时性故障时可以在短时间内自动恢复供电，提高了供电的可靠性；③发生永久性故障时(也可与自动重合器配合)可以在短时间内自动对故障点进行定位，并且自动隔离故障区。这样既保证了快速恢复非故障区域的供电，也可以减少维修人员查找与排除永久性故障点所需的时间，从而有利于迅速恢复故障区域的供电。
　　(3)　自动校准机制。无需人工校准，免去了变送器的维护工作量。
　　(4)　由于省去了传统的变送器、故障检测器等设备，系统结构得以简化，既可以减少系统的投资，也可以减少系统的维护工作量，安装、运营成本也相应减少。
　　(5)　接受远程下载。

2　馈线自动化专用设备FTU组成
　　一般来说，NDA-960系列RTU按安装场所可以分为4类。
2.1　柱上开关RTU(NDA-961)
　　NDA-961型配电自动化终端主要用于户外架空线电杆上的负荷开关处，必须采用防雨结构，必须耐腐蚀、抗凝露。
2.2　配变监控终端TTU(NDA-962)
　　NDA-962型配变监测终端主要用于监测户外配电变压器的运行状态，必须采用防雨结构，必须耐腐蚀、抗凝露。
2.3　环网开关RTU(NDA-963)
　　NDA-963型配电自动化终端主要用于环网开关。一般情况下，一个环网开关柜内所装设的负荷开关为4台。环网开关柜有户外型和户内型两类。
2.4　开闭所RTU(NDA-964)
　　NDA-964型配电自动化终端主要应用于开闭所。一般情况下，配电系统的一个开闭所的最大模式主接线为：两回进线，单母线分段，每段母线上有四回出线，每段母线上还有1台变压器带本地负荷，共有13个开关。这样，以采用主从方式的多终端配置为最简洁。为减少RTU的种类，各终端可以采用相同的硬件组成。

3　FTU动作原理
　　FTU是配电自动化应用的理想配套产品，在它的诸多功能特点中，配电开关负荷终端故障检测手段是很重要的一点。NDA-961可以检测出馈线上的相间短路故障和单相接地故障，并且能够确定是电源端所保护的装置(如断路器、重合器、熔断器等)重合成功还是闭锁重合来切除故障区段。NDA-961的故障检测原理见图1。

图1　NDA-961故障检测原理

　　如图1所示，馈线F1和F2的断路器CB1，CB2闭合，负荷开关S1，S2和S3闭合，开环点的联络负荷开关S0断开，熔断器R1也处于闭合状态。正常情况下，两条馈线独立运行。在故障情况下，安装在S1，S2，S3和S0处的NDA-961与断路器CB1和CB2、熔断器R1配合实现故障的定位与隔离以及网络的重构。最大限度地保证供电。
3.1　A点发生故障
　　(1)　若A点发生瞬间故障，断路器CB1重合成功，系统恢复正常。负荷开关S1处的NDA-961上报运行正常，则系统(操作员)判定瞬间故障发生于断路器CB1与负荷开关S1之间。
　　(2)　如果A点发生了永久性故障，断路器CB1重合不成功而形成闭锁，位于负荷开关S1，S2，S3处的NDA-961都上报为正常情况(无故障电流通过)，则系统(操作员)判定故障点位于断路器CB1和负荷开关S1之间。处理对策是：断开S1以隔离故障，并闭合S0以恢复馈线F1的非故障区域 (S1与S0间的负荷区域) 的供电， 而故障区域 (CB1与S1间的负荷区域)的供电将在维修人员排除A点的故障之后恢复。
3.2　B点发生故障
　　(1)　若B点发生瞬间故障，断路器CB1重合成功，系统恢复正常。负荷开关S1处的NDA-961上报重合成功、瞬间故障消失；负荷开关S2处的NDA-961上报运行正常，则系统(操作员)判定瞬间故障发生于负荷开关S1与S2之间。
　　(2)　如果B点发生永久性故障，断路器CB1重合失败而形成闭锁，位于负荷开关S1处的NDA-961上报重合失败、发生永久性故障，位于负荷开关S2处的NDA-961上报运行正常，则系统(操作员)判定永久性故障发生于负荷开关S1与S2之间。处理对策是：断开负荷开关S1和S2以隔离故障，闭合断路器CB1以恢复CB1与S1之间的供电，闭合联络负荷开关S0以恢复馈线F1上S2与S0之间的供电，故障区域(S1与S2之间的负荷区域)的供电将在维修人员排除B点的故障之后恢复。
3.3　C点发生故障
　　(1)　若C点发生瞬间故障时，断路器CB1重合成功，系统恢复正常。位于负荷开关S1和S3处的NDA-961均上报重合成功、故障切除，则系统(操作员)判定瞬间故障发生于负荷开关S3的负荷端。
　　(2)　如果C点发生永久性故障时，断路器CB1重合不成功而形成闭锁，位于负荷开关S1和S3处的NDA-961均上报重合失败、发生永久性故障，则系统(操作员)判定永久性故障发生于负荷开关S3的负荷端。处理对策是：断开负荷开关S3以隔离故障，闭合断路器CB1以恢复馈线F1的非故障区域的供电，故障区域(负荷开关S3的负荷端)的供电在维修人员排除了C点的故障之后才能恢复。
3.4　D点发生故障
　　(1)　假如熔断器R1不能自行恢复，D点发生瞬间故障或永久性故障时，R1都会熔断，故障区域被隔离，断路器CB1不会动作，位于负荷开关S1和S2处的NDA-961上报发生电流冲击，则系统(操作员)判定故障发生于熔断器R1的负荷端，需要维修人员排除故障、更换熔断器R1以后，才能恢复故障区域的供电。
　　(2)　如果熔断器R1可以自行恢复，D点发生瞬间故障，R1熔断、然后自行恢复，系统恢复正常，位于负荷开关S1和S2的NDA-961上报发生电流冲击，同系统(操作员)判定故障发生于R1的负荷端，不必采取措施。
　　(3)　若熔断器R1可以自行恢复，D点发生永久性故障，R1熔断、恢复、然后再次熔断，这时位于负荷开关S1和S2处的NDA-961上报发生连续多次的电流冲击，则系统(操作员)判定永久性故障发生于熔断器R1的负荷端。处理对策是：断开负荷开关S2，保证断路器CB1与负荷开关S2之间的非故障区域的供电，在维修人员排除D点故障后才能恢复负荷开关S2的负荷侧的供电。
3.5　关于单相接地故障的考虑
　　在大电流接地系统中，单相接地故障会引起馈线出线开关继电保护动作跳闸，其故障识别和定位与相间故障的识别和定位完全一样。
　　在小电流接地系统中，单相接地故障不会引起馈线出线开关继电保护动作，因为单相接地故障时的电容电流很小，FTU难以准确检测和识别。如果系统中安装了专门的小电流接地故障检测装置，FTU可以与之相配合，通过馈线自动化系统的遥控操作，实现单相接地故障的定位与隔离；如果系统中没有安装专门的小电流接地检测装置，则应由馈线自动化系统来实现小电流接地故障选线功能，再与FTU配合实现单相接地故障的定位与隔离。