摘要：本文從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜配電網(wǎng)的區(qū)域性故障快速識(shí)別及保護(hù)的角度，提出一種基于二維拓樸關(guān)系的面向具有特殊保護(hù)功能的配電終端（本文姑且稱之為“配電網(wǎng)控制節(jié)點(diǎn)”）的饋線快速保護(hù)新原理的后備保護(hù)，提出一種面向二維平面節(jié)點(diǎn)控制的饋線后備保護(hù)方案，該方案針對(duì)故障處理中通信報(bào)文丟失的情況下將采用保守措施切除故障，實(shí)現(xiàn)饋線快速保護(hù)的后備保護(hù)，并給出了該后備保護(hù)多種動(dòng)作情況的分析結(jié)果。
關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)控制 饋線自動(dòng)化 后備保護(hù) 配電終端
0．引言
　　在多種饋線故障處理模式中，建立在快速通信基礎(chǔ)上的系統(tǒng)保護(hù)方案具有出色的故障處理能力，在以光纖為主的配網(wǎng)自動(dòng)化中，這種故障處理方式是今后的發(fā)展方向之一[1] [2]。配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，在此基礎(chǔ)上又提出了基于二維節(jié)點(diǎn)控制的饋線保護(hù)[3]。這種方案是面向復(fù)雜配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種系統(tǒng)保護(hù)方案，它將饋線終端作為通用控制節(jié)點(diǎn)，在二維平面上通過控制節(jié)點(diǎn)之間的快速通訊與協(xié)調(diào)工作實(shí)現(xiàn)面向區(qū)域性故障的快速隔離。
　　這種多點(diǎn)之間構(gòu)成的特殊保護(hù)控制方式本文姑且稱之為“群體保護(hù)”，“群體保護(hù)”的實(shí)現(xiàn)依靠快速的通信，當(dāng)今通信技術(shù)發(fā)展迅速，實(shí)用化程度越來越高，以光纖通信為主導(dǎo)的多種通信方式已經(jīng)在配網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，這些都為這種保護(hù)方案的實(shí)現(xiàn)提供了條件。系統(tǒng)保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)饋線的全線速斷和故障隔離，提高了故障處理效果和供電可靠性。然而，一旦通信出現(xiàn)了問題，如果沒有完備的后備保護(hù)，將造成速斷保護(hù)拒動(dòng)，給設(shè)備和電力用戶都帶來極大的危害。本文將從配電網(wǎng)的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)入手，在二維平面上討論如何實(shí)現(xiàn)基于二維節(jié)點(diǎn)控制的饋線后備保護(hù)。
　　1．通信可能出現(xiàn)的問題
　　當(dāng)饋線上發(fā)生相間故障或三相故障后，受到故障“擾動(dòng)”的控制節(jié)點(diǎn)將啟動(dòng)，然后通過光纖通信或快速現(xiàn)場總線與鄰集節(jié)點(diǎn)通信，經(jīng)過故障信息的綜合比較后實(shí)現(xiàn)故障隔離功能[3]。然而，一旦出現(xiàn)通信報(bào)文的丟失，就無法再按文獻(xiàn)[3]的方法判斷故障區(qū)段并進(jìn)行故障隔離。
　　控制節(jié)點(diǎn)之間的通信出現(xiàn)的問題大致可分為三種情況：
　　1)過流側(cè)未收到無壓側(cè)的報(bào)文；
　　2)無壓側(cè)未收到過流側(cè)的報(bào)文；
　　3)過流側(cè)未收到連支節(jié)點(diǎn)的輪詢返回報(bào)文。
　　下面將逐一討論在每一種情況下如何實(shí)現(xiàn)后備保護(hù)。
　　2．過流側(cè)未收到無壓側(cè)的報(bào)文
　　

圖1 典型饋線示意圖
Fig.1 typical feeder grid construction
　　對(duì)于輻射性單側(cè)電源供電情況，故障區(qū)段的一側(cè)的開關(guān)有故障電流流過，該側(cè)暫稱為過流側(cè)；另一側(cè)而言沒有故障電流，但因故障導(dǎo)致低電壓，該側(cè)暫稱為無壓側(cè)，所謂過流側(cè)未收到無壓側(cè)的報(bào)文是指在故障處理的通信中無壓側(cè)發(fā)往過流側(cè)的報(bào)文丟失。參見圖1所示的典型饋線系統(tǒng)，該問題又可分為三種具體情況，下面逐個(gè)討論。
　　2.1故障發(fā)生在無連支的樹支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F1點(diǎn)故障，控制節(jié)點(diǎn)啟動(dòng)后立即計(jì)算自身的狀態(tài)，并向鄰集節(jié)點(diǎn)發(fā)訊。節(jié)點(diǎn)S1.3收到節(jié)點(diǎn)S1.2的過流且功率方向?yàn)檎膱?bào)文，同時(shí)自身狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎词盏焦?jié)點(diǎn)S1.4的失壓無流報(bào)文。這時(shí)節(jié)點(diǎn)S1.3可以延時(shí)50ms后快速召喚節(jié)點(diǎn)S1.4的狀態(tài)，同時(shí)向S1.2發(fā)令，令S1.2延時(shí)跳閘。
　　如果S1.3立刻收到了S1.4的失壓無流報(bào)文，則S1.3瞬時(shí)跳閘，S1.2的狀態(tài)由過流變?yōu)闊o流因此返回。S1.3再進(jìn)行一次重合閘，如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.3后加速跳開，然后S1.3向S1.4發(fā)令，使其加速跳開。
