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        山區(qū)配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制技術(shù)研究

        2020-04-09 10:55:14吳若鷙
        締客世界 2020年8期
        關(guān)鍵詞:主站饋線配電網(wǎng)

        吳若鷙

        (廣東電網(wǎng)責(zé)任公司河源供電局 廣東 河源 517000)

        前言

        智能電網(wǎng)是未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向,具有融合、優(yōu)化、分布、協(xié)調(diào)、互動(dòng)、自愈等特征,其中自愈是智能電網(wǎng)的核心技術(shù)。配電網(wǎng)是連接大電網(wǎng)與電力用戶的中間環(huán)節(jié),一旦停電將會(huì)影響用戶的正常供電,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響,同時(shí),用戶對(duì)系統(tǒng)的可靠性和電能質(zhì)量也提出了新的要求。通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算分析方法和人工智能手段進(jìn)行充分的分析研判,實(shí)施評(píng)估其運(yùn)行狀態(tài),自適應(yīng)地采取相應(yīng)的控制措施,形成配電網(wǎng)的自適應(yīng)閉環(huán)機(jī)制,可顯著提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

        1 適用于山區(qū)的配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)

        “配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制”將充分集成多數(shù)據(jù)環(huán)境,開(kāi)展配電網(wǎng)故障自動(dòng)隔離和恢復(fù)功能的研究與應(yīng)用工作。重點(diǎn)研究當(dāng)配網(wǎng)中發(fā)生故障時(shí),如何準(zhǔn)確快速地幫助調(diào)度員對(duì)故障進(jìn)行定位、隔離和恢復(fù)供電。當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí),首先由小型化的智能終端會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)故障定位,主站根據(jù)選用的模式(閉環(huán)模式還是開(kāi)環(huán)模式),自動(dòng)分析和執(zhí)行隔離方案、恢復(fù)方案,亦或經(jīng)人工確認(rèn)后手動(dòng)啟動(dòng)隔離方案和恢復(fù)方案的執(zhí)行,以快速把故障從電網(wǎng)中隔離開(kāi)來(lái),恢復(fù)非故障區(qū)域的供電,減少停電時(shí)間,提高供電可靠性[1]。

        自愈控制程序目前已在河源供電局配網(wǎng)主站部署應(yīng)用,并完成對(duì)模擬饋線的測(cè)試工作。程序可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障準(zhǔn)確定位,故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電且策略正確。自愈功能覆蓋線路平均故障處理時(shí)間(從故障發(fā)生至非故障區(qū)復(fù)電時(shí)間)預(yù)計(jì)可縮減至120秒。

        2 配網(wǎng)主站自愈控制技術(shù)思路

        2.1 總體方案

        在配網(wǎng)主站系統(tǒng)開(kāi)發(fā)建設(shè)配網(wǎng)自愈功能,并充分考慮安全閉鎖條件,支持分饋線組投退功能,在現(xiàn)場(chǎng)部署后進(jìn)行充分的驗(yàn)證分析,以確保各項(xiàng)功能邏輯有效可靠,降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在系統(tǒng)測(cè)試完善的基礎(chǔ)上,選擇基礎(chǔ)條件良好的區(qū)域和饋線組投入運(yùn)行,并持續(xù)閉環(huán)管控運(yùn)行和應(yīng)用情況。

        處理中可以按饋線指定采用就地FA模式,并根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)換為集中式FA模式。對(duì)于具備就地FA功能的饋線,可以設(shè)定其FA功能的投退、運(yùn)行工況的遙信標(biāo)志;當(dāng)主站檢測(cè)到饋線就地FA功能退出或運(yùn)行異常時(shí),主站集中式FA能夠自動(dòng)接管相應(yīng)的饋線的故障處理;當(dāng)收到就地FA恢復(fù)運(yùn)行的信號(hào)時(shí),主站集中式FA會(huì)自動(dòng)閉鎖[2]。

        可以根據(jù)就地FA的部署功能,為主站FA設(shè)定不同的配合方式:

        2.1.1 就地FA只定位及隔離,不恢復(fù)

