中國(guó)石化集團(tuán)勝利石油管理局有限公司電力分公司勝南供電管理區(qū) 劉彥君

勝利油田電網(wǎng)是以220kV 網(wǎng)絡(luò)為構(gòu)架、110kV 網(wǎng)絡(luò)為主網(wǎng)，35kV、10kV、6kV網(wǎng)絡(luò)遍布各油區(qū)的供電網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)覆蓋東營(yíng)、濱州、淄博3個(gè)市的12個(gè)縣區(qū)，供電范圍達(dá)3.2萬(wàn)平方公里。35～220kV 各電壓等級(jí)變電所共186座，輸配供電線路1621條，線路長(zhǎng)15345.402公里，年轉(zhuǎn)供電量70億kWh，已經(jīng)達(dá)到中等地市供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。勝利油田電網(wǎng)在油氣生產(chǎn)保障中發(fā)揮著重要作用。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率半徑大、分支多、故障頻繁。如果尋找分支點(diǎn)或故障點(diǎn)，解決故障和恢復(fù)供電需要時(shí)間，這對(duì)原油生產(chǎn)影響很大。

1 勝利油田現(xiàn)有運(yùn)行配電自動(dòng)化系統(tǒng)面臨的技術(shù)難題

配電網(wǎng)系統(tǒng)傳統(tǒng)電流保護(hù)存在的難題：當(dāng)多開關(guān)串聯(lián)使用時(shí)，出現(xiàn)定值配合困難，容易出現(xiàn)誤動(dòng)情況，造成停電范圍擴(kuò)大。變電站出現(xiàn)斷路器跳閘→停電時(shí)間長(zhǎng)，停電范圍擴(kuò)大、獨(dú)立單元保護(hù)，并且只根據(jù)本地電流決定保護(hù)響應(yīng)，不關(guān)心相鄰開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作情況；采取集中控制處理模式進(jìn)行線路上的故障處理困難。因?yàn)楣收咸幚硪蕾囍髡竞屯ǖ?，并且處理時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)可靠性低，目前大多數(shù)沒有投入自動(dòng)運(yùn)行；目前傳統(tǒng)的分段器/重合器方案均不能利用信道交換信息，其動(dòng)作效率低下。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 智能分布式終端就地化控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)

綜合了電壓分段器、電流分段器、重合器等的諸多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)利用并檢測(cè)電流和電壓信號(hào)；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通道完好時(shí)，可以利用通道交互信息并靈活進(jìn)行快速故障隔離及處理；基于最先進(jìn)的無(wú)線4G 通訊、5G 通訊及LORA 通訊，實(shí)現(xiàn)光纖通訊方式的快速發(fā)展；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通道異常時(shí)，可依靠各個(gè)開關(guān)的整定功能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的故障隔離和負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

2.2 對(duì)配電網(wǎng)中壓線路的結(jié)構(gòu)分析

配網(wǎng)線路直接連接用戶，因此配網(wǎng)線路的結(jié)構(gòu)受用戶影響較大。一般情況下是用戶在哪里配網(wǎng)線路就建設(shè)到哪里。配網(wǎng)線路分布范圍廣、供電線路長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)形式多樣化，因此需要包括對(duì)單輻射線路結(jié)構(gòu)分析、對(duì)手拉手環(huán)網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)分析、對(duì)一主一備環(huán)網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)分析和對(duì)多電源點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析（微網(wǎng)接入）。通過(guò)對(duì)配網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)的分析，得出中壓配網(wǎng)線路的線路模型，該模型可適用于大部分的中壓配網(wǎng)線路。

2.3 對(duì)等式通信算法設(shè)計(jì)

線路上具備智能分布式的開關(guān)通過(guò)對(duì)等式通信共享相鄰開關(guān)之間的狀態(tài)信息來(lái)綜合判斷故障區(qū)域，包括：線路正常運(yùn)行狀態(tài)下，如何實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通信通道；故障切除、故障隔離、恢復(fù)供電過(guò)程中整個(gè)線路開關(guān)信息的交互內(nèi)容和方式；動(dòng)作過(guò)程之間的邏輯和閉鎖關(guān)系；對(duì)等式通信方式對(duì)通信延時(shí)的要求。智能分布式保護(hù)采用全新的保護(hù)協(xié)同理念，縮小了受影響用戶的范圍，避免了傳統(tǒng)保護(hù)難以實(shí)現(xiàn)電流和時(shí)間電平調(diào)整的困難。

