隨著中壓配電網(wǎng)配電自動(dòng)化建設(shè)的提速，一直屬于高大上的配電自動(dòng)化已經(jīng)全面鋪開，開始走入城市，走入農(nóng)村。人民對(duì)美好生活的向往就是我們的奮斗目標(biāo)。廣東電網(wǎng)公司提出至2020年，配電自動(dòng)化要全覆蓋，電網(wǎng)人都在擼起袖子干自動(dòng)化。2017年下半年開始，智能分布式這個(gè)名詞越來越頻繁的出現(xiàn)，原來屬于概念性、小范圍試點(diǎn)應(yīng)用的饋線自動(dòng)化技術(shù)被推到聚光燈下。由于自動(dòng)化改造力度空前，倒逼廠家日以繼夜改良技術(shù)方案，使得原來還不成熟的技術(shù)快速成長，目前已基本達(dá)到實(shí)用的水平。下面，我來冒充內(nèi)行，試試用大白話講智能分布式饋線自動(dòng)化的基本原理和發(fā)展趨勢(shì)。

先去一下大屏幕

圖一

所謂智能分布式，就是去中心化，無需主站干預(yù)，由各個(gè)環(huán)網(wǎng)開關(guān)的智能終端決策，協(xié)同完成配電線路故障定位、隔離以及恢復(fù)供電。目前的主流技術(shù)是由相鄰開關(guān)的智能終端之間交換故障檢測(cè)信息實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位與隔離；由聯(lián)絡(luò)開關(guān)處的智能終端進(jìn)行故障點(diǎn)下游非故障區(qū)段的供電恢復(fù)決策與控制。智能分布式饋線自動(dòng)化也叫網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。要求執(zhí)行策略的各個(gè)開關(guān)在同一個(gè)環(huán)網(wǎng)線路中，聯(lián)絡(luò)開關(guān)只有一個(gè)，也就是最簡單的單環(huán)網(wǎng)接線。由于變電站的管理要求與配網(wǎng)差別較大，變電站開關(guān)難以與線路開關(guān)相互通信并執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)保護(hù)策略，因此，智能分布式常常以線路上的第一個(gè)開關(guān)作為首開關(guān)，首開關(guān)及之后的其他開關(guān)構(gòu)成一個(gè)可以相互通信，執(zhí)行相同策略的域，首開關(guān)也叫域界開關(guān)，例如圖一的2#開關(guān)至7#開關(guān)就構(gòu)成一個(gè)域，2#和7#開關(guān)就是首開關(guān)。實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)需要滿足以下3點(diǎn)條件：

1、域內(nèi)電氣接線是單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

2、域內(nèi)分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)需要配套智能終端；

3、智能終端之間需要建立快速通信。

智能終端實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段的定位、隔離和轉(zhuǎn)供電的邏輯：

先用大白話舉個(gè)簡單的例子來說明故障處理過程。線路中有ABCD四個(gè)開關(guān)按電流方向排列，ABC是分段開關(guān)，處于合閘狀態(tài)，D是聯(lián)絡(luò)開關(guān)，處于分閘狀態(tài)。假如故障發(fā)生在BC之間，故障發(fā)生時(shí)，AB均流過故障電流，被CT采集到了，A發(fā)信息給B：有故障；B發(fā)信息給A和C：有故障；C發(fā)信息給B和D：沒事。ABC通完信后，啟動(dòng)邏輯處理。A：我有故障B也有，這是下游的事，不用急，先等等看。B：我有故障A也有故障，那么故障不在AB之間，但C沒有故障，所以故障在B和C之間，該我出手，于是開關(guān)跳閘，切完發(fā)信息給A和C，老子完成任務(wù)了。C：媽的，老子在享受歲月靜好，B突然跑來說他有難，鄰里鄉(xiāng)親的我不能坐視不管，干，開關(guān)跳閘，跳閘完事后發(fā)信息給B和D，故障被隔離了，但我下游也沒電了，請(qǐng)求支援。D：等你很久了，合閘。這樣就完成了故障定位、隔離和轉(zhuǎn)供電?；驹硎敲看瓮ㄐ哦际窃谧约?、左鄰右里三者之間，簡單扼要，通信快速，邏輯處理簡單，這樣就可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)邏輯處理，線路開關(guān)在變電站出口開關(guān)還沒動(dòng)作前就完成了，線路上非故障段的用戶幾乎沒有感覺，供電可靠性杠杠的。

