怎么来实现配电网故障“秒级自愈”？

  

  傍晚6点，工作了一天的王师傅回到家里，舒服地躺倒在沙发上，吹着空调打开电视，美滋滋地喝着刚从冰箱里拿出来的饮料。突然，手机响了，他接起来一听，是95598客服中心的小李打来的，说是有个急事儿，不得不麻烦他加班跑一趟。

  客户的事当然是第一优先级，但推开家门面对滚滚热浪的王师傅还是不由得怀念起了木心笔下的从前，那些“车马慢”的日子——要是没有电话，不就不用出门了吗？

  小李口中的急事说大不大，说小不小，就是某小区要停电检修，有用户没注意看提前通知，等知道消息的时候已经晚了——距离停电只剩几小时——而家里还有重病的老人，离不开吸氧机。替客户安装应急供电设备的时候，王师傅想起了小时候村里经常断电的往事，又觉得从前不那么香了。原来电力对我们已像是空气一样的存在了，自然而然、习以为常，仿佛不存在，又完全离不开。他想。而如今的配电网也不是他刚参加工作时的样子，正发生着日新月异的变化，拥有故障“秒级自愈”能力，已不是梦。

  配电网作为电网连接千家万户的“最后一公里”，承载着助力经济社会持续健康发展和保障民生的重要使命。配电网安全、可靠运行，故障后迅速隔离故障区段并恢复供电至关重要。要实现配电网故障“秒级自愈”能力，配电网自动化是核心。

  在电力网中起分配电能作用的网络就称为配电网，即从电源侧(输电网、发电设施、分布式电源等)接受电能，并通过配电设施逐级或就地分配给各类用户的电力网络。

  配电网设备主要由架空线路、电缆线路(含环网柜、电缆分支箱、箱式变电站、配电室等)、杆塔、绝缘子、隔离开关、断路器、无功补偿装置、继电保护和自动装置等组成。

  美国学者杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在著作《第三次工业革命》中提出了“能源互联网”（Energy Internet）的概念，即一种基于可再次生产的能源的、分布式、开放共享的网络。2016年，国家电网公司独家发起成立全球能源互联网发展合作组织，以电力系统为核心，提出了能源生产与消费革命的长期战略。未来，几乎全部的新能源、储能、电动汽车都会通过配电网接入电网。配电网技术是能源互联网的发展基础，能源转型要求重塑电网，而电网革命首当其冲是配电网的革命。

  配电网自动化利用现代电子技术、通信技术、计算机及网络技术，将配电网实时信息、离线信息、用户个人信息、电网结构参数、地理信息进行集成，以实现配电系统正常运行及事故情况下的监测、保护、控制和配电管理。

  配电网自动化系统是实时的配电自动化与配电管理系统集成为一体的系统，能进行离线与在线的智能化监控管理，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。

  配电网馈线自动化（Feeder Automation，FA）是配电网自动化最重要的内容之一，通常专指配电线路 （馈线）的自动化。采用馈线自动化技术，一旦配电线路出现故障，馈线自动化终端即可控制相关的开关设备，实现对故障的自动定位与隔离，以及为非故障线路恢复供电。

  实现配电网馈线自动化应用的关键设备是配电网馈线自动化成套开关设备（即配电网开关柜），其核心是很多类型的断路器/负荷开关和配电终端。

  吴汉榕、吴厚峰主编的《配电成套开关设备及其关键技术》一书，系统讲述了典型配电网馈线自动化开关设备的基本构成及所涉及的关键技术，可供学习参考。

  随着配电网开关柜制造技术和运行技术的持续不断的发展及其使用的专门化，配电网开关柜形成了各种不同的结构类型和功能类型，实际应用中通常可以以配电网开关柜所采用的主绝缘介质、结构及形式、主开关元件形式、安装方法、主母线形式及使用环境条件等进行分类。

  配电网自动化远方终端 （Distribution Remote Terminal Unit，DRTU）简称为配电终端，是配电网自动化系统的基础设备，其性能与可靠性对整个配电网自动化系统能否正常运行并发挥作用有着决定性的影响。在国际上，一般沿用调度自动化系统（Energy Management System，EMS）的命名，将用于不同场合的配电终端统称为RTU。

  根据监控对象的不同，配电终端可分为配电站所终端、馈线终端及配电变压器终端三大类。在配电网馈线自动化系统中，环网柜 （箱）及配电自动化终端一般会用 配电站所终端，而柱上断路器及配电自动化终端一般会用馈线终端。

  简称为站所终端或开闭站终端，一般安装在常规的开闭站 （所）、户外小型开闭站、环网柜、小型变电站、箱式变电站等处，完成对开关设备的位置信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据的采集与计算，对开关进行分合闸操作，实现对馈线开关的故障识别、隔离和对非故障区间的恢复供电，部分DTU还具备保护和备用电源自动投入的功能。

  一般安装在电线杆上或者开关柜内，以馈线为主要监测对象，实现对馈线线路的数据采集、保护、通信、就地自动控制等功能。

  “一遥”“二遥”“三遥”其实都是馈线终端的功能，目前最新的技术是更强大的智能终端。在实际的配电网自动化系统中，可根据被监控的开关设备类型及其配置、系统功能要求、投资大小等选择。

  “一遥”终端即故障遥信终端，其实就是具有远传功能的故障指示器 （Fault Passage Indicator，FPI），完成配电线路故障的检测并上报。配电网自动化主站根据故障指示器动作信息，自动实现故障定位，指引线路维护人员尽快到达现场，进行故障隔离与恢复供电操作并及时抢修故障。“一遥”终端功能单一，只能用于检测故障，没办法实现对开关的遥控，也不能测量实时运行数据，但其结构相对比较简单、造价低、安装便捷，因此，在实际工程中有着少数的应用。特别是一些老的开关设备，没安装测量互感器与电动操动机构，也无法对其做改造，更适合使用 “一遥”终端实现配电网自动化。

