茍瓊尹

華亭煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)備租賃公司，甘肅 平?jīng)?744100

0 引言

在能源轉(zhuǎn)型的大環(huán)境下，電能資源逐漸被綠色環(huán)保及可再生能源替代，各類新能源以分布式的形式陸續(xù)接入配電網(wǎng)系統(tǒng)，為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)的電力能源服務(wù)[1]。電力輸送過(guò)程中，配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行與配電自動(dòng)化和繼電保護(hù)有直接關(guān)系，需要從輸電線路中有效排除故障，從而提高輸配電的安全性[2]。傳統(tǒng)斷網(wǎng)故障排除方法是在繼電保護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)置重合閘，以減少越級(jí)跳閘故障[3]，但在恢復(fù)用電時(shí)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)等相關(guān)裝置產(chǎn)生不利影響。配電網(wǎng)出現(xiàn)頻發(fā)性斷網(wǎng)故障主要與電壓幅值、頻率、相位等因素有關(guān)，如何在最短時(shí)間內(nèi)找出故障區(qū)域并成功排除故障，成為亟待解決的問(wèn)題[4]?；诖?，文章研究了電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)排除系統(tǒng)，為人們提供更加安全、穩(wěn)定的供配電服務(wù)。

1 配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除系統(tǒng)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)故障檢測(cè)一般使用動(dòng)態(tài)阻性負(fù)載投入檢測(cè)方法，頻發(fā)性斷網(wǎng)故障的類型主要集中在單相接地故障和相間短路故障。根據(jù)設(shè)計(jì)需求，配電網(wǎng)頻發(fā)性斷網(wǎng)排除系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)化訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控模塊及斷電故障診斷排除模塊。由于配電網(wǎng)斷電故障發(fā)生的突發(fā)性和實(shí)時(shí)性，需要系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，保證斷電故障能夠及時(shí)被發(fā)現(xiàn)并排除，降低斷電造成的損失。頻發(fā)性斷網(wǎng)排除系統(tǒng)運(yùn)行方法如下。

1.1 頻發(fā)性斷網(wǎng)故障特征提取

當(dāng)電力配電網(wǎng)發(fā)生頻發(fā)性斷網(wǎng)故障時(shí)，配電網(wǎng)會(huì)主動(dòng)進(jìn)行繼電保護(hù)與后備保護(hù)，兩種保護(hù)動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行時(shí)斷網(wǎng)特征更加復(fù)雜。

（1）發(fā)生頻發(fā)性斷網(wǎng)故障時(shí)，判斷繼電保護(hù)裝置的狀態(tài)，如果繼電保護(hù)啟動(dòng)，則故障不會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散，此時(shí)可以判定為故障原因與電源無(wú)關(guān)[5]。

（2）對(duì)故障區(qū)域的電流進(jìn)行判定，如果電流快速增加或快速減少，可以判定故障類型為電流線路的保護(hù)誤動(dòng)。

（3）對(duì)配電線路整體電氣量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄故障開(kāi)始到繼電保護(hù)所需時(shí)間和電氣量的變化情況，如果故障受到繼電保護(hù)的時(shí)間段≥0.072 s，證明此時(shí)故障電氣量的變化處于零序狀態(tài)[6]。

1.2 配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采集及分析

（1）為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)斷電故障診斷排除，需要遠(yuǎn)程長(zhǎng)時(shí)間采集配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。采集的信息主要包括配電網(wǎng)本身運(yùn)行數(shù)據(jù)、配電網(wǎng)中計(jì)算機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)等，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，需要設(shè)計(jì)配電網(wǎng)的信息存儲(chǔ)和利用方式。

（2）對(duì)采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)，由于采集到的配電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)較多，需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類存儲(chǔ)，區(qū)分配電網(wǎng)正常運(yùn)行數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，分別存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便配電網(wǎng)故障診斷。

（3）分析配電網(wǎng)中異常數(shù)據(jù)，斷電數(shù)據(jù)按形成的不同原因分別存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)樣本中，作為斷電故障排除的依據(jù)。利用斷電故障診斷方法對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，設(shè)計(jì)斷電故障的客戶端信號(hào)處理模塊，實(shí)現(xiàn)斷電故障診斷排除。

