孫海志

(河鋼唐鋼能源科技分公司，河北唐山 063000）

引言

冶金企業(yè)生產(chǎn)中配電網(wǎng)系統(tǒng)分布范圍遍布整個(gè)生產(chǎn)工藝，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，配電設(shè)備種類(lèi)繁多并且規(guī)格不一，大部分二級(jí)生產(chǎn)用電設(shè)備不具備開(kāi)關(guān)保護(hù)，當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障發(fā)生后，不僅要求配電網(wǎng)故障的處理要及時(shí)作出響應(yīng)，同時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確快速地對(duì)故障進(jìn)行正確識(shí)別和精準(zhǔn)定位，并實(shí)現(xiàn)故障隔離，以最快的速度實(shí)現(xiàn)非故障區(qū)域的有效供電。應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段并積極采取優(yōu)化措施，提升配電網(wǎng)安全運(yùn)行管理水平，對(duì)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的作用。

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化故障定位技術(shù)的內(nèi)涵分析

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，基于一次網(wǎng)架和設(shè)備，以配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）為核心，借助計(jì)算機(jī)和電子化傳感器技術(shù)，利用光纖、載波、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等多元化的通信手段，達(dá)到對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并同步采集其他系統(tǒng)的訊息，從而對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備保護(hù)、工作狀態(tài)控制等。倘若配電網(wǎng)發(fā)生故障，有關(guān)的配電自動(dòng)化終端設(shè)備的故障實(shí)時(shí)信息將以數(shù)據(jù)的方式傳送到主站系統(tǒng)，主站在收到各種數(shù)據(jù)信息后，將根據(jù)故障區(qū)段定位算法自動(dòng)計(jì)算并確定故障所在的區(qū)間位置，對(duì)有關(guān)的配電自動(dòng)化終端設(shè)備下發(fā)操作指令，把故障區(qū)段從整條線路中分離出來(lái)，恢復(fù)其他非故障區(qū)段的正常供電。

2 配電網(wǎng)自動(dòng)化故障定位存在的問(wèn)題分析

根據(jù)工作實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)狀情況摸底并進(jìn)行分析歸納，配電網(wǎng)自動(dòng)化故障定位通常面臨以下問(wèn)題：

（1）線路負(fù)荷分布不均衡

個(gè)別生產(chǎn)用戶(hù)由于在最初規(guī)劃過(guò)程中忽視了電網(wǎng)的配置與布局，一些用戶(hù)無(wú)法享受到充足的電力供應(yīng)，其電能質(zhì)量較差；一些用戶(hù)分布相對(duì)密集，負(fù)荷聚集于線路末端，導(dǎo)致線路布局過(guò)于繁瑣、復(fù)雜，故障定位難度較大。

（2）供電半徑不合理

由于生產(chǎn)設(shè)備的改造造成很多供電系統(tǒng)的布局規(guī)劃不合理、不科學(xué)，從而導(dǎo)致供電半徑的設(shè)置也失去科學(xué)性，部分區(qū)域供電半徑過(guò)大，而且隨著冶金企業(yè)發(fā)展區(qū)域、規(guī)模的不斷擴(kuò)大，線路越拉越長(zhǎng)，局部線損嚴(yán)重，造成自動(dòng)化定位準(zhǔn)確度下降。

（3）線路線徑相對(duì)過(guò)小

部分線路線徑相對(duì)過(guò)小，由于改造和新建線路困難，無(wú)法進(jìn)行增容改造，造成線路供電能力難以有效地配合用電負(fù)荷的增加，從而導(dǎo)致線路局部因?yàn)檫^(guò)電流、過(guò)電壓等而發(fā)生受損、短路等故障，發(fā)生故障的多是瞬時(shí)故障，難以準(zhǔn)確定位。

（4）自動(dòng)化分段開(kāi)關(guān)布點(diǎn)不合理

由于存在各種客觀影響因素和配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致自動(dòng)化分段開(kāi)關(guān)未能處于最優(yōu)的位置，同時(shí)，采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸通道的自動(dòng)化分段開(kāi)關(guān)，由于其信號(hào)偏弱或受干擾的原因，導(dǎo)致繼保及通信功能不穩(wěn)定，影響開(kāi)關(guān)動(dòng)作正確率。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化故障定位技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用