  “二遥”终端即测量终端，是在故障指示器基础上开发出的一种终端装置，增加了运行电流、开关状态测量功能，使得运行人员能够监视配电设备实时运作时的状态。

  “三遥”终端具有遥测、遥信、遥控与故障检测功能。“三遥”终端功能完备，能够支持配电网自动化系统完成各种应用功能，但造价要高一些，适用于接有重要负荷的线路的监控。

  遥测功能测量正常运行状态下的电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数、有功电量、无功电量、频率以及零序、负序电压与电流这些反映系统不平衡程度的电气量，此外还要能接入直流输入量，大多数都用在监视后备电源蓄电池的电压与供电电流等。

  遥信主要是接入配电开关辅助触点信号、储能机构储能正常信号、装置控制的 “软连接片”（如当地／远方控制连接片）信号等。

  遥控包括配电开关的合闸与跳闸输出，即需要预先选择的遥控输出 （Select Before Operation，SBO）。此外还包括用于蓄电池活化控制等功能的开关量输出。一般来说，配电终端不要求具备模拟量输出，线路变压器调压控制、无功补偿电容的投切等配电设备的调节功能通过开关量输出信号控制。

  智能终端 （Smart Terminal Unit，STU）是指用于广域测控平台、支持高级配电网自动化应用的配电终端，有着非常丰富的硬件资源、强大的数据处理与存储能力，支持基于本地测量信息的就地控制和基于对等交换数据的分布式控制应用功能。

  配电网自动化系统的核心功能是馈线故障定位、隔离与自动恢复供电 （Fault Location, Isolation and Service Restoration，FLISR），这就要求配电终端能够采集并上报故障信息，这是其区别于常规RTU的一个重要特点。

  通常情况下，配电终端能够采集故障电流与电压、故障发生时刻、故障历时等信息，以更好地支持配电网自动化系统的故障管理功能。实际应用中，可像故障录波器一样，记录下故障电压、电流的波形。为了简化装置的构成及减少数据传输量，也可以只记录几个关键的故障电流、电压幅值，如故障发生及故障切除前、后的值。

  配电终端要能够检测小电流接地系统单相接地故障，记录零序电流与电压信号，供配电网自动化系统确定小电流接地故障点的位置。

  在配电终端用于变电站线路出口断路器的监控，以及馈线分段开关设备、分支线路开关 （包括环网柜用户出线断路器）、开闭站出线断路器的监控，并且在所配断路器／负荷开关能够遮断故障电流的情况下，应具有完善的保护功能，包括相间短路电流保护、零序电流保护、反时限电流保护、失压保护、自动重合闸等。

  主要用于配电变压器终端，检测记录配电变压器低压侧运行数据。部分供电企业设计的配电网自动化系统，要求站所终端和馈线终端也具有负荷监测功能，能够记录线路的主要运行参数。

  配电终端采集记录的电能质量数据主要是对用户影响最大的谐波、电压骤降数据，个别场合要求记录电压闪变参数。对于按照基本应用要求设计的配电终端，一般能够在不改变硬件电路的情况下采集到32次谐波，能够完全满足绝大部分工程应用要求。极个别情况下，要求采集到32次以上的谐波，这样就要设计专门的谐波采集终端。电压闪变的记录对软硬件都有较高的要求，必要时也要进行专门的设计。

  电能质量检验一般作为配电终端的一个选配功能。实际工程应用中，根据电能监测的需要配置配电终端检测的电能质量参数。

  随着智能配电网技术的发展，一些高级应用功能，如合环操作电流分析、基于故障电流相位比较的差动保护等，必须了解到被监控节点的电压、电流的相位信息，这就要求配电终端具有同步相量测量功能。

  有些情况下，分段开关两侧都安装了电压互感器或传感器，配电终端要能够测量开关两侧电压相量差，为调度员判断是不是适合进行合闸操作提供依据。

  目前，在配电网馈线自动化系统中，为了可以更及时准确地对故障做定位、隔离以及其后的非故障线路的恢复供电，通常要求配电终端能够不依赖于主站的指令完成一些就地控制功能，这也是其有别于传统RTU的重要特征。

  实际应用的就地控制功能主要有：①柱上断路器终端进行架空线路柱上断路器的就地重合控制，完成就地控制型馈线自动化功能；②配电站所终端可以有效的进行备用电源自投与线路故障的自动隔离；③配电变压器终端可以依据电压与无功变化自动控制无功补偿电容的投切；④保护功能。

  一般来讲，配电终端对外通信需要配备远程通信接口和当地通信接口这两种类型的通信接口。

  配电终端可以选配Web服务功能，用户端只需使用常用的网页浏览器就可以实现实时多个方面数据显示、事件记录显示、历史数据下载、配置文件下载等功能。这种方式改变了传统配电终端数据发布的模式，用户端不要安设专门的软件，扩展了数据获取途径，方便不同厂家设备间的数据交换。

  事实上，配电终端数量众多，且安装地点分散，设计时要考虑维护及管理的方便性。现代配电终端采用标准化、平台化设置，可通过控制方式字及定值配置功能，适应不一样的运行方式。

  更多关于配电网馈线自动化开关设备及馈线自动化实现模式的内容，可从《配电成套开关设备及其关键技术》一书中获得。