孫圳 于瑞龍

(國(guó)網(wǎng)浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)線路故障自動(dòng)隔離功能探究

孫圳 于瑞龍

(國(guó)網(wǎng)浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

隨著國(guó)家對(duì)電力事業(yè)的改革不斷深入,電力配電網(wǎng)系統(tǒng)逐漸走向了自動(dòng)化和現(xiàn)代化的發(fā)展方向。而配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中,線路故障常常出現(xiàn),不僅影響著配網(wǎng)系統(tǒng)的輸電、供電安全,更威脅著配網(wǎng)系統(tǒng)中的其他電氣設(shè)備。本文基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),就線路故障的自動(dòng)隔離功能,配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)與功能進(jìn)行研究,簡(jiǎn)單闡述了基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)如何來(lái)實(shí)現(xiàn)線路故障的自動(dòng)隔離。

配電網(wǎng)自動(dòng)化 配電網(wǎng)系統(tǒng) 線路故障 自動(dòng)隔離功能

一直以來(lái)，電力供應(yīng)都是保證社會(huì)生產(chǎn)生活正常運(yùn)行的重要因素，也是推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)非常重要的動(dòng)力。而隨著電力技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，國(guó)家對(duì)于電網(wǎng)的改造力度也越來(lái)越大，配網(wǎng)系統(tǒng)逐漸走向了自動(dòng)化、智能化與現(xiàn)代化的發(fā)展方向。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用不僅完善了配電網(wǎng)很多缺點(diǎn)，更保障了輸配電的安全穩(wěn)定。而事實(shí)上，配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中還存在著一些線路故障，而線路故障不止會(huì)影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，如果處理不及時(shí)進(jìn)行處理，會(huì)直接影響輸配電的安全性與穩(wěn)定性，造成不必要的損失。而當(dāng)前一種基于配電網(wǎng)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)線路故障自動(dòng)隔離的技術(shù)發(fā)展起來(lái)，這種自動(dòng)隔離功能能夠?qū)€路進(jìn)行迅速的檢測(cè)、并及時(shí)判斷故障的性質(zhì)，并快速隔離故障點(diǎn)，以切斷故障點(diǎn)，并及時(shí)恢復(fù)非故障區(qū)的供電，非常適用于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路故障處理。

1 饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的控制方式與功能

1.1 饋線自動(dòng)化概述

饋線自動(dòng)化是配電網(wǎng)自動(dòng)化中相當(dāng)關(guān)鍵的一個(gè)組成部分，也是配電自動(dòng)化的基礎(chǔ)技術(shù)。這種技術(shù)主要指在通常的情況下，系統(tǒng)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控饋線運(yùn)行狀態(tài)，包括對(duì)分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)以及饋線電流、電壓的監(jiān)測(cè)。能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程指令線路開(kāi)關(guān)的合閘與分閘動(dòng)作，并在線路發(fā)生故障時(shí)，準(zhǔn)確的記錄故障并自動(dòng)判別，及時(shí)隔離饋線故障區(qū)段，避免影響非故障區(qū)域的用電。

1.2 饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的控制方式

通常饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的控制方式主要有遠(yuǎn)方控制與就地控制兩種，方式的選擇主要與配電網(wǎng)中的可控設(shè)備功能有關(guān)。如果是電動(dòng)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，并擁有通信功能的設(shè)備，就可以通過(guò)遠(yuǎn)程發(fā)送指令的方式來(lái)控制開(kāi)關(guān)的分閘與合閘；而如果設(shè)備是重合器、分段器或者重合分段器，則開(kāi)關(guān)的分閘與合閘操作都會(huì)被設(shè)定到設(shè)備的功能上，這就是我們所說(shuō)的就地控制方式。而遠(yuǎn)方控制又分為集中式與分散式兩類(lèi)，其中集中式主要有SCADA系統(tǒng)從FTU來(lái)獲得有根據(jù)的信息后在進(jìn)行判斷并作出控制，也成為主從式的控制技術(shù)。分散式就是指有FTU來(lái)向饋線系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)控制設(shè)備發(fā)出操作指令，當(dāng)控制器受到指令后，根據(jù)指令中的信息進(jìn)行綜合的判斷并實(shí)施相關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)控制的技術(shù)。

1.3 饋線自動(dòng)化系統(tǒng)的控制功能

饋線自動(dòng)化對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控內(nèi)容主要包括所有的主干線以及各支路線路的電壓、電流、有無(wú)做功以及功率因素等電氣參數(shù)等。饋線自動(dòng)化要實(shí)現(xiàn)的功能主要是：要能實(shí)施監(jiān)控線路的各分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)等設(shè)備，對(duì)線路分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)能進(jìn)行遙控，并通過(guò)實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程或者三搖功能。還要求能在線路故障時(shí)，能準(zhǔn)確的區(qū)分故障區(qū)域與隔離區(qū)域，能進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供與恢復(fù)供電或者網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。在切除故障后，能夠在一定的約束條件下，以減少停電面積與次數(shù)，盡可能保障用戶的供電穩(wěn)定并重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整。這些過(guò)程都是自動(dòng)產(chǎn)生的，對(duì)于瞬間性的故障，系統(tǒng)通常因切斷電流故障消失后，會(huì)自動(dòng)的重合開(kāi)關(guān)并恢復(fù)對(duì)負(fù)荷的供電。

