電力系統(tǒng)配電自動化及其對故障的處理分析

劉鄭良（長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，湖南長沙410000）

電力系統(tǒng)配電自動化及其對故障的處理分析

劉鄭良（長沙市軌道交通集團(tuán)有限公司，湖南長沙410000）

近幾年，電力系統(tǒng)的配電自動化應(yīng)用變得越來越廣泛，配電自動化出現(xiàn)的故障也越來越多，基于此，本文主要對地鐵電力系統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)常見故障、地鐵電力系統(tǒng)配電自動化的基本構(gòu)成進(jìn)行了分析，并提出了應(yīng)對電力系統(tǒng)配電自動化的基本的措施。

電力系統(tǒng)；配電網(wǎng)；自動化；故障處理

1 引言

城市配電系統(tǒng)發(fā)展的步伐也不斷加快，配電技術(shù)的提高以及發(fā)展規(guī)模的擴(kuò)增，傳統(tǒng)供電技術(shù)穩(wěn)定不變的發(fā)展已經(jīng)無法正常滿足人們的需求，只有不斷引進(jìn)發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)技術(shù)以及發(fā)達(dá)地區(qū)的先進(jìn)配電系統(tǒng)，相應(yīng)地根據(jù)我國實(shí)際情況進(jìn)行技術(shù)的結(jié)合和改善，以及制定一些比較合理的管理方案和實(shí)施，可以有效地促進(jìn)傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的升級和順應(yīng)時代變化發(fā)展。

2 地鐵電力系統(tǒng)配電自動化系統(tǒng)常見故障

地鐵供電系統(tǒng)中，凡是由于工作失誤、設(shè)備狀態(tài)不良或自然災(zāi)害引起的供電設(shè)備損壞、中斷供電以及嚴(yán)重影響運(yùn)營服務(wù)的故障有如下幾種：

2.1 主所退出運(yùn)行

故障現(xiàn)象：主所的110kV兩路進(jìn)線電壓顯示為0，主所35kVⅠ、Ⅱ段母排電壓顯示為零；主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘，地鐵全線一半車站停電。

2.2 一臺主變壓器故障或一路110kV進(jìn)線失壓故障現(xiàn)象

一臺主變差動、瓦斯保護(hù)動作跳閘，一路110kV進(jìn)線失壓保護(hù)動作，主所35kV母聯(lián)310開關(guān)自投。

2.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障

故障現(xiàn)象：線路差動保護(hù)動作跳閘，故障電纜進(jìn)線變電所35kV母聯(lián)100開關(guān)自投。

2.4 框架保護(hù)動作

故障現(xiàn)象：①電壓型框架保護(hù)：負(fù)極柜電壓型框架保護(hù)動作，整流變交流進(jìn)線開關(guān)，直流進(jìn)線開關(guān)及直流饋線開關(guān)跳閘，接觸網(wǎng)單邊供電；②電流型框架保護(hù)：a.EP-1框架泄露保護(hù)動作，整流機(jī)組交流進(jìn)線開關(guān)和直流進(jìn)線開關(guān)跳閘，直流饋線開關(guān)不跳閘，接觸網(wǎng)通過直流母排越區(qū)供電。b.EP-2框架泄露保護(hù)動作，整流變交流進(jìn)線開關(guān)、直流進(jìn)線開關(guān)、直流饋線開關(guān)和鄰所相鄰直流饋線開關(guān)跳閘，四個接觸網(wǎng)分區(qū)失電。

2.5 接觸網(wǎng)故障跳閘

故障現(xiàn)象：直流饋線開關(guān)大電流脫扣、電流速斷或DDL保護(hù)動作跳閘并聯(lián)跳鄰所直流開關(guān)，接觸網(wǎng)失電。

3 地鐵電力系統(tǒng)配電自動化的基本構(gòu)成

3.1 配電自動化系統(tǒng)的信息采集

3.1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

配電自動化系統(tǒng)由于監(jiān)測對象多且復(fù)雜，通信組織方式多樣，所以配電自動化信息的采集宜采用分區(qū)分層集結(jié)的方式，通信的組織基本分為兩層，即饋線端至子站層、子站至主站層。基于這種分層分布的組織方式，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為配電主站層、配電子站層和終端設(shè)備層。配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 配電自動化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