　　如S1.3詢問后仍未收到S1.4的報(bào)文，則S1.2經(jīng)一段延時(shí)后跳閘。S1.3測得原來自身有故障電流流過，而現(xiàn)在變成失壓無流，知道S1.2已跳開，于是加速跳閘。S1.2再進(jìn)行一次重合閘，重合成功后S1.3再重合，如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.3后加速跳開，并遙控S1.4加速跳開，完成故障隔離。
　　2.2故障發(fā)生在有連支的樹支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F2點(diǎn)故障，與2.1類似，這時(shí)節(jié)點(diǎn)S1.2收到節(jié)點(diǎn)S1.1的過流且功率方向?yàn)檎膱?bào)文，同時(shí)自身狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎词盏焦?jié)點(diǎn)S1.3的失壓無流報(bào)文。這時(shí)節(jié)點(diǎn)S1.2可以延時(shí)50ms后快速問一下節(jié)點(diǎn)S1.3，同時(shí)向S1.1發(fā)令，令S1.1延時(shí)跳閘。
　　如果S1.2立刻收到了S1.3的失壓無流報(bào)文，則S1.2瞬時(shí)跳閘，S1.1的狀態(tài)由過流變?yōu)闊o流因此返回。S1.2再進(jìn)行一次重合閘，如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.2后加速跳開，然后S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。S1.2首先詢問連支節(jié)點(diǎn)S1.2.1.1，連支節(jié)點(diǎn)S1.2.1.1的狀態(tài)為失壓無流，再詢問連支節(jié)點(diǎn)S1.2.2.1，該連支節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)也為失壓無流，則可判斷出故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間的樹支上。由節(jié)點(diǎn)S1.2發(fā)令跳開節(jié)點(diǎn)S1.3、S1.2.1.1、S1.2.2.1，將故障區(qū)域隔離。
　　如S1.2詢問后仍未收到S1.3的報(bào)文，則S1.1經(jīng)一段延時(shí)后跳閘。S1.2測得原來自身有故障電流流過，而現(xiàn)在變成失壓無流，知道S1.1已跳開，于是加速跳閘。S1.1再進(jìn)行一次重合閘，重合成功后S1.2再重合，如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.2后加速跳開，然后S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。之后的處理過程與上面相同。
　　2.3故障發(fā)生在連支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F3點(diǎn)故障，處理過程與2.2類似，不同之處在于S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)時(shí)的處理。
　　S1.2首先詢問連支節(jié)點(diǎn)S1.2.1.1，連支節(jié)點(diǎn)S1.2.1.1的狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎@時(shí)S1.2可判斷出故障發(fā)生在第一條連支上。然后樹支節(jié)點(diǎn)S1.2知道該連支節(jié)點(diǎn)的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)S1.2.1.2是常開節(jié)點(diǎn)，故判斷故障發(fā)生在第一條連支的第1、2節(jié)點(diǎn)之間，于是發(fā)跳閘令，跳開S1.2.1.1，將故障隔離，S1.2節(jié)點(diǎn)自身重合。
　　3．無壓側(cè)未收到過流側(cè)的報(bào)文
　　該情況是指過流側(cè)發(fā)往無壓側(cè)的報(bào)文丟失。仍如圖1所示，該情況也可分為三種工況分析，詳述如下：
　　3.1故障發(fā)生在無連支的樹支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F1點(diǎn)故障，節(jié)點(diǎn)S1.3收到節(jié)點(diǎn)S1.2的過流且功率方向?yàn)檎膱?bào)文和節(jié)點(diǎn)S1.4的失壓無流報(bào)文，同時(shí)自身狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎耘袛喑龉收习l(fā)生在S1.3和S1.4之間。于是S1.3瞬時(shí)跳閘，并進(jìn)行一次重合閘，如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.3后加速跳開，并給S1.4發(fā)令，使其加速跳開。但S1.4未收到S1.3的遙控報(bào)文，無法跳開。
　　這時(shí)配電子站將參與故障處理。子站收集所有節(jié)點(diǎn)的故障信息，并進(jìn)行綜合比較，判斷出故障發(fā)生在S1.3和S1.4之間，于是遙控S1.4跳開，如S1.4拒動(dòng)則將常開節(jié)點(diǎn)S1.5閉鎖，防止其誤合到故障上。
