智能配網(wǎng)故障快速定位方法研究

文武

摘 要：隨著城市和農(nóng)村地區(qū)配電網(wǎng)改造的不斷深化以及電力市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，用電主體對(duì)供電的質(zhì)量以及穩(wěn)定性的要求越來越高，由此配網(wǎng)自動(dòng)化水平的改進(jìn)和提高成為供電部門一項(xiàng)重要的工作內(nèi)容。研究和實(shí)現(xiàn)智能配網(wǎng)故障的快速定位，有助于在配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)第一時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行定位、隔離和恢復(fù)供電，具有重要意義。本文從智能配網(wǎng)的定義出發(fā)，分析了智能配網(wǎng)的主要故障類型并提出了智能配網(wǎng)故障快速定位的基本要求，于文末給出了故障定位的具體方法。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化；故障定位；方法對(duì)策

0 引言

進(jìn)入新時(shí)期以來，電力作為一種特殊的產(chǎn)品，在我國的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中扮演著越來越重要的角色，我國生產(chǎn)力的發(fā)展對(duì)電能的依賴性也愈顯凸出。配電系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的末端，是連接供電系統(tǒng)和用電主體的橋梁，是電能輸送的最后一道環(huán)節(jié)，因此配電系統(tǒng)的運(yùn)行效果將對(duì)用戶的供電質(zhì)量產(chǎn)生最直接的影響。采用傳統(tǒng)的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，地埋電纜往往和架空線路混合架設(shè)，配電設(shè)備的種類繁多并且不具有統(tǒng)一的規(guī)格，再加上舊式設(shè)備不具備開關(guān)保護(hù)，一旦發(fā)生配網(wǎng)線路故障，往往會(huì)造成大面積長(zhǎng)時(shí)間停電的現(xiàn)象。智能配網(wǎng)的改造升級(jí)和故障快速定位將有助于搶修工作人員及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，使得故障設(shè)備能夠被快速準(zhǔn)確地識(shí)別并隔離，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障區(qū)域的恢復(fù)供電，對(duì)提升配電網(wǎng)絡(luò)供電質(zhì)量以及提高對(duì)客戶的服務(wù)水平有著十分重要的意義。

1 智能配網(wǎng)的定義

配電系統(tǒng)一般指電力系統(tǒng)中二次降壓變電所低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的系統(tǒng)，即配電是經(jīng)電網(wǎng)發(fā)電、輸電后直接面向用戶的最終功能。配電系統(tǒng)一般由兩部分組成，一部分是配電網(wǎng)，另一部分是配電網(wǎng)的控制設(shè)備，配電網(wǎng)中又進(jìn)一步包括，降壓變壓器、饋線、斷路器以及各種開關(guān)，等等，而配電控制設(shè)備又涵蓋眾多測(cè)量和計(jì)量?jī)x表、通信設(shè)備，自動(dòng)裝置以及繼電保護(hù)等。智能配網(wǎng)是指將現(xiàn)代的信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)與配網(wǎng)系統(tǒng)相融合，利用信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)配電網(wǎng)自身以及用戶供電狀況的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以加強(qiáng)對(duì)配網(wǎng)和用戶供電的保護(hù)、控制與管理，提升配電作業(yè)的工作效率和供電質(zhì)量，有效減少停電時(shí)間和事故維修成本。智能配網(wǎng)系統(tǒng)由以下4部分構(gòu)成，一是配電線路智能化，即饋線的自動(dòng)化；二是供電用戶的智能化，即用電主體自身能夠在允許的權(quán)限和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)需方管理；三是變電站的智能化，即變電站的配電部分能夠?qū)崿F(xiàn)無人工運(yùn)行；四是配電管理的智能化，即實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)的智能網(wǎng)絡(luò)分析。

2 配電網(wǎng)的主要故障類型

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，某一個(gè)組成元件的故障都有可能波及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，因此在配網(wǎng)故障分析與排查時(shí)，基本上都需要操作相應(yīng)開關(guān)或斷路器對(duì)故障區(qū)段來進(jìn)行隔離診斷，并且由于所有元件的故障最終都會(huì)在饋線上反映出來，所以為了便于對(duì)故障的分析和處理，一般把故障看作是發(fā)生在線路上的。基于以上前提，可以把配電網(wǎng)故障分為以下幾種類型。