1.3 配電線路監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

在確定頻發(fā)性斷網(wǎng)故障的類型之后，在配電整體線路上容易出現(xiàn)故障的區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的作用在于當(dāng)出現(xiàn)頻發(fā)性故障時(shí)，可以及時(shí)監(jiān)測(cè)線路中的電流、電壓、相位等電氣量情況。根據(jù)電氣量守恒定律，調(diào)整配電網(wǎng)的整體電流情況。配電網(wǎng)對(duì)于電能資源的依賴較大，在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的過(guò)程中，很可能會(huì)出現(xiàn)一定程度上的決策失誤，影響故障排除效果。因此，在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)應(yīng)從以下方面入手。

（1）在電能調(diào)度中心獲取大量的故障信息，對(duì)故障情況進(jìn)行綜合判定，排除掉明顯錯(cuò)誤的信息。

（2）對(duì)零序電流進(jìn)行排除，糾正故障初始值，再次排除故障分量，重新形成一個(gè)故障初始值，作為監(jiān)測(cè)初始值。

（3）將監(jiān)測(cè)點(diǎn)中各值與初始值對(duì)比，如果超過(guò)或低于一個(gè)定值，均判定為明顯故障，這樣可以精準(zhǔn)把控?cái)嗑W(wǎng)故障的情況。

1.4 配電網(wǎng)故障定位誤差修正

基于設(shè)計(jì)方法對(duì)復(fù)雜的配電網(wǎng)故障進(jìn)行定位，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的故障信號(hào)、電流等參數(shù)，以定位函數(shù)表達(dá)故障位置，定位函數(shù)表達(dá)式如式（1）所示：

式中：D(i)為定位函數(shù)表達(dá)式；M1、M2、Mn分別為各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電氣量情況；Kz為故障信號(hào)運(yùn)行狀態(tài)。定位出配電網(wǎng)故障區(qū)域之后，為了進(jìn)一步縮小故障范圍，對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行定位誤差修正，修正公式如式（2）所示：

式中：Xw(i)為修正后的故障定位信號(hào)；n、j為常數(shù)；Dx(i)為定位誤差函數(shù)表達(dá)式。故障區(qū)域得到精準(zhǔn)定位之后，即可排除故障，縮短故障排除時(shí)間。

2 實(shí)驗(yàn)論證分析

為驗(yàn)證文章設(shè)計(jì)方法是否具有實(shí)用價(jià)值，對(duì)上述方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。將傳統(tǒng)電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法與設(shè)計(jì)的電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法進(jìn)行對(duì)比，再對(duì)斷電故障屬性進(jìn)行編碼分類，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在實(shí)驗(yàn)之前，首先提取配電網(wǎng)的故障特征。在配電網(wǎng)出現(xiàn)斷網(wǎng)故障時(shí)，變壓裝置的電壓會(huì)瞬間處于高壓配電狀態(tài)，電壓值達(dá)到110 kV，此時(shí)，發(fā)電機(jī)的容量為50.432 MW。為了更加清晰地了解配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，文章將配電網(wǎng)電氣電阻參數(shù)設(shè)定為0.45 Ω/km；電氣電阻初始參數(shù)設(shè)定為0.75 Ω/km。此時(shí)，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)線路電感為1.162 mH/km，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)線路初始電感為3.468 mH/km。由此得出，配電網(wǎng)此時(shí)的電容為0.062 μF/km，初始電容為0.036 μF/km。在此條件下，文章對(duì)配電網(wǎng)斷網(wǎng)故障時(shí)的零序電流進(jìn)行分析，配電網(wǎng)斷網(wǎng)故障零序電流變化如圖1 所示。