（1）配電主站層

配電主站從各個配電子站獲取配電網(wǎng)的信息，對配電網(wǎng)進(jìn)行全面監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)故障診斷、故障隔離和非故障區(qū)的恢復(fù)供電，分析配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，對整個配電系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理。

（2）配電子站層

對于一些規(guī)模較大的城市而言，城市軌道交通也更為發(fā)達(dá)，而地鐵配電網(wǎng)的信息分散的較為復(fù)雜，而在主站系統(tǒng)中直接輸入采集到的信息則會導(dǎo)致主站系統(tǒng)通信端口數(shù)目太多及主站系統(tǒng)負(fù)荷壓力大的局面，為了確保系統(tǒng)實(shí)時性，應(yīng)在配電網(wǎng)中設(shè)置子站來解決，其中由配電子站層對該區(qū)域內(nèi)的信息的采集進(jìn)行處理，以便完成該區(qū)域內(nèi)處理故障的功能，并向主站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)此信息，接收主站所下發(fā)信息，特殊情況時和主站配合共同完成配電網(wǎng)的調(diào)度管理工作。

（3）終端設(shè)備層

終端設(shè)備層主要用于配網(wǎng)設(shè)備采集與控制，并為配電子站提供系統(tǒng)控制管理需要的相關(guān)數(shù)據(jù)，執(zhí)行子站/主站所發(fā)出的配電設(shè)備控制、調(diào)節(jié)指令。配電自動化系統(tǒng)最終的執(zhí)行單元就是配電終端裝置，其精度與可靠性直接影響到配電自動化系統(tǒng)運(yùn)行安全，主要組成部分如下：①開關(guān)監(jiān)控單元FTU；②配變監(jiān)測單元TTU；③環(huán)網(wǎng)柜RTU；④開閉所RTU；⑤饋線通信設(shè)備。

3.1.2 系統(tǒng)信息的共享

傳統(tǒng)的配電自動化SCADA對于信息的采集主要集中在配電網(wǎng)范圍，具體對象的屬性難以進(jìn)行靈活配置。新型的配電自動化系統(tǒng)對于廠站信息的采集完全基于普遍的終端設(shè)備，對于每個點(diǎn)的屬性可以在主站系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的定義，利用主站的拓?fù)鋱D形關(guān)系進(jìn)行對象的分類，建立系統(tǒng)概念，使得系統(tǒng)信息在整個配電網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行共享，避免信息的重復(fù)采集。主站采集到相關(guān)設(shè)備信息后，按照系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式存儲在系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)信息的共享，用于系統(tǒng)各個功能模塊調(diào)用，在各個工作站上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

3.2 饋線自動化（FA）

3.2.1 饋線自動化功能

饋線自動化（FA）的主要功能為饋線數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控。通常，過錯方對饋線開關(guān)狀態(tài)、饋線電流、電壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，令線路開關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方合/分閘操作，若是負(fù)荷不均勻，可采取負(fù)荷均衡化的方式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式優(yōu)化。

饋線自動化基本功能在于迅速切除故障，主要是采取一定的方式將故障區(qū)隔離，使得非故障區(qū)迅速恢復(fù)正常供電。因此，饋線自動化目標(biāo)在于提高故障切除安全性、迅速性、可靠性。

3.2.2 先進(jìn)的饋線自動化系統(tǒng)的特點(diǎn)

①故障時對變電站開關(guān)沒有額外的短路電流的沖擊；②無變電站開關(guān)和線路開關(guān)配合的問題；③無主站也能夠完成故障隔離、恢復(fù)；④與傳統(tǒng)電壓型、電流型的饋線自動化相比，其故障處理更加迅速，切除與恢復(fù)僅需要3s；⑤無需改造現(xiàn)有變電站保護(hù)設(shè)備；⑥無需保護(hù)間的配合；⑦可判斷變電站出線位置故障，防止出現(xiàn)多余沖擊；⑧FTU間能夠相互通信，其中一臺FTU能夠充當(dāng)控制、通信主站；⑨FTU定值能夠通過主站系統(tǒng)下達(dá)；⑩FTU能夠使用網(wǎng)絡(luò)通信的方式。