2 造成配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)線路故障的原因

2.1 城市綠化、配電設(shè)備等造成的線路故障

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程加快的步伐，城市綠化工作得到了高度重視，然而，城市綠化工作在提高人們生活質(zhì)量的同時(shí)，也給配網(wǎng)線路造成了一定的安全隱患，其主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第二，在城市綠化建設(shè)中，由于工作人員沒(méi)有充分認(rèn)到清理樹(shù)障對(duì)配網(wǎng)線路造成的影響，若工作人員沒(méi)有徹底清除殘存的樹(shù)枝，當(dāng)遇到狂風(fēng)暴雨，殘存的樹(shù)枝將會(huì)掉落在配網(wǎng)線路與上，這就導(dǎo)致容易發(fā)生線路短路、斷線等事故；另一方面，配電設(shè)備本身存在安全隱患，例如變壓器故障，由于變壓器本身存在一些安全隱患，變壓器在運(yùn)行中，如絕緣子破裂、絕緣子臟亂導(dǎo)致絕緣電阻能力下降，這些因素都會(huì)導(dǎo)致配電線路閃絡(luò)和線路被燒斷，若工作人員操作不當(dāng)，則可能會(huì)導(dǎo)致弧光短路。

2.2 外界因素造成的線路故障

第一，異物造成的線路故障，在一些城區(qū)中，大多數(shù)線路都架設(shè)在街道邊緣，當(dāng)遇到惡劣的天氣時(shí)，如在大風(fēng)的天氣里，線路中的一些半導(dǎo)體及導(dǎo)體(鋁箔塑料紙、油氈紙、電視天線、廢舊的錄音帶)等物質(zhì)將會(huì)被吹到附近的線路上，這就會(huì)導(dǎo)致城市配網(wǎng)線路發(fā)生故障；第二，市政工程建設(shè)對(duì)配網(wǎng)線路造成的影響，在城市化改造中，由于地基開(kāi)挖在很大程度上將會(huì)傷及到埋在地下敷設(shè)的電纜通信，并且施工物料的運(yùn)輸，將會(huì)對(duì)帶電部位、桿塔造成嚴(yán)重影響，在市政工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，也存在各類(lèi)違章建筑，這嚴(yán)重威脅了配網(wǎng)線路的正常運(yùn)行；第三，外力破壞造成的線路故障，所謂外力破壞，是指用戶不正當(dāng)操作導(dǎo)致的配網(wǎng)故障，由于用戶用電設(shè)備的原因，容易導(dǎo)致配電線路出現(xiàn)低壓相見(jiàn)短路的問(wèn)題；第四，鳥(niǎo)類(lèi)活動(dòng)造成的線路故障，由于配電線路是大多數(shù)鳥(niǎo)類(lèi)動(dòng)物的棲息地，由于大多數(shù)鳥(niǎo)動(dòng)物喜歡在配電線路上筑巢，由于使用的樹(shù)枝長(zhǎng)短不一，則容易發(fā)生短路故障現(xiàn)象，甚至可能發(fā)生跳閘的現(xiàn)象，尤其是樹(shù)木比較密集的地區(qū)，當(dāng)配電線路出現(xiàn)故障后，不僅工作量比較大，故障維護(hù)難度也比較大；第五，雷擊故障，雖然城市的配電線路都架設(shè)的比較高，但是，由于城市中有大量高大的建筑物，即使安裝了避雷針，其故障發(fā)生的概率較小，但是，在避雷設(shè)施損壞的情況下，建筑中避雷針將不會(huì)起到避雷效果，這就容易發(fā)生雷擊事故。

