郭上華

（珠海許繼電氣有限公司，廣東 珠海 519060）

近年來我國經(jīng)濟(jì)快速增長，一方面各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實現(xiàn)對城市電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平提出了更高要求，另一方面市政施工、設(shè)備安裝、設(shè)備老化和氣候影響等對電網(wǎng)供電線路間歇性破壞也在加劇。為了減少用戶停電時間，提升第三方客戶滿意度，以提高城市配電網(wǎng)快速復(fù)電為目標(biāo)的故障快速復(fù)電工作機(jī)制被提上議程。

城市電網(wǎng)故障快速復(fù)電工作機(jī)制，主要是優(yōu)化配網(wǎng)故障復(fù)電管理模式和業(yè)務(wù)流程，以營配一體化平臺為支撐，以饋線自動化和配電自動化為手段，提高配電網(wǎng)監(jiān)控水平，做到故障快速報告、快速診斷、快速定位、快速隔離、快速修復(fù)和快速溝通。然而，故障快速復(fù)電采用何種自愈模式實現(xiàn)，即是一個技術(shù)問題，也是一個經(jīng)濟(jì)問題，要考慮配電系統(tǒng)的各種運(yùn)行情況、供電可靠性要求、故障處理時效性、對繼電保護(hù)的技術(shù)要求、設(shè)備投資等，是一項系統(tǒng)工程，有必要進(jìn)行研究。

1 10kV配電線路故障分析

我國城市電網(wǎng)按區(qū)域可分為城市中心區(qū)、一般城區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部、城鎮(zhèn)及遠(yuǎn)郊區(qū)等3個級別。城市中心區(qū)以電纜線路為主，城鎮(zhèn)及遠(yuǎn)郊區(qū)以架空線路為主，而一般城區(qū)或城鄉(xiāng)結(jié)合部既有電纜線路、架空線路，還有架空電纜混合線路。為查找影響配網(wǎng)故障快速復(fù)電的主要原因，南方某省電力公司2009年組織對管轄的9個地市局三個級別區(qū)域進(jìn)行全面收資，深入統(tǒng)計和分析 2009年以來的故障類型、故障設(shè)備、復(fù)電時間等信息數(shù)據(jù)。如圖1和圖2所示，10kV配電網(wǎng)的故障數(shù)量、故障類型與故障位置密切相關(guān)，架空線路及其配套設(shè)備故障發(fā)生頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他類型，特別是用戶架空線路及其配套設(shè)備。

圖1 故障數(shù)量與故障位置關(guān)系圖

圖2 故障類型與故障位置關(guān)系圖

故障復(fù)電可分為五個階段，即故障報告、急修人員到位、故障定位、故障隔離和故障修復(fù)，所用時間也不相同。如圖3和圖4所示，故障復(fù)電時間與故障位置和類型密切相關(guān)，一是 10kV中壓故障平均修復(fù)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低壓故障修復(fù)時間，二是故障定位、故障隔離和故障修復(fù)的時間所占比例較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于故障報告和急修人員到位時間。

2 故障快速復(fù)電自愈模式建設(shè)思路

城市電網(wǎng)故障快速復(fù)電的自愈模式建設(shè)，就是解決 10kV配電網(wǎng)故障快速定位、隔離和非故障區(qū)段快速復(fù)電的技術(shù)手段問題，重點是 10kV架空線路和架空電纜混合線路，實現(xiàn)故障線路的知停電、少停電和防停電。

圖3 中低壓故障平均復(fù)電時間

圖4 中壓故障復(fù)電各階段所用時間

2.1 知停電自愈模式建設(shè)思路

要實現(xiàn)故障快速復(fù)電，首先需提高配電線路及設(shè)備的自動化監(jiān)測水平，解決“故障點在哪”問題，也就是知停電自愈模式建設(shè)。知停電自愈模式建設(shè)包括兩個方面，如圖5所示，一是在10kV配電線路上布置“千里眼”智能終端或智能設(shè)備，實現(xiàn)對配電線路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測，在發(fā)生故障情況下能準(zhǔn)確發(fā)送故障信息、停電信息給局端故障定位系統(tǒng)。二是在局端建設(shè)故障定位系統(tǒng)，將變電站 10kV饋出線開關(guān)的變位信息和保護(hù)動作信息、10kV饋線分段開關(guān)與分界開關(guān)的變位信息和保護(hù)動作信息均接入該系統(tǒng)，實現(xiàn)“故障點在哪”的半自動或人工快速定位和隔離。