下面再用正規(guī)的文字說明智能終端的邏輯原理：

1、故障定位

滿足最少通信數(shù)量，線路上的每個(gè)開關(guān)只需與左右相鄰的開關(guān)通信，就可以判斷故障區(qū)段。通過開關(guān)之間的通信，自己有故障電流+相鄰兩側(cè)也有故障電流==》故障不在本開關(guān)的保護(hù)區(qū)段，保護(hù)不動(dòng)作，僅啟動(dòng)后備模式。自己有故障電流+相鄰兩側(cè)開關(guān)僅有一側(cè)有故障電流==》故障在本開關(guān)的保護(hù)區(qū)段；自己沒有故障電流+相鄰兩側(cè)開關(guān)僅有一側(cè)有故障電流==》故障在本開關(guān)的隔離區(qū)段。

2、故障隔離

故障定位后，由故障點(diǎn)兩側(cè)的開關(guān)分別啟動(dòng)故障切除程序和隔離程序，故障點(diǎn)上游開關(guān)跳閘--發(fā)出故障切除成功標(biāo)志；故障點(diǎn)下游開關(guān)跳閘--發(fā)出轉(zhuǎn)供電請(qǐng)求。

3、轉(zhuǎn)供電

聯(lián)絡(luò)開關(guān)收到轉(zhuǎn)供電請(qǐng)求，啟動(dòng)轉(zhuǎn)供電程序-開關(guān)合閘，轉(zhuǎn)供電完成。

以圖一為例，4#開關(guān)與2#開關(guān)、S1開關(guān)通信，S1與4#開關(guān)、S2開關(guān)通信。假如電源來自1#開關(guān)，6#環(huán)網(wǎng)柜的S1開關(guān)是聯(lián)絡(luò)開關(guān)（常開），4#-S1線路發(fā)生故障時(shí)，線路上的1#、2#、4#開關(guān)均檢測(cè)到故障電流，S1及右側(cè)的開關(guān)均檢測(cè)不到故障電流。開關(guān)之間相互通信判斷出故障點(diǎn)在4#開關(guān)的下游，在S1的上游，4#及S1分別跳閘，S1跳閘后發(fā)出轉(zhuǎn)供電信號(hào)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘。故障的定位、隔離和轉(zhuǎn)供電程序完成。

開關(guān)與左右相鄰開關(guān)的通信解決了就地分布式的故障定位和隔離，通信時(shí)間+智能終端程序計(jì)算時(shí)間+斷路器的分閘時(shí)間構(gòu)成了整個(gè)程序的總時(shí)長，目前的設(shè)備基本能在200毫秒以內(nèi)完成，如果變電站出口開關(guān)速斷整定時(shí)間在300毫秒，則變電站出口開關(guān)還沒動(dòng)作線路故障已經(jīng)隔離，線路故障點(diǎn)上游區(qū)域可以不停電，下游區(qū)域在幾百毫秒內(nèi)恢復(fù)供電，除了故障區(qū)段，其他用戶幾乎沒有感覺，故障已經(jīng)切除、隔離。因此，供電可靠性非常高，達(dá)到毫秒級(jí)。這種饋線自動(dòng)化通常叫智能分布式速動(dòng)型。如果線路的分段開關(guān)采用負(fù)荷開關(guān)，以上的邏輯需要等待變電站出口斷路器跳閘后再執(zhí)行策略，開關(guān)檢測(cè)無壓后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，重構(gòu)時(shí)間與速動(dòng)型沒有差別，變電站出口斷路器等待幾秒后重合閘，恢復(fù)線路供電。這種策略通常叫智能分布式緩動(dòng)型，也有叫“配合型”，以及“基于對(duì)等通信一次重合閘”等等，其基本原理一致。這種自動(dòng)化策略的供電可靠性也很高，算是秒級(jí)。但對(duì)用戶的感覺比較明顯，對(duì)電壓較為敏感的企業(yè)（例如電子制造業(yè)）影響較大。