2.3 配網(wǎng)管理不當(dāng)造成的線路故障

在一些城區(qū)中，由于一些用戶產(chǎn)權(quán)設(shè)施長(zhǎng)期處于無(wú)人管理的狀態(tài)下，甚至一些地區(qū)仍然使用技術(shù)水平較低的電力設(shè)備和沒(méi)有更換過(guò)的電力設(shè)備，由于沒(méi)有更換過(guò)的電力設(shè)備內(nèi)部絕緣老化比較嚴(yán)重，配網(wǎng)設(shè)備比較陳舊、落后，若長(zhǎng)期暴露在露天環(huán)境中，則極容易出現(xiàn)故障。由于設(shè)備種類(lèi)較多，設(shè)備的質(zhì)量也參差不齊，在配網(wǎng)過(guò)程中，如果工作人員巡視和檢查工作不到位，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，卻不及時(shí)趕到，這就容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，例如導(dǎo)線在運(yùn)行過(guò)程中的磨損，設(shè)備缺陷不能得到及時(shí)消除等，若一般的缺陷擴(kuò)大到緊急缺陷，將會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障事故的發(fā)生，并且由于不同設(shè)備的故障處理措施有所不一樣，這不僅增加了配網(wǎng)線路故障處理的時(shí)間，也在很大程度上影響了整個(gè)配網(wǎng)線路的安全、可靠性，因此，對(duì)于設(shè)備和技術(shù)的問(wèn)題，若處理不當(dāng)，則容易造成線路故障。另外，在電力營(yíng)銷(xiāo)中，一些電力用戶銷(xiāo)戶為躲交電費(fèi)將變壓器拆除，若變壓器中留下的高壓T接線懸掛了半空，則容易造成安全事故，對(duì)于電力管理部門(mén)來(lái)說(shuō)，應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題引起高度重視。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)線路故障區(qū)段查找的原理

3.1 定位饋線故障區(qū)段

結(jié)合上文對(duì)基于需求的酒店管理系統(tǒng)內(nèi)容框架及功能分析，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)建模設(shè)置時(shí)先要明確具體時(shí)序分析，比如按照客人辦理入住流暢，進(jìn)行合理時(shí)序環(huán)節(jié)設(shè)置。這個(gè)過(guò)程中相應(yīng)酒店前臺(tái)人員先要按照所出示證件對(duì)客人基本信息進(jìn)行實(shí)時(shí)驗(yàn)證，此期間系統(tǒng)界面會(huì)將客人信息傳送至控制中心，通過(guò)控制中心將客人信息與系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，對(duì)客人歷史信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查找。如果后臺(tái)未顯示即此客人為新顧客有顯示即老顧客，此時(shí)相應(yīng)人員可查詢客人偏好信息，繼而提供更加周到的客房安排服務(wù)；完成等級(jí)入住后，再將客人消費(fèi)記錄做相應(yīng)原有歷史數(shù)據(jù)納入。以此使系統(tǒng)建模時(shí)序的專(zhuān)業(yè)性和合理性能夠充分得以展現(xiàn)。

針對(duì)輻射狀以及樹(shù)狀網(wǎng)或者處于開(kāi)環(huán)運(yùn)行的環(huán)狀網(wǎng)情況，要判斷線路的故障區(qū)域只需要檢測(cè)饋線沿線的各個(gè)斷路器是否有故障電流流過(guò)，以此來(lái)判斷故障線路的區(qū)段。而當(dāng)饋線上出現(xiàn)了單一的故障時(shí)，那么故障很可能就位于電源側(cè)到線路末端方向上的最后一經(jīng)歷故障電流的斷路器與第一個(gè)沒(méi)有流過(guò)故障電流的斷路器之間。

3.2 定位事故跳閘斷路器

為了確定饋線中各個(gè)斷路器是否有故障電流流過(guò)，則需要在其上安裝FTU進(jìn)行整定，因不是以斷路器的整定值差別來(lái)判斷并隔離故障區(qū)段的，所以可以采用多臺(tái)斷路器利用同一整定值的方法。這樣一來(lái)，即使饋線上的分段數(shù)目增多也不會(huì)對(duì)饋線造成影響。而隔離故障區(qū)段后，必須要復(fù)位越級(jí)跳閘斷路器，關(guān)鍵就是要針對(duì)事故后的跳閘斷路器來(lái)準(zhǔn)確定位非故障的區(qū)段，并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。

3.3 斷路器狀態(tài)的矩陣描述

針對(duì)斷路器狀態(tài)下要進(jìn)行矩陣描述，一般采用一維的矩陣運(yùn)算來(lái)判斷線路中各斷路器是否有越級(jí)跳閘的現(xiàn)象，再利用事故跳閘的斷路器來(lái)定位矩陣，這種方式可以準(zhǔn)確地識(shí)別線路故障上的跳閘斷路器，大大縮短了故障的定位整排時(shí)間。

3.4 “手拉手”供電線路分段斷路器保護(hù)原則

針對(duì)線路過(guò)流保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障，通常都是由線路上的分段斷路器跳閘以切斷故障電流來(lái)保護(hù)線路，而變電所出線的斷路器不會(huì)發(fā)生任何動(dòng)作。其次，對(duì)于線路的速斷保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生的故障，一般由變電所出線的斷路器跳閘以切斷故障電流，隨后再進(jìn)行一次重合閘，而此時(shí)線路的分段斷路器則不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。而針對(duì)支線故障的情況，首先是支線的斷路器斷開(kāi)，以切斷故障電流防止越級(jí)到主干線路上。除此之外，支線斷路器的定值應(yīng)在滿足運(yùn)行的條件下盡可能的減小，斷路器的跳閘時(shí)間也應(yīng)盡可能的短。

