農(nóng)網(wǎng)配電線路故障定位和隔離系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

摘 要：針對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電線路的特點(diǎn)，對(duì)農(nóng)網(wǎng)配電線路分段和聯(lián)絡(luò)，配網(wǎng)線路的分支首端、客戶分界處裝設(shè)智能開(kāi)關(guān)設(shè)備和故障指示器，實(shí)現(xiàn)故障隔離、供電恢復(fù)、故障指示，同時(shí)利用APN無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建成通訊系統(tǒng)和建設(shè)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一種經(jīng)濟(jì)適用的農(nóng)網(wǎng)配電線路故障定位和隔離系統(tǒng)的應(yīng)用，提高農(nóng)電供電可靠性和管理水平。

關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)線路；智能開(kāi)關(guān)；故障指示器；在線監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、現(xiàn)狀分析

農(nóng)網(wǎng)配電線路主要有以下現(xiàn)狀：

1）農(nóng)網(wǎng)配電線路無(wú)故障定位和隔離系統(tǒng)，故障區(qū)域查找困難；

2）農(nóng)網(wǎng)配電線路供電半徑大、分支多，建立有線通訊通道成本高；

3）農(nóng)網(wǎng)配電線路多處于無(wú)監(jiān)視狀態(tài)，線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)不明確，影響電力生產(chǎn)運(yùn)行；

4）系統(tǒng)無(wú)報(bào)警信息及時(shí)通知運(yùn)行維護(hù)及相關(guān)人員，不能實(shí)時(shí)掌握故障信息；

5）隨著新農(nóng)村建設(shè)，農(nóng)村電器設(shè)備增多，對(duì)供電可靠性、安全性要求提高；

以鄭州供電公司某縣農(nóng)網(wǎng)配電線路為例，轄區(qū)內(nèi)共有6-10千伏線路213條，其中公用線路135條，線路全長(zhǎng)1876.08千米。公用線路中單幅射線路119條，占88.15%，手拉手線路16條，占11.85%。2011年共發(fā)生異常故障208條次，其中接地61條次，短路故障147條次。2011年發(fā)生的異常故障208條次中，同一條線路發(fā)生2次以上故障的有35條，其中同一條線路中發(fā)生故障最多的達(dá)7次。

在這208次異常中，均造成變電站保護(hù)動(dòng)作，整個(gè)線路停止運(yùn)行進(jìn)行故障查找，并且多數(shù)農(nóng)網(wǎng)線路供電半徑大、分支多，無(wú)分段開(kāi)關(guān)和分支開(kāi)關(guān)，無(wú)故障定位和隔離設(shè)備，因此造成故障查找難、查找時(shí)間長(zhǎng)，影響用戶用電，造成售電損失，影響供電公司的效益及社會(huì)聲譽(yù)。

二、系統(tǒng)方案的選擇

隨著堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)和發(fā)展，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，隨著智能化的農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)的研究突破和工程應(yīng)用，農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化也出現(xiàn)了很多種模式，目前農(nóng)網(wǎng)配電自動(dòng)化主要有：配電網(wǎng)故障指示系統(tǒng)、配電網(wǎng)信息系統(tǒng)、無(wú)主站饋線自動(dòng)化系統(tǒng)、基于主站的配電自動(dòng)化系統(tǒng)和一體化縣調(diào)/配電綜合自動(dòng)化系統(tǒng)五種典型模式。

針對(duì)農(nóng)網(wǎng)線路線路長(zhǎng)，分支多的特點(diǎn)，依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化及通信系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)（試行）》，以提高10kV線路供電可靠性為目標(biāo)，更應(yīng)注重投入產(chǎn)出，根據(jù)負(fù)荷密集程度、負(fù)荷重要性、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度、發(fā)展趨勢(shì)、售電收入等，對(duì)于不同的地區(qū)在不同發(fā)展階段，應(yīng)科學(xué)地選擇恰當(dāng)?shù)哪Ｊ?。做出一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的農(nóng)網(wǎng)智能化建設(shè)模式。

結(jié)合配網(wǎng)自動(dòng)化的設(shè)計(jì)思想，使用配電網(wǎng)故障指示系統(tǒng)和無(wú)主站饋線自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)合的方式，結(jié)合主站系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的農(nóng)網(wǎng)配電線路故障定位和隔離系統(tǒng)的應(yīng)用。

三、系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

1單輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

樹形放射狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的線路，如果整條線只有變電站出線有開(kāi)關(guān)，可以看到該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的任一點(diǎn)出線故障都會(huì)引起變電站出線開(kāi)關(guān)跳閘，引起整條線路停電，而且故障點(diǎn)需要在整條線上查找，查找故障點(diǎn)困難。