        就地FA只定位和隔離,這種情況下主站FA根據(jù)就地FA上送的定位、隔離信號(hào)(結(jié)果),通過(guò)集中協(xié)調(diào)分析,給出最優(yōu)的復(fù)電轉(zhuǎn)供方案,然后通過(guò)遙控,完成非故障區(qū)域的復(fù)電。

        當(dāng)饋線有多個(gè)備用轉(zhuǎn)供電源時(shí),就地FA無(wú)法根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行方式和負(fù)荷水平,進(jìn)行自動(dòng)靈活調(diào)整,采取最佳的復(fù)電方案,通過(guò)主站集中統(tǒng)一分析,則可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。尤其是在負(fù)荷水平較重,無(wú)法通過(guò)單一的轉(zhuǎn)供路徑和備用電源對(duì)非故障區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行復(fù)電時(shí),可能需要拆分、減載恢復(fù),這時(shí)候僅依賴就地FA,也難以給出合理的恢復(fù)策略。

        2.1.2 就地FA具備自愈功能,實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離及恢復(fù)功能

        這種情況下,主站FA主要起到監(jiān)視、比較、故障信息存庫(kù)的作用。主站會(huì)收集、記錄就地FA的相關(guān)信息,同時(shí)也會(huì)基于故障號(hào)進(jìn)行故障定位、隔離和恢復(fù)策略的分析,然后對(duì)就地FA和集中FA的故障定位結(jié)果、故障隔離方案、故障恢復(fù)方案進(jìn)行比較,如有差異,則給出提醒以供調(diào)度員檢查確認(rèn)[3]。主站FA同時(shí)會(huì)自動(dòng)保存收到就地FA及集中FA的各種結(jié)果、動(dòng)作信息,以備后續(xù)故障查詢和分析。

        上述兩種方式中,一旦就地FA中間執(zhí)行失敗,可由調(diào)度員手動(dòng)切換到集中FA 模式,由集中FA接管完成整個(gè)故障的處理過(guò)程。

        2.2 主站功能邏輯設(shè)計(jì)

        主站系統(tǒng)處理故障的主要流程為:系統(tǒng)收到第一個(gè)故障電流信號(hào)即啟動(dòng)故障分析過(guò)程,并延時(shí)等待一段時(shí)間(時(shí)間長(zhǎng)度可以設(shè)定),將所有故障信號(hào)采集完整,根據(jù)采集的信號(hào)進(jìn)行分析,形成復(fù)電方案,到最終執(zhí)行。

        3 適用于山區(qū)電網(wǎng)的電壓時(shí)間型自愈邏輯判斷

        3.1 信號(hào)收集

        配網(wǎng)主站自愈程序主要完成以下功能:(1)收集自愈程序需要的實(shí)時(shí)信息。包括:事故跳閘信號(hào)、故障保護(hù)信號(hào)、開(kāi)關(guān)閉鎖信號(hào)。(2)故障信號(hào)的濾波。對(duì)于采集的閉鎖信號(hào),還需要考慮閉鎖信號(hào)所屬開(kāi)關(guān)的電流遙測(cè),開(kāi)關(guān)在故障前有值、故障后為0才認(rèn)為該閉鎖信號(hào)有效,否則過(guò)濾該信號(hào)[4]。

        為保證故障信號(hào)采集正確,防止采集時(shí)間過(guò)短導(dǎo)致信號(hào)漏采,又防止采集時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致自愈處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng),設(shè)計(jì)故障信息緩存池。

        故障信號(hào)采集規(guī)則:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)信號(hào)的命名規(guī)范,提取出與故障相關(guān)的保護(hù)信號(hào)的匹配規(guī)則,例如:過(guò)流、速斷、相間、后加速、零序、接地、閉鎖等。程序運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)掃描告警池,將符合條件的告警信息保存到緩存池中。

        對(duì)每個(gè)饋線組設(shè)置等待故障信號(hào)時(shí)間T,控制饋線的故障事項(xiàng)是否采集結(jié)束。采集過(guò)程如下所示:

        等待故障信號(hào)時(shí)間T為2秒,無(wú)故障信號(hào)t從0開(kāi)始計(jì)時(shí),當(dāng)采集到新信號(hào)后,t就重新開(kāi)始計(jì)。t分別被sig1、sig2、sig3打斷,重新開(kāi)始計(jì)時(shí):

        當(dāng)t=T,認(rèn)為采集已經(jīng)結(jié)束,開(kāi)始對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理:

        3.2 故障定位

        饋線發(fā)生故障時(shí),出口開(kāi)關(guān)、饋線自動(dòng)化開(kāi)關(guān)會(huì)依次重合,當(dāng)重合于故障區(qū)域時(shí),故障區(qū)域兩側(cè)自動(dòng)化開(kāi)關(guān)會(huì)最終跳開(kāi)、并上送閉鎖信號(hào);其余開(kāi)關(guān)再次重合后,故障區(qū)域被隔離開(kāi)來(lái)。電壓時(shí)間型饋線依據(jù)此動(dòng)作情況進(jìn)行故障定位,在檢測(cè)到出口開(kāi)關(guān)跳閘故障,等待就地自動(dòng)化開(kāi)關(guān)動(dòng)作完成后,檢測(cè)最終跳開(kāi)的開(kāi)關(guān),跳開(kāi)開(kāi)關(guān)范圍內(nèi)的即為故障區(qū)域。

        根據(jù)FTU或DTU采集到的故障信號(hào),以及實(shí)時(shí)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系,確定故障發(fā)生的區(qū)域。故障定位的結(jié)果一般是一個(gè)區(qū)域,F(xiàn)TU或DTU裝置部署的越多,故障信號(hào)采集的越全,定位的范圍越小,定位結(jié)果就越精確。根據(jù)采集的開(kāi)關(guān)閉鎖信號(hào),首先確定上游閉鎖開(kāi)關(guān),如果上游開(kāi)關(guān)的閉鎖信號(hào)正常上送,則程序記錄上游閉鎖開(kāi)關(guān);否則不再進(jìn)行處理。

        確定故障區(qū)域:從記錄的上游閉鎖開(kāi)關(guān)向下游搜索下游邊界(收到閉鎖信號(hào)的開(kāi)關(guān)或聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān));搜索經(jīng)過(guò)的區(qū)域?yàn)楣收蠀^(qū)域。

        為了安全考慮,對(duì)于下游閉鎖漏報(bào)的情況,故障區(qū)域會(huì)進(jìn)行擴(kuò)大,擴(kuò)大到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)為止。

        3.3 故障隔離

        在定位出故障發(fā)生的范圍后,要把故障區(qū)域從整個(gè)配電網(wǎng)中隔離開(kāi)來(lái),以免影響非故障區(qū)域的運(yùn)行。隔離通常是通過(guò)拉開(kāi)故障區(qū)域的邊界開(kāi)關(guān)來(lái)完成,這些開(kāi)關(guān)稱為隔離開(kāi)關(guān)。所有隔離開(kāi)關(guān)的集合組成隔離方案。通過(guò)遙控拉開(kāi)隔離方案中的所有隔離開(kāi)關(guān),即可完成故障的隔離。

        電壓時(shí)間型饋線,定位方案即隔離方案。

        3.4 故障恢復(fù)

        因?yàn)楣收系拇嬖?,故障被定位、隔離后,通常會(huì)導(dǎo)致某些非故障區(qū)域失電,需要通過(guò)閉合一些聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān),把這些失電的區(qū)域轉(zhuǎn)移到備用供電路徑上去,這個(gè)過(guò)程稱為故障恢復(fù)。故障恢復(fù)過(guò)程中要操作的開(kāi)關(guān)列表,組成了恢復(fù)方案。需要注意的是,對(duì)于一個(gè)故障,可能存在多個(gè)不同的恢復(fù)方案[5]。