圖1 配電網(wǎng)斷網(wǎng)故障零序電流示意圖

如圖1 所示，在0～0.02 s 時(shí)間段內(nèi)，電流始終為0，說(shuō)明此時(shí)配電網(wǎng)仍可以繼續(xù)使用。在0.02～0.025 s的時(shí)間段內(nèi)，電流波動(dòng)幅度較大，為0～15 kA 不等，說(shuō)明此時(shí)配電網(wǎng)開(kāi)始出現(xiàn)故障。0.025～0.10 s 的電流始終處于穩(wěn)定升高或降低的狀態(tài)，說(shuō)明零序電流元件并未發(fā)生損害，經(jīng)過(guò)電源斷開(kāi)重啟之后，就可以排除配電網(wǎng)斷網(wǎng)故障。0.025～0.10 s 的電流始終處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，零序電流會(huì)出現(xiàn)突然增加或突然減少的情況，此種故障為永久性故障，簡(jiǎn)單的故障排除方法效果不佳。此時(shí)，使用文章設(shè)計(jì)的方法修正配電網(wǎng)故障的定位誤差，進(jìn)一步了解配電網(wǎng)出現(xiàn)故障的位置，再使用相對(duì)應(yīng)的方法排除。為了進(jìn)一步分析出故障排除效果，文章對(duì)故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，公式如式（3）所示：

式中：Pgjz為故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)；Gq為故障區(qū)域監(jiān)測(cè)狀態(tài)數(shù)據(jù)；Tjc故障監(jiān)測(cè)時(shí)間系數(shù)；Cpc為故障常態(tài)量。計(jì)算出故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)之后，即可進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在上述實(shí)驗(yàn)條件下，隨機(jī)選取高壓（110 kV、80 kV、50 kV、35 kV）、中壓（10 kV、8 kV、6 kV）、低壓（0.38 kV、0.30 kV、0.22 kV）配電網(wǎng)。利用式（3）計(jì)算出定位精準(zhǔn)度指標(biāo)，在標(biāo)準(zhǔn)故障定位精準(zhǔn)度指標(biāo)一致的條件下，將傳統(tǒng)電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法的故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)，與文章設(shè)計(jì)的電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法的故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

如表1 所示，配電網(wǎng)等級(jí)不同，標(biāo)準(zhǔn)故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)也不同。其中，精準(zhǔn)度指標(biāo)超過(guò)0.850為合格標(biāo)準(zhǔn)，故障定位效果存在較多的不確定性因素，影響故障排除效果；精準(zhǔn)度指標(biāo)超過(guò)0.900 為良好標(biāo)準(zhǔn)，不確定性因素大幅度下降，故障排除效果較佳；精準(zhǔn)度指標(biāo)超過(guò)0.950 為優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)，幾乎不存在不確定性因素，故障排除效果更佳；精準(zhǔn)度指標(biāo)達(dá)到1.000為完美標(biāo)準(zhǔn)，故障定位具有100%的效果，故障排除效果最佳。對(duì)配電網(wǎng)中故障定位性能進(jìn)行分析后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2 所示。

圖2 算法故障定位性能

在上述條件下，傳統(tǒng)電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法的故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)相差較多，基本可以滿足0.850 的合格標(biāo)準(zhǔn)。其中，高壓配電網(wǎng)中的110 kV 與80 kV 定位精準(zhǔn)度指標(biāo)低于0.850 的合格標(biāo)準(zhǔn)；中壓配電網(wǎng)的10 kV 定位精準(zhǔn)度指標(biāo)高于0.900 的良好標(biāo)準(zhǔn)；低壓配電網(wǎng)的0.22 kV 定位精準(zhǔn)度指標(biāo)高于0.950 的優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。總體來(lái)看，傳統(tǒng)電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法故障定位效果不佳，故障排除效果隨之下降，需要進(jìn)一步改善。

文章設(shè)計(jì)的電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法的故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)較高，均可以超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，全部可以滿足0.950 的優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。其中，中壓配電網(wǎng)中的6 kV 故障定位排除精準(zhǔn)度指標(biāo)甚至達(dá)到了1.000 的完美標(biāo)準(zhǔn)。因此，文章設(shè)計(jì)的電力配電網(wǎng)中頻發(fā)性斷網(wǎng)故障排除方法的故障定位效果較佳，故障排除效果隨之上升，符合文章研究目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著電力技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)作為電力用戶與輸電系統(tǒng)之間的橋梁，在電能的輸送與使用中起到了非常重要的作用。在輸配電過(guò)程中，由于受到環(huán)境和路線因素的影響，配電網(wǎng)斷路或短路故障頻發(fā)?；诖耍恼略O(shè)計(jì)方法通過(guò)提取故障特征—布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)—修正定位誤差的流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)故障的精準(zhǔn)排除。結(jié)果表明文章設(shè)計(jì)的故障排除方法的效果更好，可以為配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考。