　　3.2故障發(fā)生在有連支的樹支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F2點(diǎn)故障，與3.1類似，節(jié)點(diǎn)S1.2瞬時(shí)跳開，并進(jìn)行一次重合閘。如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則S1.2后加速跳開。然后S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。輪詢后得知S1.2.1.1和S1.2.2.1均為失壓無流，于是判斷出故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間的樹支上，然后給S1.3發(fā)令，使其加速跳開。但S1.3未收到S1.2的遙控報(bào)文，無法跳開。
　　這時(shí)子站收集所有節(jié)點(diǎn)的故障信息，經(jīng)過綜合比較后判斷出故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間的樹支上。于是遙控S1.3、S1.2.1.1、S1.2.2.1跳開，如S1.3拒動(dòng)則遙控S1.4跳開，完成故障隔離。
　　3.3故障發(fā)生在連支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F3點(diǎn)故障，這時(shí)的處理過程與主保護(hù)中故障發(fā)生在連支節(jié)點(diǎn)之間相同[1],過流側(cè)S1.2發(fā)往無壓側(cè)S1.3的故障信息報(bào)文丟失對(duì)故障隔離沒有任何影響。
　　4．過流側(cè)輪詢連支節(jié)點(diǎn)，未收到連支節(jié)點(diǎn)的返回報(bào)文
　　過流側(cè)未收到連支節(jié)點(diǎn)的輪詢返回報(bào)文可能由兩種原因造成：
　　1)連支節(jié)點(diǎn)未收到過流側(cè)的輪詢報(bào)文(過流側(cè)發(fā)往連支節(jié)點(diǎn)的輪詢報(bào)文丟失)；
　　2)連支節(jié)點(diǎn)收到了輪詢報(bào)文但過流側(cè)未收到連支節(jié)點(diǎn)的返回報(bào)文(連支節(jié)點(diǎn)發(fā)往過流側(cè)的返回報(bào)文丟失)。
　　不管何種原因造成，這種情況都可分為以下兩種小情況進(jìn)行討論。
　　4.1 故障發(fā)生在有連支的樹支節(jié)點(diǎn)之間
　　假設(shè)在F2點(diǎn)故障，節(jié)點(diǎn)S1.2收到節(jié)點(diǎn)S1.1的過流且功率方向?yàn)檎膱?bào)文和節(jié)點(diǎn)S1.3的失壓無流報(bào)文，同時(shí)自身狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎許1.2可以判斷出故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間。于是S1.2瞬時(shí)跳閘，并進(jìn)行一次重合閘。如為瞬時(shí)性故障則重合成功，如為永久性故障則后加速跳開。然后S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，但出現(xiàn)一些連支節(jié)點(diǎn)的返回報(bào)文丟失。
　　正常返回的報(bào)文中一定是所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)均為失壓無流，于是S1.2可判斷出故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間的樹支上，于是遙控S1.3、S1.2.1.1、S1.2.2.1跳開，完成故障隔離。
　　4.2故障發(fā)生在連支上
　　前面的處理過程與4.1類似，也是S1.2依次輪詢S1.2和S1.3之間所有連支的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)，但出現(xiàn)一些連支節(jié)點(diǎn)的返回報(bào)文丟失。不同之處是：正常返回的報(bào)文可能出現(xiàn)兩種情況：
　　1)其中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎?BR>　　2)所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)均為失壓無流。
　　如正常返回的報(bào)文中其中有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)為過流且功率方向?yàn)檎瑒tS1.2可判斷出故障發(fā)生在此節(jié)點(diǎn)所在的連支上，然后S1.2再依次輪詢該連支的各節(jié)點(diǎn)，判斷出故障區(qū) 域后，跳開該區(qū)域兩側(cè)的開關(guān)，同時(shí)自身重合。
　　如正常返回的報(bào)文中所有節(jié)點(diǎn)均為失壓無流，則S1.2按故障發(fā)生在S1.2和S1.3之間的樹支上來處理，遙控S1.3、S1.2.1.1、S1.2.2.1跳開，完成故障隔離。
　　5．結(jié)論
　　本文在文獻(xiàn)[3]的基礎(chǔ)上討論了建立在控制節(jié)點(diǎn)之間快速通信基礎(chǔ)上的饋線保護(hù)的后備保護(hù)方案。考慮到保護(hù)功能的完整性及通信系統(tǒng)不可靠的可能性，當(dāng)故障處理過程中發(fā)生報(bào)文丟失時(shí)，有必要采取保守的措施確保故障切除。理想的快速饋線保護(hù)方案應(yīng)該既具有能夠快速動(dòng)作的主保護(hù)功能，又具有在通信出現(xiàn)問題后的后備保護(hù)功能。本文針對(duì)不同情況詳細(xì)討論了報(bào)文丟失后的后備措施，在主保護(hù)不能正確動(dòng)作的情況下，利用該原理構(gòu)成的后備保護(hù)能夠很好地完成故障隔離的功能，并達(dá)到快速切除故障、縮小停電范圍的目的。