在有條件的大中型城市或城市核心地區(qū)，可建設(shè)配電自動化系統(tǒng)取代故障定位系統(tǒng)，打通自動化系統(tǒng)和配電生產(chǎn)運(yùn)營指揮系統(tǒng)之間的信息傳遞，通過“站—線—變—戶”拓?fù)潢P(guān)系，實現(xiàn)在GIS圖上“故障點在哪”自動快速定位、故障自動隔離和非故障區(qū)域自動恢復(fù)送電。

圖5 配網(wǎng)故障知停電建設(shè)示意圖

圖6 配網(wǎng)故障少停電和防停電建設(shè)示意圖

2.2 少停電自愈模式建設(shè)思路

少停電自愈模式建設(shè)，主要是解決“故障停電范圍和停電時間最小化”問題。按照 10kV饋線分段原則，在饋線線路上合理安裝帶自動化功能的智能分段開關(guān)、分支線開關(guān)，減少每一段線路用戶數(shù)，縮小停電影響范圍，實現(xiàn)供電線路小區(qū)間化，如圖6所示。分段點智能分段開關(guān)，可選擇就地智能自愈方式自動檢出和隔離故障點，也可選擇集中自愈方式檢出和隔離故障點，而聯(lián)絡(luò)點智能分段開關(guān)，由于需承擔(dān)轉(zhuǎn)供電角色，盡可能實現(xiàn)遠(yuǎn)方遙控以快速復(fù)電。

2.3 防停電自愈模式建設(shè)思路

防停電自愈模式建設(shè)，顧名思義是預(yù)防停電的自愈模式建設(shè)。

首先，分支線路加強(qiáng)分支分界開關(guān)、用戶分界開關(guān)建設(shè)，提高支線和用戶故障時攔截能力。用戶線路是故障頻發(fā)區(qū)域，故障發(fā)生后容易擴(kuò)大停電范圍，造成責(zé)任糾紛。若能在分支線路、用戶線路 T接處（責(zé)任分界點）實現(xiàn)支線故障、用戶出門故障的快速攔截，如圖7所示，防止某一用戶故障引起主干線及相鄰用戶停電，將有效地減少站內(nèi)出線開關(guān)故障跳閘率，縮小停電范圍。

其次，主干線路加快環(huán)網(wǎng)線路的建設(shè)，提高配電線路故障時轉(zhuǎn)供電能力，圖7為采用三分段三連接供電方式來提高故障轉(zhuǎn)供電能力。在有條件地區(qū)，具備合環(huán)轉(zhuǎn)電條件的線路可推廣應(yīng)用合環(huán)轉(zhuǎn)電技術(shù)。

圖7 三分段三連接供電方式圖

3 主干、分支、用戶故障就地智能處理

10kV架空線路和架空電纜混合線路更多位于城鎮(zhèn)及遠(yuǎn)郊區(qū)，要實現(xiàn)故障線路的快速復(fù)電，綜合投資少、見效快、易實施、免維護(hù)等因素，最佳解決方案為就地智能饋線自動化。圖1中包含典型的城市電網(wǎng) 10kV供電線路網(wǎng)架結(jié)構(gòu)圖，下面分別就主干線路、分支線路和T接用戶線路，研究其故障就地智能處理的建設(shè)模式。

3.1 主干線故障智能隔離

主干線路故障就地智能處理的目標(biāo)是實現(xiàn)知停電和少停電，可選用電壓時間型自動化分段負(fù)荷開關(guān)。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，變電站出線開關(guān)保護(hù)跳閘，通過變電站出線開關(guān)的重合閘和線路上分段開關(guān)電壓時間的邏輯時序配合，完成主干線路短路故障的隔離和非故障區(qū)間恢復(fù)送電。當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障時[1]，變電站接地選線裝置選出故障線路，通過手動拉合站內(nèi)出線開關(guān)和線路上分段開關(guān)電壓時間的邏輯時序配合，完成主干線接地故障的隔離和非故障區(qū)間恢復(fù)送電。

