廣東電網(wǎng)責(zé)任有限公司湛江廉江供電局 鐘 波

配網(wǎng)故障自愈即通過系統(tǒng)設(shè)備對線路運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測信號(hào)反饋故障信息，實(shí)現(xiàn)對故障的診斷、隔離和臨時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)故障范圍的有效控制，避免產(chǎn)生大面積停電等事故問題。自愈技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開可靠的接線方式、有效的FLISR 技術(shù)及完善的信息化管理系統(tǒng)，電力企業(yè)在配網(wǎng)升級(jí)改造過程中需要從這幾方面入手，提升配網(wǎng)故障的自愈水平，進(jìn)一步增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

1 配網(wǎng)故障自愈的功能特點(diǎn)介紹

配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)際可區(qū)分為正常運(yùn)行狀態(tài)、警戒運(yùn)行狀態(tài)（如設(shè)備過載、電壓頻率偏差過大等）、故障以及恢復(fù)狀態(tài)幾種類型，配網(wǎng)故障自愈的功能需在各運(yùn)行狀態(tài)、各環(huán)節(jié)中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)控，為解決配網(wǎng)故障問題、提升供電質(zhì)量提供保障。

圖1 配電系統(tǒng)不同運(yùn)行狀態(tài)下的自愈過程

自愈是配網(wǎng)在智能化方向發(fā)展過程中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，能對配網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，能夠?qū)⑴渚W(wǎng)從警戒狀態(tài)處理至正常狀態(tài)以降低配網(wǎng)的故障概率，也可從故障狀態(tài)快速恢復(fù)至正常狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對影響范圍的有效控制[1]。配網(wǎng)故障自愈技術(shù)的內(nèi)涵為：優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)備運(yùn)行配置，增強(qiáng)電網(wǎng)資產(chǎn)利用率；控制外來負(fù)面影響，增強(qiáng)電網(wǎng)安全性；降低停電頻次，確保供電可靠；還可滿足消費(fèi)者的多方面需求，增強(qiáng)供電質(zhì)量的同時(shí)接納各類新能源電力，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。配網(wǎng)故障自愈功能的主要特點(diǎn)為：能對配網(wǎng)運(yùn)行模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，降低損耗的同時(shí)提升運(yùn)行穩(wěn)定性；能提升配網(wǎng)故障運(yùn)行穩(wěn)定性，通過自動(dòng)化、智能化手段消除故障影響。

2 配網(wǎng)自愈接線技術(shù)及應(yīng)用

2.1 電纜接線

“2-1”單環(huán)網(wǎng)。該接線與架空線路的單聯(lián)絡(luò)環(huán)網(wǎng)接線相似，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)建立兩變電站母線之間的聯(lián)系，能實(shí)現(xiàn)兩變電站相互間的轉(zhuǎn)供電，應(yīng)用時(shí)需注意導(dǎo)線的線徑滿足實(shí)際載流量。該技術(shù)的環(huán)網(wǎng)點(diǎn)通常位于柱上聯(lián)絡(luò)開關(guān)、開關(guān)站、環(huán)網(wǎng)柜等區(qū)域，其聯(lián)絡(luò)點(diǎn)通常處于2個(gè)之內(nèi)[2]。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該接線技術(shù)適用于具備一定的接線條件或?qū)╇娍煽啃跃哂休^高要求的城鎮(zhèn)配電網(wǎng)，能滿足配電網(wǎng)在低負(fù)荷密度情況下的快速增長需求，對于配網(wǎng)故障自愈技術(shù)的優(yōu)化提升及配網(wǎng)的建設(shè)與擴(kuò)展具有積極意義。

“3-1”單環(huán)網(wǎng)。該接線技術(shù)結(jié)構(gòu)與“2-1”單環(huán)網(wǎng)相近，在其基礎(chǔ)上增加至“3-1”，能夠?qū)崿F(xiàn)3個(gè)變電站母線之間相互轉(zhuǎn)供電。在聯(lián)絡(luò)點(diǎn)布置過程中，各回線路均需要在合理的位置設(shè)置聯(lián)絡(luò)點(diǎn)，盡可能確保聯(lián)絡(luò)點(diǎn)處于剛好將線路負(fù)荷均分的點(diǎn)位[3]。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該接線技術(shù)多用于具備一定的接線條件或負(fù)荷密度發(fā)展到一定水平的城鎮(zhèn)繁華核心區(qū)域，也可用于具有雙電源供電需求的特殊用戶。