分支線采用什么保護(hù)策略？

智能分布式是針對(duì)線路主干的故障處理，但是線路上常常還有分支線，如何配合呢？對(duì)于分支線的處理相對(duì)簡單，因?yàn)榉种Ь€通常是單輻射結(jié)構(gòu)，分支上的故障只要分支開關(guān)分閘就可以隔離，因此，采用常規(guī)保護(hù)就可以。但由于主干上智能開關(guān)的速度非?？?，分支上發(fā)生故障，主干上游開關(guān)也同時(shí)檢測(cè)到，如何減少停電區(qū)域？需要在以上的基本邏輯中增加分支開關(guān)通信和處理。還是以上面ABCD線路舉例，假如B1是接在BC段之間的分支開關(guān)，B1只需要發(fā)信息給B和C，B和C不需要發(fā)信息給B1，減少不必要的通信量。當(dāng)故障發(fā)生在分支上時(shí)，分支開關(guān)按照常規(guī)三段式保護(hù)直接跳閘，同時(shí)將故障信息發(fā)送給B和C，主干開關(guān)收到分支開關(guān)的故障信息，即使A和B也檢測(cè)到故障信號(hào)，經(jīng)過邏輯判斷，認(rèn)為由分支開關(guān)去執(zhí)行隔離邏輯，自己不用動(dòng)作，不跳閘，僅啟動(dòng)后備保護(hù)（如果分支開關(guān)拒動(dòng)才跳閘）。這樣，分支采用常規(guī)保護(hù)與線路的分布式保護(hù)就可以配合。

智能分布式對(duì)線路有什么要求？

只要域內(nèi)開關(guān)具備能執(zhí)行分布式饋線自動(dòng)化程序的智能終端，以及終端間具備快速通信條件，無論是電纜線路、架空線路、混合線路，還是柱上開關(guān)、環(huán)網(wǎng)柜、戶外開關(guān)箱，都可以構(gòu)建智能分布式饋線自動(dòng)化。有些人認(rèn)為只有電纜線路才能實(shí)施智能分布式，其實(shí)是誤會(huì)。

智能分布式饋線自動(dòng)化對(duì)設(shè)備有什么要求？

按照智能分布式的基本原理，設(shè)備需要有開關(guān)（斷路器或負(fù)荷開關(guān)）+智能終端（單體或集中）+故障檢測(cè)設(shè)備（CT、PT）+提供開關(guān)及智能終端的電源等四部分。技術(shù)發(fā)展日新月異，幾個(gè)月前幾乎還沒有廠家的產(chǎn)品能夠通過測(cè)試?，F(xiàn)在物質(zhì)招標(biāo)里已經(jīng)有成套開關(guān)柜、戶外開關(guān)箱、柱上開關(guān)、單獨(dú)的智能終端（DTU），均能滿足智能分布式要求。用于架空線路的自動(dòng)化主流產(chǎn)品是成套柱上開關(guān)，包括柱上斷路器（或負(fù)荷開關(guān)）、FTU、PT、電源模塊、電池。用于電纜線路的主流自動(dòng)化產(chǎn)品是成套自動(dòng)化開關(guān)柜（斷路器或負(fù)荷開關(guān)），包括開關(guān)柜、分布式智能終端（每個(gè)開關(guān)單獨(dú)一個(gè)終端）、PT柜；另一種產(chǎn)品是常規(guī)開關(guān)柜+DTU（滿足6路開關(guān)集中采集控制，DTU也是智能終端）。