3.2 分支線故障智能攔截

分支線路故障就地智能處理的目標(biāo)是實現(xiàn)知停電、少停電和防停電，可在分支線首端設(shè)置分支分界點，選用分支分界斷路器智能設(shè)備，防主干線停電。當(dāng)分支線發(fā)生短路故障時，依靠分支分界斷路器與變電站出線開關(guān)的保護(hù)級差配合，搶先于變電站出線開關(guān)跳閘，自動攔截分支線路的短路故障，有效減少變電站出線開關(guān)跳閘率。對于線路較長的分支線路，可合理設(shè)置電壓-時間型自動化分段開關(guān)，實現(xiàn)分支線路少停電，其動作原理和主干線分段開關(guān)類似。

當(dāng)分支線發(fā)生接地故障時，如果是小電阻接地系統(tǒng)，與分支分界斷路器攔截短路故障處理方式類似，如果是消弧線圈接地系統(tǒng)，與主干線自動隔離單相接地故障的處理方式類似。

3.3 用戶線故障分界不出門

用戶線路故障就地智能處理的目標(biāo)是實現(xiàn)知停電和防停電，可在用戶T接點選用用戶分界開關(guān)智能設(shè)備“看門狗”，故障不出門，防主干線和相鄰用戶停電[2]。加裝看門狗的用戶線路，當(dāng)用戶側(cè)發(fā)生故障時，看門狗可自動切除用戶側(cè)接地故障和自動隔離用戶側(cè)短路故障。如圖8所示，用戶分界開關(guān)利用故障發(fā)生時界內(nèi)與界外明顯的故障電流差來判別和定位故障點，該方式故障檢出隔離原理適合于中性點經(jīng)小電阻、消弧線圈和不接地系統(tǒng)。對于消弧線圈接地系統(tǒng)的長電纜線路，可結(jié)合五次諧波和間斷角等方式進(jìn)行接地故障檢出。

圖8 分界開關(guān)故障檢出隔離原理

4 智能設(shè)備的選型與布點

主干、分支、用戶故障的就地智能處理，離不開智能設(shè)備的合理選型與布點，既要能實現(xiàn)故障快速復(fù)電，也不能增加安裝調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)工作量。

4.1 智能設(shè)備選型

智能設(shè)備的選型，除考慮其智能化功能外，應(yīng)重點關(guān)注一二次設(shè)備之間的接口問題。一是國內(nèi)饋線開關(guān)種類繁多，雖可按國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定型式大類及耐壓、開斷、操作電源等主要技術(shù)要求，但對操作功耗、儲能過程方式、接口規(guī)范等與一二次配套相關(guān)的重要環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)技術(shù)要求難以從標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行統(tǒng)一。二是不同廠家的技術(shù)水平和制造能力差異較大，造成配網(wǎng)工程中接口問題眾多。三是電力公司目前缺乏對接口和過程參數(shù)的質(zhì)量驗證手段和機(jī)制，且需要額外增加較大的投入。因此，選擇免維護(hù)、免調(diào)試智能成套設(shè)備避免了因接口而引發(fā)的諸多問題，可以在工廠內(nèi)調(diào)試，現(xiàn)場不產(chǎn)生多余的停電次數(shù)和停電時間。

智能設(shè)備的選型還需考慮后備電源，由于蓄電池受高低溫環(huán)境影響一般壽命3～5年，若后備電源主要用于實現(xiàn)開關(guān)分閘操作和掉電后故障信息、開關(guān)動作信息上傳，建議選擇免維護(hù)超級電容，在線路掉電后可維持10min左右運(yùn)行時間，也可長期適應(yīng)惡劣高低溫環(huán)境。