N 供1備接線。能通過負(fù)荷將單條線路的故障問題轉(zhuǎn)移，避免對其他運(yùn)行線路造成影響，這種接線狀態(tài)下的配網(wǎng)通常為N 主1備的運(yùn)行模式，通過將聯(lián)絡(luò)開關(guān)裝設(shè)于線路末端滿足應(yīng)急供電需求。然而在N 的數(shù)值超出3時(shí)線路的接線將趨于復(fù)雜化，在提升設(shè)備利用率的同時(shí)也使得配網(wǎng)調(diào)度變得更加困難，且聯(lián)絡(luò)線的大量敷設(shè)也增加了配網(wǎng)建設(shè)成本支出。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電力企業(yè)應(yīng)選擇“2供1備”與“3供1備”接線模式。“2供1備”接線需將每條回路的負(fù)載率控制在66.7%之內(nèi)，“3供1備”接線需將負(fù)載率控制在75%之內(nèi)，兩者均需避免將負(fù)荷接入唯一的1條備用回路之中；在建設(shè)成本方面，無論是“2供1備”還是“3供1備”接線，最多只需將出線間隔控制在4個(gè)以內(nèi)，而三個(gè)單環(huán)網(wǎng)線路的架設(shè)所需要的出線間隔為6個(gè)，因此這種接線方式的成本更低；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該接線模型適用于負(fù)荷增長緩慢的城市繁華區(qū)域，也適用于雙電源供電負(fù)荷。

2.2 架空線接線

2.2.1 多分段單聯(lián)絡(luò)

城鎮(zhèn)建設(shè)期間所應(yīng)用的配網(wǎng)接線技術(shù)通常為架空多分段單聯(lián)絡(luò)的接線方法，這種接線方式能夠構(gòu)建“手拉手”環(huán)網(wǎng)，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)實(shí)現(xiàn)對多站中壓母線或單站多條中壓母線的有效連接。這種開環(huán)的環(huán)網(wǎng)接線方式能確保配網(wǎng)任意區(qū)段出現(xiàn)短路接地相關(guān)工作時(shí)能借助分段開關(guān)將故障線路切除，通常確保非故障區(qū)段的可靠供電，同時(shí)也可在維護(hù)期間為工作人員提供便利。

多分段單聯(lián)絡(luò)接線技術(shù)方式具有結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、建設(shè)成本低等性能優(yōu)勢，后續(xù)進(jìn)行自動(dòng)化、智能化改造的難度更低，在當(dāng)前配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)過程中應(yīng)用較為廣泛。

在接線特點(diǎn)方面，該接線方式通常將線路劃分為2～3段，電力企業(yè)需對每段線路的配變?nèi)萘窟M(jìn)行控制，避免出現(xiàn)容量高于10MVA 的情況；為滿足故障應(yīng)急需求，線路需設(shè)置相應(yīng)的備用供電回路，所占比例通常為50%，在增加部分成本的同時(shí)可對配網(wǎng)接線進(jìn)行簡化，同時(shí)也可提升運(yùn)行穩(wěn)定性；在負(fù)載率方面，該接線技術(shù)應(yīng)用過程中需避免出現(xiàn)負(fù)載率超出50%的情況，確保架空線路可靠性達(dá)到N-1要求；在實(shí)際應(yīng)用過程中能滿足負(fù)荷密度相對較低的區(qū)域供電需求，因此用電增長快速但配網(wǎng)管理水平低的城鎮(zhèn)配電網(wǎng)建設(shè)適合應(yīng)用該接線方式。

2.2.2 多分段多聯(lián)絡(luò)

多分段多聯(lián)絡(luò)接線相對單聯(lián)絡(luò)接線更加復(fù)雜，環(huán)網(wǎng)形式為網(wǎng)格式。該接線模型能與其他線路建立聯(lián)系，因此線路中增設(shè)了分段開關(guān)，能實(shí)現(xiàn)與關(guān)聯(lián)線路的相互備用，能夠確保配網(wǎng)任意區(qū)段出現(xiàn)短路接地相關(guān)工作時(shí)、能夠借助分段開關(guān)將故障線路切除，通常確保非故障區(qū)段的可靠供電，同時(shí)也可在維護(hù)期間為工作人員提供便利。

在接線特點(diǎn)方面，該接線方式通常將線路劃分為2～3段，每段線路聯(lián)絡(luò)點(diǎn)之間即該接線方法的任意兩個(gè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)之間均需設(shè)置不少于1個(gè)的分段開關(guān)，開關(guān)規(guī)劃位置需結(jié)合線路負(fù)荷情況選擇，應(yīng)能盡量將線路兩端負(fù)荷均分；為滿足故障應(yīng)急需求，線路需設(shè)置相應(yīng)的備用供電回路，所占比例通常為33%，相對單聯(lián)絡(luò)接線具有更高的線路利用率，但聯(lián)絡(luò)線的增設(shè)也增加了配網(wǎng)建設(shè)成本；該接線的線路負(fù)載率相對單聯(lián)絡(luò)接線進(jìn)一步提升，需避免出現(xiàn)負(fù)載率超出50%的情況，確保架空線路可靠性達(dá)到N-1要求；在實(shí)際應(yīng)用過程中能有效提升配網(wǎng)故障自愈效果，適用于城鎮(zhèn)配電網(wǎng)中接近飽和的負(fù)荷增長緩慢區(qū)域。

3 配網(wǎng)故障自愈FLISR 技術(shù)及應(yīng)用

3.1 分段器與重合器聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)