設(shè)備的配置要求

需要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，考慮故障檢測(cè)能否滿足網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的要求。例如，變電站是有效接地系統(tǒng)，通過三相CT和零序CT就可以滿足檢測(cè)相間短路和接地短路。如果變電站是非有效接地系統(tǒng)（例如經(jīng)消弧線圈接地），那么可能需要三相PT配合，通過零序電壓暫態(tài)錄波法判斷故障點(diǎn)。

小電阻接地方式下智能分布式自動(dòng)化設(shè)備如何配置？

小電阻接地是廣東電網(wǎng)公司主推的接地系統(tǒng)，由于2017年的自動(dòng)化主流是電壓電流型饋線就地自動(dòng)化，因此，開關(guān)+CT+PT是標(biāo)準(zhǔn)配置，因?yàn)樾枰杉妷汉碗娏?。由于智能分布式的速度?dāng)世無敵，很多地方都在考慮和試點(diǎn)減少智能分布式饋線自動(dòng)化。據(jù)我觀察，很多技術(shù)人員包括廠家傾向于配齊CT和PT，如果是環(huán)網(wǎng)柜，由于進(jìn)出線開關(guān)之間還有母線，所以要配齊就需要進(jìn)出線開關(guān)各配一組線路PT，母線還需要配一組母線PT。加上不可少的電源和通信，整套開關(guān)柜的設(shè)備非常多，體積也比常規(guī)的大許多，除了增加造價(jià)，對(duì)安裝環(huán)境的空間要求也高了，施工難度變大。

智能分布式自動(dòng)化對(duì)環(huán)境的要求

由于智能終端包含大量電氣元件，還有集成電路，對(duì)環(huán)境的要求較高，最好是安裝在室內(nèi)。但網(wǎng)架改造面臨很多地方智能安裝在戶外，高溫和凝露對(duì)運(yùn)維提出了高要求。

智能分布式自動(dòng)化對(duì)通信的要求

為了在變電站出口開關(guān)動(dòng)作前完成故障隔離，速動(dòng)型對(duì)時(shí)間的要求非常高，其中智能終端的邏輯處理需要約50毫秒，開關(guān)本體動(dòng)作時(shí)間約70-100毫秒，以及考慮冗余時(shí)間，通信時(shí)間應(yīng)控制在50毫秒以內(nèi)。如果通過通信運(yùn)營商，時(shí)間難以把握，可能超時(shí)。如果采用中壓載波通信，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，基本能滿足，但未經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)。最佳是光纖通信，速度最快，通信質(zhì)量最好。

智能分布式自動(dòng)化對(duì)電源的要求

智能終端通常采用直流48V作為工作電源，一次設(shè)備工作電源和操作電源也是，以及通信模塊也需要直流電源。因此，需要在設(shè)備附近提供直流電源，據(jù)廠家計(jì)算，成套環(huán)網(wǎng)柜總的電源需求約17Ah，建議配20Ah以上。電源模塊的輸入通常采用市電，就近取交流單相220V，如果沒有低壓電源可取，則需要在設(shè)備的PT取電。

智能分布式目前存在的問題

1、目前國內(nèi)的廠家的通信協(xié)議并未統(tǒng)一，各自設(shè)計(jì)，有采用TCP/IP傳輸方式的，也有在鏈路層直接通信的，借鑒IEC61850智能變電站的GOOSE over MAC，將報(bào)文直接映射到MAC的傳輸方式，這種傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是速度快，延時(shí)只有幾毫秒。但其配置是基于MAC地址，通信需要在同一網(wǎng)段內(nèi)，不能跨越路由，對(duì)光纖的要求也較高，即一個(gè)智能分布式的域內(nèi)通信要用同一組纖芯，光纜需求較大。根據(jù)配電網(wǎng)及其分布式控制的特點(diǎn)，比較適合采用GOOSE over UDP的傳輸方式，由于UDP協(xié)議沒有TCP/IP的三次握手機(jī)制，所以傳輸服務(wù)是不可靠的，需要采用GOOSE重發(fā)機(jī)制來保證。這段時(shí)間經(jīng)過與廠家探討，已有部分廠家修改了通信方式，采用GOOSE over UDP，試驗(yàn)效果良好。另外，最大的問題是沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同廠家的智能終端無法通信。而智能分布式饋線自動(dòng)化的基本原理是建立在智能終端之間的通信，無法通信則無法實(shí)現(xiàn)就地自動(dòng)化，只能依靠主站計(jì)算判斷。