4.2 智能設(shè)備布點

主干線和分支線分段點智能設(shè)備，應(yīng)綜合長度相近、負(fù)荷相近、用戶數(shù)相近的原則，并結(jié)合線路實際情況進(jìn)行合理分段布點。分支分界點智能設(shè)備，應(yīng)選擇運(yùn)行負(fù)荷較大、故障率較高的公網(wǎng)大分支線路首端布點，作為隔離支線故障用。用戶線智能設(shè)備，應(yīng)選擇線路長、設(shè)備老舊、故障頻繁的用戶線路或運(yùn)行負(fù)荷較大、故障率高的公網(wǎng)小分支線路 T接點安裝。

5 故障快速復(fù)電自愈模式工程實踐

中山供電局10kV配電線路采用中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，城鎮(zhèn)以架空線路為主，雷擊瞬時性故障較多，單相接地故障為主。2008年9月，中山局提出了以提高站內(nèi)出線開關(guān)重合成功率、快速隔離故障點、躲避瞬時性故障、縮短故障停電范圍的饋線自動化建設(shè)思路，經(jīng)過技術(shù)論證和篩選比較，最終選擇主干線建設(shè)電壓時間型和分支線建設(shè)分界開關(guān)型的饋線自動化自愈模式，并先后在16個鎮(zhèn)區(qū)實施。

如圖9所示，主干線路安裝電壓時間型智能設(shè)備FS作為分段開關(guān)，配套三相-零序組合式電壓互感器，通過變電站出線開關(guān)CB的重合閘和線路上分段開關(guān)FS電壓時間的邏輯時序配合，完成主干線路短路故障的隔離和非故障區(qū)間恢復(fù)送電，通過變電站接地選線裝置、手動拉合CB和線路上分段開關(guān)FS電壓時間的邏輯時序配合，完成主干線接地故障的隔離和非故障區(qū)間恢復(fù)送電。分支/用戶線T接位置安裝帶重合閘功能的分界開關(guān)智能設(shè)備PS，快速隔離用戶側(cè)短路故障和切除用戶側(cè)接地故障，躲避用戶側(cè)瞬時故障，避免波及主干線路及相鄰用戶。通信層采用GPRS無線通信，第一時間上報線路故障信息和停電信息。主站系統(tǒng)層建設(shè)配電自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)拓?fù)浞治雠c數(shù)據(jù)解析，及時短信自動通報給一線運(yùn)行維護(hù)人員，快速故障定位和指揮復(fù)電。

圖9 中山10kV供電線路示意圖

中山市16個鎮(zhèn)區(qū)已投運(yùn)超過3000套電壓時間型智能設(shè)備和大量分界開關(guān)智能設(shè)備，運(yùn)行可靠，已多次成功隔離故障，如神灣供電公司已有 4次成功記錄，可準(zhǔn)確檢測并成功定位故障，隔離準(zhǔn)確率83%；故障段定位平均時間從投運(yùn)前 2.2h縮短到投運(yùn)后的0.5h內(nèi)，整體有效地提高了供電可靠性。

6 結(jié)論

城市電網(wǎng)故障快速復(fù)電的自愈模式建設(shè)，即是技術(shù)問題，也是經(jīng)濟(jì)問題。本文綜合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素，從實用化角度出發(fā)，針對故障頻次較高的架空線路和架空電纜混合線路如何實現(xiàn)快速復(fù)電，提出了圍繞主干線、分支線和用戶線分別進(jìn)行知停電、少停電、防停電的自愈模式建設(shè)思路，并對就地智能饋線自動化智能設(shè)備的選型和布點進(jìn)行總結(jié)與思考。工程實踐表明，文中提出的知停電、少停電、防停電的就地智能自愈模式，是實現(xiàn)城市電網(wǎng)故障快速復(fù)電行之有效的饋線自動化技術(shù)手段，具有投資少、見效快、易實施、免維護(hù)的特點，有很好的推廣價值。

[1]郭上華,肖武勇,陳勇等. 一種實用的饋線單相接地故障區(qū)段定位與隔離方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化,2005,29(19):79-81.

[2]楊紹軍. 基于智能開關(guān)設(shè)備的配電網(wǎng)線路自動化技術(shù)[J]. 電力設(shè)備,2007,8(12):6-9.