2.4 智能分布式終端開環(huán)模式下智能保護(hù)算法及閉鎖邏輯設(shè)計(jì)

在線路發(fā)生故障后故障電流是由變電站流到故障點(diǎn)。故障區(qū)段位于最后一個(gè)經(jīng)歷了故障電流的開關(guān)和第一個(gè)未經(jīng)歷故障電流的開關(guān)之間。因此需要對(duì)包括故障狀態(tài)分析和故障保護(hù)判據(jù)。其中故障狀態(tài)分析包括：有故障電流流過(guò)的開關(guān)；無(wú)故障電流流過(guò)的開關(guān)；故障點(diǎn)兩側(cè)開關(guān)狀態(tài)分析；線路結(jié)構(gòu)方式改變對(duì)判斷故障位置的影響。其中故障保護(hù)判據(jù)包括：保護(hù)動(dòng)作切除過(guò)程故障的判據(jù)；隔離故障區(qū)間過(guò)程開關(guān)的動(dòng)作判據(jù)；聯(lián)絡(luò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供過(guò)程動(dòng)作判據(jù)。

根據(jù)目前分布式網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行方式，智能分布式終端開環(huán)模式下智能保護(hù)算法可以分為兩種類型：對(duì)等網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的開環(huán)模式和對(duì)等網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的閉環(huán)模式。智能分布式保護(hù)允許為不同的交換機(jī)類型配置不同的功能。因此，智能分布式保護(hù)具有非常廣的適用性。

2.5 容錯(cuò)方案的設(shè)計(jì)與分析

配電系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)易受外力破壞，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)存在數(shù)據(jù)延遲問(wèn)題，導(dǎo)致通信異常，需要綜合考慮包括：通信異常狀態(tài)下的容錯(cuò)方案；開關(guān)拒動(dòng)狀態(tài)下的容錯(cuò)方案；通信異常和開關(guān)拒動(dòng)下的容錯(cuò)方案；配電終端異常情況下的容錯(cuò)方案。針對(duì)上述情況本方案設(shè)計(jì)了一套完整的容錯(cuò)方案。當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)或設(shè)備的外部通信通道丟失或異常時(shí)，容錯(cuò)解決方案自動(dòng)啟動(dòng)，容錯(cuò)解決方案的一組功能自動(dòng)啟動(dòng)并執(zhí)行，導(dǎo)致故障。部分被識(shí)別，可以通過(guò)快速有效地分離電源的暢通部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 技術(shù)路線及技術(shù)指標(biāo)

智能分布式終端控制系統(tǒng)利用高速對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)共享相鄰交換機(jī)的狀態(tài)信息、可靠有效的算法處理，快速識(shí)別和隔離線路故障，實(shí)現(xiàn)線路無(wú)故障，該線路解決了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、組網(wǎng)模式復(fù)雜、運(yùn)行方式變化、分布式電源接入等影響保護(hù)的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的速度和選擇性。實(shí)現(xiàn)智能分布式終端控制系統(tǒng)的智能分布式終端通信是通過(guò)受保護(hù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)交換信息，而每個(gè)智能分布式終端與主站之間的通信是通過(guò)主站數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換，兩組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立互不影響。智能分布式保護(hù)采用對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)線路上的智能分布式終端相互通信，為相鄰交換機(jī)收集故障信息，分析識(shí)別故障具體位置，控制離故障點(diǎn)最近的位置開關(guān)已激活。

圖1 技術(shù)路線示意圖

圖2 技術(shù)路線示意圖

智能分布式保護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行方式滿足快速故障處理，如下技術(shù)指標(biāo)：100ms 毫秒完成故障切除；200ms 完成故障隔離；秒級(jí)完成非故障區(qū)域轉(zhuǎn)供電；容錯(cuò)率＜3%。

4 結(jié)論

故障發(fā)生的瞬間故障被刪除。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)，在發(fā)生故障時(shí)終端通過(guò)信息共享從相鄰終端收集信息，分析識(shí)別故障的具體位置，有效控制就近開關(guān)的快速斷路；當(dāng)智能分布式終端快斷保護(hù)跳閘時(shí)，將跳閘信息發(fā)送到相鄰的開關(guān)并與跳閘聯(lián)鎖，以識(shí)別故障點(diǎn)；常開觸點(diǎn)開關(guān)接收故障隔離信息，啟動(dòng)合閘功能，恢復(fù)非故障區(qū)供電。