由于在配電系統(tǒng)中存在諸多問(wèn)題難以解決，為此，需要應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段并積極采取優(yōu)化措施，建設(shè)企業(yè)高水平的配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠迅速定位并隔離，從而切實(shí)提高配電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

3.1 利用重合器與分段器配合進(jìn)行故障快速定位

重合器與分段器配合使用的配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)適用于輻射狀或開(kāi)環(huán)運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)。該配合裝置中重合器的作用為：當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，安裝在該段線路上的重合器將自動(dòng)檢測(cè)故障電流并通過(guò)計(jì)算分析，在確定為故障后，重合器將自動(dòng)跳閘，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后將自動(dòng)重合。而在這段時(shí)間，分段器負(fù)責(zé)記憶重合器的分合次數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)在系統(tǒng)程序中預(yù)設(shè)的指令，使重合器完成規(guī)定次數(shù)的分合。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，重合器在達(dá)到預(yù)設(shè)的分合次數(shù)之前，線路故障已經(jīng)隔離或消除了，那么，重合器將自動(dòng)恢復(fù)合閘，線路恢復(fù)供電，并且經(jīng)過(guò)一定的延時(shí)后，分段器將對(duì)記憶重合器的分合次數(shù)歸零并自動(dòng)復(fù)位，以保障系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，為下一次故障自動(dòng)定位做好準(zhǔn)備。而當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，重合器在達(dá)到預(yù)設(shè)的分合次數(shù)后，將確認(rèn)為永久性故障，并自動(dòng)閉鎖，不再重合。與此同時(shí)，分段器也將自動(dòng)分閘并閉鎖，從而對(duì)故障線路區(qū)段進(jìn)行自動(dòng)隔離。由此可見(jiàn)，重合器與分段器配合的設(shè)備裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)故障自動(dòng)定位和隔離目的，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理易懂、使用方便，但重合器的多次重合會(huì)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的沖擊傷害，特別是當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生永久性故障時(shí)，由于開(kāi)關(guān)的多次分合將產(chǎn)生沖擊電流，會(huì)令饋線過(guò)載、超過(guò)負(fù)荷極限，甚至?xí)斐删€路燒毀斷線，事故擴(kuò)大。

3.2 利用FTU進(jìn)行故障快速定位

饋線監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit）簡(jiǎn)稱(chēng)FTU，其作用為:對(duì)用戶(hù)設(shè)備、環(huán)網(wǎng)柜以及開(kāi)閉所等饋線配電裝置實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、監(jiān)測(cè)、控制以及故障電流的在線監(jiān)控，通過(guò)與饋線主站的通信，向主站提供配電系統(tǒng)運(yùn)行控制及管理所需要的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站給出的對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備控制的調(diào)度指令，從而實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化功能。其結(jié)構(gòu)及工作原理為：饋線監(jiān)控終端FTU 與配電網(wǎng)自動(dòng)化主站以及配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)共同組成饋線自動(dòng)化系統(tǒng)。當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，配電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)將根據(jù)FTU 監(jiān)測(cè)到的故障電流及故障電壓的信息，通過(guò)運(yùn)算判斷故障發(fā)生的區(qū)域位置，并遠(yuǎn)程控制開(kāi)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

根據(jù)饋線配電裝置控制邏輯的不同，饋線自動(dòng)化系統(tǒng)可分為主站集中型和就地型兩種；其中就地型饋線自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)開(kāi)關(guān)設(shè)備的工作模式的不同，又可分為電壓時(shí)間型和電流電壓型。電壓時(shí)間型的饋線自動(dòng)化系統(tǒng)適用于單輻射線路、手拉手環(huán)網(wǎng)和多分段多聯(lián)絡(luò)的簡(jiǎn)單網(wǎng)架，不適用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的網(wǎng)架。由于其操作方便，適用范圍較廣，以下就以電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化為例，對(duì)其故障處理工作過(guò)程進(jìn)行分析，分析示意圖如圖1所示。