2.1 單相接地

單相接地，是配電網(wǎng)系統(tǒng)中最多發(fā)的故障類型。導(dǎo)致出現(xiàn)該類故障的原因有很多，在城市地區(qū)最常見的為道路兩旁樹木過高與線路相搭接而造成配網(wǎng)故障。在中性點(diǎn)不直接接地的配電系統(tǒng)中若發(fā)生單相接地故障，雖然不會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，但是非故障相的電壓卻會(huì)異常升高，若不進(jìn)行及時(shí)的故障排除，并在該狀態(tài)下配網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行，很容易在時(shí)間的作用下發(fā)生絕緣被擊穿的情況，進(jìn)而引發(fā)更嚴(yán)重的短路故障。

2.2 兩相短路

兩相短路一般是受到外界影響所致，例如雷擊或外力壓迫等。線路發(fā)生兩相短路故障時(shí)將產(chǎn)生很大的短路電流，若隔離處理不及時(shí)，容易引發(fā)故障線路燒毀和大面積停電的不良局面。

2.3 三相短路

三相短路可謂是配電網(wǎng)中最為嚴(yán)重的故障，具體是指對(duì)稱分布的ABC三相在同一處發(fā)生了短接，從而引發(fā)了極大的短路電流，在智能配網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生這種故障的概率極低，一般均是由人為因素所致的。

2.4 缺相

缺相是指10kV系統(tǒng)的一相或兩相無電壓，三相電機(jī)則無法運(yùn)作的故障類型。

3 智能配網(wǎng)故障快速定位的要求

配網(wǎng)自動(dòng)化的改造和升級(jí)將有利于提升供電質(zhì)量和穩(wěn)定性，同時(shí)也對(duì)智能配網(wǎng)故障的快速定位提出了新的要求。第一，需要建立專門的擁有故障定位和隔離功能的配電主站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；第二，解決單相接地故障信號(hào)檢測(cè)難的問題，在配電故障點(diǎn)定位時(shí)，非金屬性接地故障的特征信息較為微弱，獲取難度較大，需要在故障偵測(cè)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一種機(jī)制，對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效檢測(cè)；第三，實(shí)現(xiàn)智能配網(wǎng)故障的快速定位必須要考慮方法的經(jīng)濟(jì)性，考慮到配電網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)，在充分利用現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新研究；第四，實(shí)現(xiàn)較高自動(dòng)化水平的故障定位，實(shí)現(xiàn)故障定位的實(shí)時(shí)性和精準(zhǔn)性，并且提高硬件設(shè)備在各種工作環(huán)境中的適應(yīng)性，在故障發(fā)生的第一時(shí)間對(duì)故障設(shè)施隔離，故障區(qū)域由其他非故障區(qū)域轉(zhuǎn)供電。

4 智能配網(wǎng)故障快速定位的方法研究

4.1 利用重合器和分段器進(jìn)行故障快速定位

利用重合器和分段器進(jìn)行智能配網(wǎng)故障快速定位的方法適用于輻射狀或環(huán)網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。其主要工作原理是，當(dāng)配網(wǎng)某段出現(xiàn)故障時(shí)，安裝在線路上的重合器會(huì)自動(dòng)對(duì)故障電流進(jìn)行檢測(cè)，判定為線路故障后會(huì)自動(dòng)跳閘，一定時(shí)間以后又會(huì)自動(dòng)重合。分段器能夠智能記憶重合器的分合次數(shù)，從而能夠按照事先在程序中輸入的指令，使重合器達(dá)到規(guī)定次數(shù)的分合。配電系統(tǒng)中重合器和分段器相互配合使用，對(duì)于瞬時(shí)故障，重合器跳閘第一次重合后，線路將恢復(fù)供電；對(duì)于永久性故障，重合器將完成預(yù)先整定的所有重合次數(shù)，確認(rèn)為永久性故障后，則進(jìn)行閉鎖，不再重合，此時(shí)分段器也將自動(dòng)分閘并閉鎖，兩者配合以達(dá)到對(duì)故障線路區(qū)段進(jìn)行隔離的目的。若在重合器完成所有預(yù)先整定的分合次數(shù)前，故障就被其他設(shè)備切除了，重合器將恢復(fù)合閘狀態(tài)，經(jīng)過一定時(shí)間延時(shí)后分段器也會(huì)進(jìn)行復(fù)位工作，重置重合器的分合次數(shù)恢復(fù)到預(yù)先整定的狀態(tài)，從而為下一次故障定位做好準(zhǔn)備。由此可見，重合器和分段器的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障快速定位隔離的作用，并且該方法原理簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。但是這種方法也存在自身的局限性：一方面，該種方法對(duì)設(shè)備的要求較高，并且必須要拉開重合器或主變電所的出線斷路器，容易導(dǎo)致事故范圍判定過大；另一方面，重合器的多次重合會(huì)對(duì)配電網(wǎng)造成一定的沖擊，特別是在發(fā)生永久性故障時(shí)，多次分合產(chǎn)生的沖擊電流可能逼近饋線過載負(fù)荷極限，導(dǎo)致線路燒斷。