2、對(duì)設(shè)備的安全及功能要求不統(tǒng)一，標(biāo)準(zhǔn)模糊。大家都在試點(diǎn)，不同地區(qū)對(duì)設(shè)備的要求差異較大，廠家設(shè)備配置不一，自動(dòng)化邏輯差異大。目前的趨勢(shì)是求大求全，因?yàn)?017年主推電壓電流型就地自動(dòng)化，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)有更好的技術(shù)，普遍的想法是魚與熊掌都要，要求同時(shí)提供常規(guī)保護(hù)、電壓電流型就地自動(dòng)化、智能分布式自動(dòng)化三種模式。因此，每套開關(guān)柜都需要配母線PT，線路PT。在電源配置上參照變電站的技術(shù)要求，電池容量提高到38Ah以上，要求雙路交流輸入，整流模塊也要求2組。光纖要求提高到36芯以上，有些地區(qū)要求達(dá)到48芯。光纜的造價(jià)低，多留一些纖芯關(guān)系不大，但在環(huán)網(wǎng)柜處需要全部成端，并且接入配線架。如果是鏈?zhǔn)?，一進(jìn)一出需要2套ODF，如果有T接需求的，還要增加配線架。這些要求都造成設(shè)備體積以及造價(jià)的增加。

智能分布式饋線自動(dòng)化發(fā)展的思考

1、統(tǒng)一規(guī)范，實(shí)現(xiàn)“即插即用”。

目前在改造自動(dòng)化終端設(shè)備需要為每一臺(tái)智能終端與主站人工配置并核對(duì)信息點(diǎn)表，造成配電網(wǎng)終端的安裝調(diào)試以及維護(hù)的工作量非常大，因此，未來的發(fā)展是解決終端的即插即用問題。就是在線路新增加一臺(tái)FTU或者DTU時(shí)，配電智能終端接入通信網(wǎng)絡(luò)后，能夠被主站自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，然后主站自動(dòng)接收終端上傳的數(shù)據(jù)模型配置信息，自動(dòng)配置主站數(shù)據(jù)庫里終端測(cè)控信息，或者主站將配電網(wǎng)終端數(shù)據(jù)模型配置文件自動(dòng)下發(fā)至終端，終端根據(jù)主站下發(fā)的配置信息組織測(cè)控?cái)?shù)據(jù)。

要實(shí)現(xiàn)即插即用，需要統(tǒng)一的通信接口和傳輸協(xié)議，還必須在信息模型、信息交換模型、模型數(shù)據(jù)映射機(jī)制統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)一的配置描述語言，實(shí)現(xiàn)配電終端功能與模型信息的字描述。據(jù)我了解，國內(nèi)所有廠家目前都還做不到。關(guān)鍵是沒有人牽頭制定統(tǒng)一的規(guī)范，據(jù)了解，IEC61850-90-6《IEC61850在配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用》標(biāo)準(zhǔn)文件近期已完成制訂，希望相關(guān)協(xié)會(huì)以及生產(chǎn)廠商盡快應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，考慮建立配電網(wǎng)終端的自動(dòng)注冊(cè)和自動(dòng)發(fā)現(xiàn)兩種機(jī)制。

2、電網(wǎng)企業(yè)在應(yīng)用配網(wǎng)智能終端進(jìn)行配電自動(dòng)化改造中，不宜簡單采用變電站的配置要求，應(yīng)考慮配電網(wǎng)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，應(yīng)用奧卡姆剃刀原則——如無必要，勿增實(shí)體。在設(shè)備的配置上盡量精簡，不要求多求全。