4 基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路故障自動(dòng)隔離方案

如圖1所示，是常見(jiàn)的線路故障處理分析，當(dāng)線路在發(fā)生故障時(shí)，站內(nèi)的斷路器就會(huì)自動(dòng)跳閘，此時(shí)，就可以檢測(cè)到開(kāi)關(guān)5出現(xiàn)失電壓失電流的情況，將開(kāi)關(guān)5斷開(kāi)，等到5跳開(kāi)時(shí)，站內(nèi)對(duì)斷路器進(jìn)行一個(gè)重合閘，最后恢復(fù)開(kāi)關(guān)5并使站內(nèi)斷路器之間能正常供電。等到采取一定措施恢復(fù)供電后，再閉合開(kāi)關(guān)5并聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)聯(lián)系，在恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。

以下就幾種常見(jiàn)的線路故障進(jìn)行分析，指出具體的處理方案。如圖1所示，如果是1-2線路之間出現(xiàn)故障，甲變電站出接口的斷路器1第一個(gè)跳閘，此時(shí)檢測(cè)到開(kāi)關(guān)2失電壓失電流，開(kāi)關(guān)2跳開(kāi)后，再將線路主要的信息傳達(dá)給主站。與變電站出口的1迅速重合，在故障點(diǎn)重合后，再次跳開(kāi)，這樣一個(gè)重合閘后，主站就會(huì)根據(jù)收到的線路信息來(lái)判斷故障點(diǎn)的區(qū)段應(yīng)該在斷路器1和開(kāi)關(guān)2之間，并保持開(kāi)關(guān)2斷開(kāi)，以恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。而當(dāng)線路故障發(fā)生在3-4之間，且也是斷路器1第一個(gè)跳閘，在斷路器重新閉合的期間內(nèi)，檢測(cè)到了開(kāi)關(guān)2出現(xiàn)失電壓失電流的現(xiàn)象，所以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)的期間內(nèi)，要將線路的信息傳導(dǎo)主站，以便主站判斷。此時(shí)，斷路器1迅速進(jìn)行一個(gè)重合，使得1與2之間的線路得以正常供電。開(kāi)關(guān)2和3之間檢測(cè)到了故障電流，依照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理，判斷故障點(diǎn)在開(kāi)關(guān)3和4之間 ，隨即隔離故障帶，跳開(kāi)開(kāi)關(guān)3、4，最后恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。

另一種情況，當(dāng)線路故障發(fā)生在4-5之間，同樣由斷路器1第一個(gè)跳閘，在其重新閉合的期間內(nèi)，檢測(cè)到了開(kāi)關(guān)2出線失電壓失電流的現(xiàn)象，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)2，并及時(shí)向主站傳遞信息。等到3s過(guò)后，斷路器1重新閉合，并恢復(fù)1-2之間的供電。此時(shí)在開(kāi)關(guān)2、3、4處都檢測(cè)到了故障電流，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)原理，可以判斷故障點(diǎn)在開(kāi)關(guān)4、5之間，隔離故障帶后條跳開(kāi)開(kāi)關(guān)4，最后恢復(fù)非故障去的供電。

而當(dāng)線路故障是發(fā)生在6、7之間時(shí)，而與之前不同，首先是乙變電站的斷路器9第一個(gè)跳開(kāi)，在斷路器重新閉合的期間內(nèi)，檢測(cè)到了開(kāi)關(guān)8出線失電壓失電流的現(xiàn)象，跳開(kāi)開(kāi)關(guān)8，再向主站傳遞信息。3s后，當(dāng)斷路器9重新閉合后，恢復(fù)8、9之間的正常供電。此時(shí)，在開(kāi)關(guān)8、7處檢測(cè)到了故障電流，這樣一來(lái)就可以判斷故障點(diǎn)在6、10和7之間，斷開(kāi)這幾個(gè)開(kāi)關(guān)，合上開(kāi)關(guān)8和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，最后恢復(fù)非故障區(qū)的正常供電。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，配電網(wǎng)系統(tǒng)走向自動(dòng)化與智能化必定是未來(lái)的必然發(fā)展趨勢(shì)，而我國(guó)對(duì)于配電網(wǎng)的改造一直都比較重視。針對(duì)基于配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路故障自動(dòng)隔離及時(shí)而言，非常適用于當(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路故障處理，即使在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中有一些不足，但相信在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，研究者們能夠根據(jù)配電網(wǎng)的實(shí)際情況，針對(duì)存在的問(wèn)題采取措施，更好的改善配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的線路故障自動(dòng)隔離功能，為人們提供更安全、就可靠的用電。

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