圖1 饋線自動(dòng)化（電壓時(shí)間型）故障處理分析示意圖

圖1 中S1、S2、S3、S4 等主干線分段開(kāi)關(guān)都配套了饋線監(jiān)控終端FTU，在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，所有分段開(kāi)關(guān)處于合閘狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0開(kāi)關(guān)處于分閘狀態(tài)。在配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，例如甲線S1 開(kāi)關(guān)后段線路發(fā)生故障點(diǎn)F，那么，R1、S1、S2 將自動(dòng)斷開(kāi)，在站內(nèi)斷路器R1 第一次重合后，根據(jù)FTU 控制器預(yù)定的邏輯延時(shí)設(shè)置，線路側(cè)S1、S2 分段開(kāi)關(guān)逐級(jí)投入，但當(dāng)投到故障線路段時(shí)，控制該故障線路段的S1 開(kāi)關(guān)會(huì)由于感受到故障電壓而發(fā)生再次跳閘，并產(chǎn)生閉鎖，甲線S1 開(kāi)關(guān)后段線路停電，S1至S2開(kāi)關(guān)段線路通過(guò)閉鎖而隔離，此時(shí)，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0開(kāi)關(guān)檢測(cè)到開(kāi)關(guān)其中一側(cè)的電源失壓，該聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)開(kāi)始延時(shí)并進(jìn)行故障確認(rèn)，延時(shí)值為故障側(cè)線路完成對(duì)故障檢測(cè)確定并閉鎖的時(shí)間，當(dāng)延時(shí)結(jié)束后，聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)R0 自動(dòng)合閘，與甲線環(huán)網(wǎng)的乙線通過(guò)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)向甲線故障點(diǎn)F的故障后端正常區(qū)間（S2 后段線路）恢復(fù)供電。而在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0 開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓平衡，因而保持常開(kāi)狀態(tài)。

3.3 利用故障指示器進(jìn)行故障快速定位

故障指示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易懂、使用普遍，通過(guò)故障指示器進(jìn)行故障定位是配電網(wǎng)自動(dòng)化故障快速定位的有效手段之一。故障指示器的工作原理主要為：通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)線路的電壓、電流信息進(jìn)行采集和分析，從而判斷出配電網(wǎng)中發(fā)生故障的地點(diǎn)，此外還對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行命令、監(jiān)測(cè)和復(fù)位。具體的工作原理如圖2所示。

圖2 故障指示器工作原理圖

故障指示器通過(guò)對(duì)采集到的電壓和電流的變化情況進(jìn)行分析可以得出具體的故障類(lèi)型。例如配電網(wǎng)中出現(xiàn)短路故障，那么故障指示器將自動(dòng)發(fā)出對(duì)應(yīng)指令并通過(guò)通信系統(tǒng)將信號(hào)傳遞給主站，配電網(wǎng)運(yùn)維人員在接收到信息后就可以對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)處理。圖3 所示為故障指示器工作案例分析圖，LA2 與LA3 之間的分支線上發(fā)生故障，L1-L4、LA1-LA2 均會(huì)檢測(cè)到故障電流、電壓并送故障信號(hào)給主站。

圖3 故障指示器工作案例分析圖

從圖3 案例分析圖可以看出，假設(shè)在主干線L1-L6 及分支線LA1-LA3 都安裝了故障指示器，如果LA2 至LA3 線路段出現(xiàn)短路故障點(diǎn)F，這就意味著短路故障點(diǎn)F 的電源側(cè)線路流經(jīng)了故障電流，這樣安裝在該電源側(cè)線路L1-L4 及LA1-LA2 等故障指示器都將有短路電流，這樣故障指示器將亮紅燈并發(fā)出故障信號(hào)、信息，其中只有安裝在L5、L6、LA3的故障指示器未有短路電流，無(wú)法觸發(fā)動(dòng)作，根據(jù)這種逐步排查、逐步深入的方式就能對(duì)應(yīng)定位故障點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)系統(tǒng)自動(dòng)化定位技術(shù)是故障定位與檢查的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，具有高度的自動(dòng)化、智能化特征，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的定位，提高故障查找效率，確保及時(shí)、高效地發(fā)現(xiàn)故障，從而提高故障檢修效率，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行水平，確保冶金企業(yè)各生產(chǎn)用戶(hù)能夠享受到高質(zhì)量的供電服務(wù)。