2環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：

環(huán)網(wǎng)供電線路，可以實(shí)現(xiàn)線路的雙電源切換供電，大大提高了線路供電的可靠性，但是也是一點(diǎn)故障，全線停電，故障點(diǎn)難以查找。

現(xiàn)根據(jù)線路的狀況，試行分段，環(huán)網(wǎng)供電線路根據(jù)分段數(shù)量和分段點(diǎn)的位置確定聯(lián)絡(luò)位置。對(duì)于聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)進(jìn)行重合閘，實(shí)現(xiàn)供電恢復(fù)。對(duì)主要分支線路加裝智能開(kāi)關(guān)設(shè)備，減小故障點(diǎn)對(duì)整條線路的影響，在分支線路上加裝具有通訊功能的故障指示器，便于查找故障點(diǎn)。智能開(kāi)關(guān)設(shè)備和故障指示器都具有通訊功能，能夠通過(guò)APN專網(wǎng)上傳給監(jiān)控后臺(tái)

四、故障定位和隔離系統(tǒng)原理

根據(jù)農(nóng)網(wǎng)智能化建設(shè)中的實(shí)際情況，變電站速斷時(shí)間定值應(yīng)整定為0.7s-1s來(lái)使用時(shí)間級(jí)差實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。智能開(kāi)關(guān)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)故障的隔離和供電恢復(fù)，故障指示器可以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位，并把故障上傳監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)短信告警。下面描述智能開(kāi)關(guān)的隔離和供電恢復(fù)原理。

1單輻射線路時(shí)間級(jí)差隔離故障原理

單輻射線路時(shí)間級(jí)差如圖一所示，以4、5區(qū)間發(fā)生故障說(shuō)明

（1）4，5之間線路發(fā)生故障，1DL、5DL同時(shí)感受到故障電流，由于5DL時(shí)間設(shè)置為0.35S、1DL時(shí)間定值為0.5S，所以5DL斷路器跳閘，隔離故障區(qū)域。

（2）智能開(kāi)關(guān)設(shè)備把故障信息發(fā)送給主站監(jiān)控系統(tǒng)，主站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行告警，并發(fā)送短信通知相關(guān)人員。

2環(huán)網(wǎng)線路時(shí)間級(jí)保護(hù)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的供電恢復(fù)原理

下圖二是一手拉手環(huán)網(wǎng)。共配置5臺(tái)柱上智能開(kāi)關(guān)，圖中CB1、CB2為變電站出線開(kāi)關(guān)配有的保護(hù)裝置。S1、S2、S3、S4、S5為柱上智能開(kāi)關(guān)（其中S1、S2、S3、S4、S5為分段開(kāi)關(guān)，S3為聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

下面通過(guò)L2段發(fā)生永久故障來(lái)說(shuō)明從故障產(chǎn)生到故障隔離以及非故障區(qū)域供電恢復(fù)的過(guò)程。

（1）當(dāng)L2段發(fā)生永故障：S1分?jǐn)嚅_(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘；S2兩側(cè)失壓，開(kāi)始計(jì)時(shí)；S3聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)單側(cè)失壓開(kāi)始計(jì)時(shí)。

（2）S2兩側(cè)失壓延時(shí)到，S2失壓分閘。S3聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)單側(cè)失壓延時(shí)到，S3合閘。

（3）S2單側(cè)有壓延時(shí)合閘，但合在故障上加速跳閘并閉鎖合閘。如此完成了L2故障段的隔離和非故障段的供電恢復(fù)。

（4）智能開(kāi)關(guān)設(shè)備把故障信息發(fā)送給主站監(jiān)控系統(tǒng)，主站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行告警，和發(fā)送短信通知相關(guān)人員。

結(jié)語(yǔ)

農(nóng)網(wǎng)主要是長(zhǎng)線路，負(fù)荷分散，故障率高，影響面大。解決了饋線的故障隔離和非故障區(qū)段的供電恢復(fù)，提出了并實(shí)施了智能分段開(kāi)關(guān)、智能分支開(kāi)關(guān)和故障指示器一同構(gòu)建農(nóng)網(wǎng)饋線自動(dòng)化的系統(tǒng)解決方案，經(jīng)濟(jì)、實(shí)用；采用廉價(jià)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和小型化的監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線路故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，故障告警；很經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的可視和可控，提升了農(nóng)網(wǎng)的運(yùn)行管理水平。目前系統(tǒng)已經(jīng)試點(diǎn)運(yùn)行，具有廣闊的推廣前景。

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