        3.5 過(guò)載計(jì)算

        對(duì)于電壓時(shí)間型饋線,只需計(jì)算下游隔離開(kāi)關(guān)后側(cè)負(fù)荷轉(zhuǎn)移后是否會(huì)導(dǎo)致備用電源過(guò)載,緩存下游隔離開(kāi)關(guān)故障前電流值Ig;取得備用電源的電流限值(轉(zhuǎn)電出口開(kāi)關(guān)的電流限值)Imax,當(dāng)前電流值Icur;負(fù)載率:rate=(Ig+Icur)/Imax,比較轉(zhuǎn)電后負(fù)載率與允許的最大負(fù)載率,越限了則判為過(guò)濾復(fù)電策略。

        如故障場(chǎng)景:故障發(fā)生在開(kāi)關(guān)3與開(kāi)關(guān)4之間,就地正確動(dòng)作,主站判斷開(kāi)關(guān)3、4為隔離開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)6為復(fù)電開(kāi)關(guān)。則負(fù)載計(jì)算:F01饋線需要轉(zhuǎn)供的部分為開(kāi)關(guān)4到開(kāi)關(guān)6之間設(shè)備,這部分負(fù)荷可由故障前開(kāi)關(guān)4的電流值I4表示。開(kāi)關(guān)7的最大容量由其所連的負(fù)荷的限值表示,計(jì)算故障前I4與故障后開(kāi)關(guān)7電流I7的總加,是否大于負(fù)荷的限值。

        4 實(shí)際運(yùn)用中可能遇到的問(wèn)題及解決方法

        通過(guò)對(duì)自愈故障線路開(kāi)展的分析發(fā)現(xiàn),自愈控制在實(shí)際工作中存在部分問(wèn)題:1、現(xiàn)場(chǎng)條件不符合導(dǎo)致自愈無(wú)法啟動(dòng),如現(xiàn)場(chǎng)遙控壓板退出、把手在就地等;2、主站程序運(yùn)行不夠穩(wěn)定,存在進(jìn)程掉線的情況,導(dǎo)致故障發(fā)生時(shí)無(wú)法啟動(dòng)自愈;3、線路拓?fù)湔_性不夠高,導(dǎo)致自愈定位不夠精準(zhǔn)。4、遙信上送不完整,缺少某些保護(hù)信號(hào)導(dǎo)致自愈程序無(wú)法啟動(dòng)。

        針對(duì)上述問(wèn)題,可采取的進(jìn)一步措施有:1、加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的教育培訓(xùn)工作,提升專業(yè)化程度,避免自愈線路正常運(yùn)行時(shí),壓板或把手不正確的情況;2、通過(guò)升級(jí)程序版本提高主站自愈程序運(yùn)行的穩(wěn)定性,同時(shí)每天將自愈進(jìn)程運(yùn)行情況通過(guò)短信發(fā)送至自動(dòng)化值班手機(jī)中;3、添加自定義廣義饋線組設(shè)置功能,人工定義參與自愈的開(kāi)關(guān)屬性,規(guī)避因拓?fù)潢P(guān)系導(dǎo)致的自愈定位不準(zhǔn)確問(wèn)題;4、嚴(yán)格把控自動(dòng)化終端并網(wǎng)接入流程及配網(wǎng)主站自愈功能流程管理,并強(qiáng)化對(duì)各縣區(qū)局加快存量終端消缺速度的督促工作。

        5 結(jié)語(yǔ)

        配電網(wǎng)自愈依托多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與集成,是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程,在新技術(shù)研究和應(yīng)用的同時(shí),應(yīng)重視已有技術(shù)的再集成創(chuàng)新和適用性技術(shù)的應(yīng)用。河源作為山區(qū)配電網(wǎng),應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn),明確主站就地協(xié)同自愈技術(shù)路線。加快饋線自動(dòng)化建設(shè),實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路分段節(jié)點(diǎn)及環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)具備三遙功能,符合自愈接入要求。加強(qiáng)調(diào)度操作、并網(wǎng)管理、圖模質(zhì)量、保護(hù)定值和終端運(yùn)維等基礎(chǔ)管理,為提升配網(wǎng)故障自愈應(yīng)用水平提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)支撐。

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