基于多端纵联方向保护算法的新型馈线自动化终端

石家庄科林电气股份有限公司的研究人员吴纳磊、张海粟等，在2014年《电气技术》杂志增刊上撰文，在配电网领域快速发展的今天，为了实现快速隔离故障段，恢复非故障段的供电需求，提出了一种新型馈线终端KE-7112，该终端利用EPON进行光纤通信，实现了通信的实时性、快速性，使用新型算法实现了准确定位故障，快速隔离故障。最终使故障隔离时间达到了60ms左右，有很强的实用性。

1 引言

随着国家经济的发展及人民生活水平的逐步提高，社会对电网的安全及可靠性提出了更高的要求。国家电网公司为了提高整体供电质量，改变了以往的重输电轻配电的观念，加大了对配电网领域的投入力度，使整个配电行业迎来了自己的春天。提高供电质量，关键要解决的问题是如何能够在局部故障的情况下，快速切除故障区，恢复非故障段供电。

我公司研发了一种新型馈线终端KE-7112，该终端能够快速识别、隔离故障，恢复非故障段可靠供电的要求。以下对该终端模式的介绍。

2 配电自动化模式

2.1 光纤EPON组网

近年随着光纤通信领域的快速发展，及配电网领域对通信实时性要求的提高，配电网正在逐步实现光纤通信模式，这就给我们提供了很好的基础条件。光纤通信的组网方式灵活，可以构架成星型、链型、树状、网状、单纤网、双纤网、环上多分支、多环相交、多环相切等各种拓扑结构的网络。

基于光纤通信的EPON设备有如下特点：（1）成本低、带宽高；（2）无源设备，可靠性高；（3）抗干扰性强、易于扩展；（4）组网灵活、方便管理。

图1 光纤EPON组网

图2 手拉手结构

变电站的OLT的一个PON接口引出一根光纤通过分光器到达ONU，每台ONU通过双PON接口分别连接来自两个不同变电站OLT的光纤实现以“手拉手”方式保护的拓扑结构。

2.2 多端纵联保护实现故障判别隔离

结合以上组网方式，各个FTU对本段信息进行故障判别，并将结果上送给周围设备，同时接收周围设备的故障信息，通过多端纵联保护算法实现故障段判断，去切除故障。多端纵联保护算法，是我们充分利用矩阵原理，实现对多节点多信息的横纵连接的一种快速识别及处理新型算法。

试验表明，该算法不受周围设备的数量限制，能够很好的实现辐射型网络及多电源点网络的故障识别，无孤岛效应。

同时多端纵联保护算法有很强的自愈功能。配电网线路的多变性及组网方式的灵活性，对二次设备保护算法提出了更高的要求，在网络节点发生变化时，例如增加及减少，电源节点发生变化等情况发生时，该算法能够适应外界情况的发生，而不需要对设备的程序进行升级。

3 新型终端的方案实施

3.1 数字化矩阵节点终端设备

由于多端纵联保护算法是基于矩阵形成的一种算法，我们在实践中首先解决了矩阵各节点的数字化问题，以及各节点与周围节点关系的抽象处理。其次将整体矩阵进行数字化处理，让各节点找到在矩阵中的相应位置，从而为节点功能进行相应定义。

在实践中只有矩阵阵列本身发生变化，而各节点功能随着在矩阵位置的变化而变化，这就增加了算法的灵活性及适应性。终端设备的数字化为进一步搭建测试平台提供了支撑。

3.2 测试平台搭建

为了验证在光纤EPON模式下，应用新算法的可靠性，我们搭建了一个由20台新型馈线终端、20台模拟断路器及相应数量的ONU和OLT组建的测试平台，该测试平台能够模拟单电源点及多电源点的复杂网架结构，同时利用ONLY标准源进行故障情况模拟及故障断开时间的测试。

同时我们利用公司开发的系统软件KE-7000进行实时网络监控。在试验中，我们不断完善多端纵联保护算法，解决了馈线终端在网架中不同位置的处理方式不同的问题，及如何缩短故障处理时间的问题。

3.3 测试线路架构图及处理分析

我们以一个城区网架为基础，进行主站模拟网架，进行设备实时监控。同时，我们将网架中的复杂网络抽象成为不同的节点图，以此来进行事件分析处理。

图3 主站模拟网架

3.3.1 单电源故障点拓扑

如图4所示，故障发生在分段1和分段2之间，分段1感受到故障电流，发出故障信息，同时收到相邻分段5和分段2发出的未故障信息，经过自身综合判断后，分段1开关动作。分段2和分段5综合判断后得出故障发生在前级，所以动作跳闸，隔离故障段。

单电源辐射型供电方式，网架简单，新型馈线设备通过信息交互可以快速隔离故障。由于没有联络点，所以不存在非故障段的恢复问题。

3.3.2 双电源故障点拓扑

如图5所示，故障发生在分段7和分段9之间，分段7和分段8感受到故障电流，发出故障信息，分段7收到相邻分段9和联络开关发出的未故障信息，所以动作。分段8发出故障信息，同时收到相邻分段7的故障信息，所以不动作。

联络开关未感受到故障电流，所以发出未故障信息，同时收到相邻分段7的故障信息和分段9的未故障信息，由于联络本就处于分位状态，所以只产生闭锁信号，不动作；分段9未感受到故障电流，发出未故障信息，同时收到相邻分段7的故障信息和联络开关的未故障信息，所以动作。

双电源互为备用，如果一端故障跳闸，另一个电源点本应该进行联络投入，进行电力转供，但是由于故障发生在联络开关所处区域，故而联络开关已产生闭锁信号，不再进行电力转供。

4 结语

依托光纤通信，利用多端纵联保护算法可以实现故障段的快速定位、隔离，实现非故障段的可靠供电。通过多组试验结果表明，从故障发生，到故障切除，所需时间在55ms至65ms范围之间。新型馈线终端KE-7112的应用，大大缩短了故障段的切除时间，有效的提高了供电的可靠性。