例如，在大電流接地系統(tǒng)條件下，從基本原理來看，智能分布式的保護(hù)邏輯屬于電流型，故障定位、隔離和轉(zhuǎn)供電只需要電流采樣就足夠。目前的產(chǎn)品都加入電壓采樣，其實(shí)是輔助措施，不是非要不可的。在應(yīng)用中，常常要求智能終端具備電壓電流型策略和智能分布式策略，通過面板轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇。因?yàn)殡妷弘娏餍筒呗员仨殭z測(cè)線路電壓，因此，線路PT就必須配置。如果一個(gè)地區(qū)確定了要采用何種自動(dòng)化策略，就只選用一種策略。

有的廠家開發(fā)通過檢有無電壓和開關(guān)的分合位置自判斷開關(guān)是分段還是聯(lián)絡(luò)，雖能達(dá)到自動(dòng)判斷開關(guān)的性質(zhì)，調(diào)用相應(yīng)的策略。我認(rèn)為此功能用處不大，通常分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)是固定的，改變兩者的狀態(tài)概率很小，如果需要改變即使采用人工修改定值或通過面板開關(guān)轉(zhuǎn)換的工作量不大，為此需要設(shè)備進(jìn)出線均配PT，增加了一次設(shè)備。還有廠家的轉(zhuǎn)供電邏輯加入了聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘前以檢無電壓為必要條件。我認(rèn)為這個(gè)功能也屬于多余，執(zhí)行轉(zhuǎn)供電策略的條件是分段開關(guān)檢測(cè)到故障電流-隔離成功-請(qǐng)求轉(zhuǎn)供電，程序具有前后次序，缺一不可，所以當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)收到轉(zhuǎn)供電請(qǐng)求時(shí)，意味著一定發(fā)生故障，分段開關(guān)已分閘、故障已隔離，沒有電壓的采樣也不會(huì)發(fā)生誤合。另一方面，所有的開關(guān)柜配套的線路PT增加了后續(xù)的運(yùn)維工作量。如果僅僅是給智能終端作為有無電壓的判斷，也不一定要配置線路PT，可以用電容分壓原理，采用套管式帶電指示器，加強(qiáng)型的帶電指示器輸出2組獨(dú)立信號(hào)，一組供指示燈，一組硬接點(diǎn)提供電壓信號(hào)。如果采用這種裝置無疑可以節(jié)省柜體的空間和造價(jià)，很遺憾，這個(gè)技術(shù)沒有廠家采用。

3、智能分布式饋線自動(dòng)化的應(yīng)用場景

目前主流是針對(duì)整組線路進(jìn)行改造，主要應(yīng)用在市區(qū)的電纜網(wǎng)。其實(shí)，智能分布式的應(yīng)用范圍可以擴(kuò)大到架空線路，農(nóng)網(wǎng)地區(qū)也并非不能應(yīng)用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，智能終端的功能越來越強(qiáng)，造價(jià)越來越低，一次設(shè)備也是，目前配網(wǎng)的斷路器與負(fù)荷開關(guān)的價(jià)差很小。主要制約因素是通信，因?yàn)橐獫M足快速可靠的要求，目前來看還是光纖最好。但電力中壓載波技術(shù)看來也不錯(cuò)，延時(shí)的要求基本能滿足，另外，NB-IOT和LoRa通信技術(shù)也可以研究，雖然物聯(lián)網(wǎng)的通信特點(diǎn)是遠(yuǎn)距離低功耗，帶寬通常不高，但智能分布式的報(bào)文字節(jié)很少，對(duì)帶寬要求不高。我認(rèn)為，這些通信技術(shù)都可以研究。未來，5G通信也提供了更快的無線公網(wǎng)通道。

應(yīng)用的場景并非一定要整組線路一起實(shí)現(xiàn)，例如對(duì)于重要用戶，也可以做局部的應(yīng)用，智能分布式自動(dòng)化的原理是建立一個(gè)域，只要在這個(gè)域內(nèi)滿足文章開頭的3個(gè)條件，就可以布置一個(gè)局部的自動(dòng)化。這樣，對(duì)于一些行政、文化中心的環(huán)網(wǎng)供電，停電轉(zhuǎn)換時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)，相當(dāng)于配置雙電源和備自投。