電力企業(yè)可通過分段器（分段開關(guān)）與重合器（開關(guān)投入重合閘）聯(lián)合應(yīng)用的方式實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)故障的快速隔離，滿足非故障區(qū)域的供電需求。圖2中的QF1為重合器，其他開關(guān)為分段器。當(dāng)線路13處發(fā)生短路故障時(shí)，應(yīng)用該技術(shù)的配網(wǎng)線路能夠通過重合、分段操作最終將線路13兩端的QF12與QF13分段器斷開，實(shí)現(xiàn)故障線路的切除并恢復(fù)線路11與12的供電，同時(shí)能夠?qū)⑴c對側(cè)變電站聯(lián)絡(luò)的QF 開關(guān)閉合，恢復(fù)線路14的供電，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需做好分段器分合閘閉鎖時(shí)間的整定計(jì)算工作，確保能在最短時(shí)間內(nèi)以更少的操作切除故障線路。

圖2 重合器和分段器聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)

分段器與重合器聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)無需為配網(wǎng)增設(shè)通信通道，分段器設(shè)備的成本相對斷路器也更低，實(shí)現(xiàn)了對相關(guān)成本的控制；分段器與重合器的配合也實(shí)現(xiàn)了開關(guān)動(dòng)作次數(shù)的控制，緩解了系統(tǒng)承受的沖擊，有利于提升電力設(shè)備運(yùn)行周期。

3.2 點(diǎn)對點(diǎn)雙向通信技術(shù)

配網(wǎng)饋線任意區(qū)段出現(xiàn)故障時(shí)，故障點(diǎn)兩端的負(fù)荷側(cè)與電源側(cè)均會(huì)收到故障點(diǎn)發(fā)出的短路電流相關(guān)信號(hào)，F(xiàn)TU 則會(huì)對自身及相鄰FTU 傳遞的電流信號(hào)進(jìn)行診斷分析，根據(jù)診斷結(jié)果控制相關(guān)開關(guān)斷路器的閉合與斷開。該技術(shù)的應(yīng)用情況詳見圖3，當(dāng)線路13存在短路點(diǎn)時(shí)QF12接收到短路信號(hào)分閘，QF13作為相鄰開關(guān)未接收到短路信號(hào)也會(huì)分閘；最終，QF12與QF13分閘、QF 合閘，將線路13切除的同時(shí)不影響其他線路供電需求。

圖3 點(diǎn)對點(diǎn)雙向通信的故障處理動(dòng)作程序

相對而言，該技術(shù)應(yīng)用過程中無需等待主站對故障信號(hào)進(jìn)行診斷分析，能依靠就近的FTU 完成故障點(diǎn)切除工作；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，F(xiàn)TU 集成通信、保護(hù)、遙信、遙控、遙測等多項(xiàng)功能，在繼電保護(hù)裝置等各方面應(yīng)用成本相對較低，可靠性符合工作需求。

4 配網(wǎng)自愈技術(shù)中信息系統(tǒng)的應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)運(yùn)行情況的統(tǒng)一調(diào)度管理，有必要建設(shè)統(tǒng)一的信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對大量配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息的協(xié)調(diào)控制，避免出現(xiàn)信息孤島等影響主要利用率的問題。在信息系統(tǒng)建設(shè)過程中，需通過交互總線建立配網(wǎng)自愈系統(tǒng)與GIS 平臺(tái)、95598系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等各信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)之間的信息交互，必要時(shí)可采取直接互聯(lián)的方式滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的實(shí)時(shí)性需求。

圖4 配電網(wǎng)自愈系統(tǒng)信息交互示意圖

為確保配網(wǎng)自愈系統(tǒng)能夠與所接入的各系統(tǒng)建立暢通的信息交互體系，滿足自愈技術(shù)應(yīng)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)共享需求，需采取相關(guān)措施對各業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行優(yōu)化管理。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需依靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成自愈系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)之間廠站圖元模型的數(shù)據(jù)交換，確保工作人員借助自愈系統(tǒng)能實(shí)時(shí)掌握電度系統(tǒng)匯總的相關(guān)信息參數(shù)；GIS 系統(tǒng)能夠?qū)⒃O(shè)備信息、配網(wǎng)圖形信息與自愈系統(tǒng)交互；生產(chǎn)管理系統(tǒng)能夠?qū)v史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息與自愈系統(tǒng)交互。此外，信息系統(tǒng)還需要為后續(xù)的發(fā)展預(yù)留額外接口，滿足其他系統(tǒng)的接入與數(shù)據(jù)交換需求。

綜上，配網(wǎng)故障自愈技術(shù)能有效提升配網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)故障問題預(yù)警、診斷、切除等，避免產(chǎn)生大范圍停電等事故問題。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可結(jié)合配網(wǎng)負(fù)荷發(fā)展情況、故障自愈具體要求選擇適宜的架空線路和電力線路接線方向，合理應(yīng)用重合器與分段器配合技術(shù)及FTU 故障快速診斷切除技術(shù)，同時(shí)也需要為配網(wǎng)的智能化發(fā)展建設(shè)相應(yīng)的信息化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自愈系統(tǒng)與配網(wǎng)各管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。