4 地鐵電力系統(tǒng)配網(wǎng)自動化常見的幾種故障及其處理措施

4.1 一臺主變壓器故障或一路110kv進(jìn)線失壓

主變壓器主要設(shè)置了兩種保護(hù)：①反映變壓器內(nèi)部過熱所引起的油氣分離發(fā)展故障的瓦斯保護(hù)；②反映縱差范圍中的電氣故障的差動保護(hù)。當(dāng)1臺主變壓器出現(xiàn)故障停用，電調(diào)立刻通過SCADA系統(tǒng)對跳閘報警類型、開關(guān)動作的情況予以確認(rèn)，由值班人員重點(diǎn)檢查主變，并做好相關(guān)的信息匯報。若是一路110kV進(jìn)線失壓，主變壓器低壓側(cè)開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，電調(diào)需對35kV母聯(lián)開關(guān)的自投情況進(jìn)行確認(rèn)，若是未自投，則需及時對母聯(lián)開關(guān)合閘進(jìn)行操作，快速恢復(fù)系統(tǒng)的供電。

4.2 環(huán)網(wǎng)電纜故障

電纜的常見故障包括以下兩種：①電纜頭出現(xiàn)電暈，套管閃絡(luò)存在破損；②機(jī)械損傷，受到外力傷害電纜鎧裝，鉛包斷裂。環(huán)網(wǎng)電纜故障，電纜兩端開關(guān)跳閘，故障電纜切除，以故障電纜為進(jìn)線的變電所35kV母聯(lián)100開關(guān)自投，由一路進(jìn)線帶所轄范圍的所有設(shè)備供電。此類故障處理的關(guān)鍵是確認(rèn)母聯(lián)開關(guān)自投，未自投應(yīng)及時操作合閘。

4.3 框架保護(hù)動作

某市地鐵2號線和南延線牽引變電所設(shè)置兩套電流型框架泄漏保護(hù)裝置，整流器故障通常會啟動框架泄漏保護(hù)EP-1電流元件。整流機(jī)組35kV交流進(jìn)線斷路器與直流斷路器跳閘，而直流饋線斷路器不跳閘，故障牽引變電所直流母排越區(qū)供電，接觸網(wǎng)不會停電，而列車處于正常運(yùn)行狀態(tài)。直流開關(guān)柜發(fā)生框架泄漏故障EP-2電流元件動作。整流機(jī)組35kV交流進(jìn)線斷路器和本牽引變電所全部直流斷路器均跳閘閉鎖，聯(lián)跳并閉鎖相鄰牽引變電所對應(yīng)向本區(qū)段供電的直流饋線斷路器。四個接觸網(wǎng)分區(qū)失電，發(fā)生在中間牽混所電調(diào)操作故障牽引變電所解列，通過接觸網(wǎng)越區(qū)開關(guān)實(shí)現(xiàn)大雙邊供電，發(fā)生在兩端牽混所電調(diào)切除故障所發(fā)至鄰所的聯(lián)跳信號，恢復(fù)接觸網(wǎng)單邊供電。框架泄漏保護(hù)電壓元件的測量電壓與鋼軌電位限制裝置的測量電壓相同。鋼軌電位限制裝置拒動以后，負(fù)極和地的電位會不斷升高，而框架泄漏保護(hù)電壓元件首先發(fā)出報警。若是超過一定時限與電壓值，電壓元件會發(fā)出跳閘信號，把整流機(jī)組35kV交流進(jìn)線斷路器與本所全部直流斷路器均跳閘，不聯(lián)跳相鄰所饋線開關(guān)，接觸網(wǎng)維持單邊供電，不會對運(yùn)營造成直接影響。為避免壓差打火，適時操作故障所越區(qū)開關(guān)合閘，恢復(fù)大雙邊供電。

5 結(jié)語

總而言之，有效地應(yīng)用配電自動化，可以更好地自動控制以及遠(yuǎn)方監(jiān)控配電網(wǎng)。此外，電力系統(tǒng)配電自動化中存在的故障，對其進(jìn)行更加全面的分析并且結(jié)合實(shí)際的狀況采取有效的解決措施，只有這樣，電力系統(tǒng)中的配網(wǎng)自動化發(fā)展才會越來越好，也更加適應(yīng)當(dāng)前廣闊的前景。

［1］郭廣才.淺談電力系統(tǒng)配電自動化及其對故障的處理［J］.消費(fèi)電子，2014（12）：26.

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TM76

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2095-2066（2016）29-0085-02

2016-10-3

劉鄭良（1984-），男，工程師，碩士，主要從事電力系統(tǒng)及自動化方面的工作。