4.2 利用FTU進(jìn)行故障快速定位

為應(yīng)對(duì)在上述方法中存在的不足，基于FTU與SCADA通信網(wǎng)絡(luò)的智能配網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。基于FTU的智能配網(wǎng)能夠?qū)τ脩簟h(huán)網(wǎng)柜以及開閉所的戶外饋線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、監(jiān)測(cè)、控制以及故障電流監(jiān)測(cè)等，利用FTU傳輸?shù)椒治鼋K端的參數(shù)，經(jīng)過分析終端的運(yùn)算能夠較快捷地實(shí)現(xiàn)故障定位。配電網(wǎng)樹狀分支的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使得故障總是出現(xiàn)在從電源側(cè)開始最后一個(gè)流過故障電流的開關(guān)節(jié)點(diǎn)到第一個(gè)沒流過故障電流的開關(guān)節(jié)點(diǎn)之間，因此對(duì)于具有這種結(jié)構(gòu)的輻射狀配網(wǎng)、樹狀配網(wǎng)和處于開環(huán)運(yùn)行的環(huán)網(wǎng)，判斷和鎖定故障區(qū)段只要根據(jù)饋線沿線各開關(guān)是否流過故障電流就可以了，而想要實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)節(jié)點(diǎn)是否過流進(jìn)行檢查，則需要安裝FTU。

因此基于FTU的故障定位方法克服了重合器的缺點(diǎn)，能夠一次性精準(zhǔn)快速地對(duì)故障進(jìn)行隔離。但由于安裝FTU以及后續(xù)的通信費(fèi)用開支巨大，這種方法同樣受到經(jīng)濟(jì)成本方面的限制，在實(shí)際應(yīng)用中只是在配網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上安裝FTU。

4.3 利用用戶故障反饋電話進(jìn)行故障快速定位

FTU系統(tǒng)能夠獲取各種實(shí)時(shí)信息以便于對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行快速故障定位，在實(shí)際運(yùn)行中配電網(wǎng)絡(luò)故障的快速定位還有賴于另一類重要的故障信息來源，即用戶的故障反饋電話信息。用戶故障反饋電話作為FTU和SCADA系統(tǒng)的重要輔助和補(bǔ)充，主要被用來進(jìn)行非測(cè)控區(qū)的故障定位，即那些沒有納入到FTU和SCADA信息通信系統(tǒng)中的區(qū)域。隨著我國用電用戶維護(hù)自身用電安全穩(wěn)定意識(shí)以及用電基本常識(shí)的提升，電話報(bào)修系統(tǒng)獲取的用戶信息反饋能夠有效地幫助供電部門實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)故障的快速定位。通過獲取用戶的供電代碼以及該用戶與變壓器的連接關(guān)系可以進(jìn)行初步的故障定位，并且其實(shí)現(xiàn)無須專門的設(shè)備，成本較低，具有較強(qiáng)的可行性。

5 結(jié)束語

智能配網(wǎng)是我國電網(wǎng)改造和電力系統(tǒng)升級(jí)的重要工作之一，隨著自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)挖掘和應(yīng)用，智能配網(wǎng)將進(jìn)一步完善和優(yōu)化。各地配網(wǎng)自動(dòng)化程度的不斷提升也給故障特征檢測(cè)技術(shù)以及故障定位提出了更高層次的要求，利用日趨完善的通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)故障定位的方法予以創(chuàng)新和改造有利于推動(dòng)故障定位方法的進(jìn)步，而智能配網(wǎng)故障的快速定位能夠促使整個(gè)配網(wǎng)的運(yùn)行更加安全、經(jīng)濟(jì)和可靠。

參考文獻(xiàn)

[1]周勁松，唐鵬，梁林.GIS在電力系統(tǒng)應(yīng)用的探討[J].黑龍江電力，2015，25（2）：116-118.

[2]楊俊起.基于GPRS的配網(wǎng)故障定位及隔離方法研究與實(shí)現(xiàn)[D].三峽大學(xué)，2005.

[3]袁欽成.配電系統(tǒng)故障處理自動(dòng)化技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2007.