配電網故障分布式處理技術

李德平

摘 要：進入新世紀后，我國經濟社會持續保持高速增長的態勢，對電能質量與供電可靠性有著更為嚴苛的要求，一旦配電網出現故障，需要在極短時間內恢復供電，以便降低故障對供電的影響。配電網故障分布式處理技術有著諸多的優點和好處，可以有效地完成故障隔離，在最短時間內恢復非故障區域的供電，是未來主流的配電網故障處理技術。

關鍵詞：配電網 故障 類別 分布式處理

中圖分類號：TM93 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0066-02

改革開放以后，我國經濟社會高速發展，導致電力生產難以滿足國計民生的需要，電力缺口問題始終成為我國政府的首要解決問題之一。所以我國在之前較長的一段時間內，持續加大了配電網和發電廠的建設力度，現已基本能夠實現供需平衡。結合我國的現實國情來說，配電環節的問題已成為現階段最為主要的問題之一，因為在過去的一段時間里我國對于配電系統的投入相對不足，造成我國配電網結構存在各種各樣的問題。一方面配電線路輸電能力不足，另一方面配電技術較為落后，配電線路故障處理時間偏長，對人民生產生活造成嚴重的影響，這也是筆者對配電網故障分布式處理技術進行研究的主要原因之一。

1 配電網故障的主要類型

配電網內存在繁多的設備和元器件，因此會產生各種各樣的故障和問題，導致故障的原因也是非常多樣化的。主要包括斷線故障、單相接地故障和短路故障。其中，斷線故障主要指的是由于外部環境或者外力作用因素導致線路斷線造成電力傳輸中斷的故障。單線接地故障只有少量的接地電流可以流經接地處，系統仍然能夠繼續保持運行狀態。短路故障指的是不同類型的相間短路，涵蓋了不同類型的相間接地。導致配電網出現故障問題的原因也是相當多樣化的，主要的原因有計劃檢修、電網結構、設備老化、內部過電壓、污閃、雷電過電壓等，都會對配電網的正常運行造成嚴重的負面損害。

2 配電網故障處理技術

以線路故障保護方案中的通信處理方式、是否具有通信動作、分段開關的類型等，可以制定不同的、差異化的配電網保護方案，具體可以分為分布式智能控制型、集中控制型、分段器控制型等不同類型，具體如下。

2.1 分布式智能控制型

通常情況下，FA供電恢復時間可以具備分鐘級的能力，但是如果采取C型FA（分布式智能控制型FA），就能夠具有更為強大的能力，即在僅僅幾秒時間內就可以完成隔離與恢復供電、故障定位的功能，減少停電的時間和停電的影響。

通過圖1可以明顯地看出，主站、出口處的保護裝置以及配電終端均接入到相同的通信網絡之內。圖中左側的CP代表的是通信處理機，主要完成將DTU數據轉發給主站的功能。較之傳統處理技術來說，分布式處理技術有著明顯的優勢，智能終端能夠對其管轄范圍內的設備傳遞相應的控制命令、獲取所需的狀態信息，并主動地和其他智能終端完成通信，從而實現FLISR功能，徹底擺脫了集中式保護方式所采取的通過控制主站來進行故障處理的方式。另外，智能終端無需學習和掌握整個網絡的拓撲結構，只需要在配置時設置相鄰終端的信息就可以了。

2.2 集中控制型

集中控制型FA也被稱作B型FA，采用該類型的保護方式，配電終端與主站之間的通信利用通信網絡開展信息傳輸工作，通過主站，智能終端完成網絡拓撲信息的下載和收集，然后將測量的數據向主站進行上傳，接著按照判斷邏輯對故障區域進行準確判斷，在完成之后，進行信息的下發和保護。

2.3 重合器-分段控制型

A型FA需要預先設定相應的保護動作，以電流或者電壓的變化情況來進行設備的相應動作。另外，重合器-分段控制型的特點在于不需要主站和通信通道作為基礎。

其中，電壓-時間控制型是A型FA的主要代表之一，利用對分段兩側的電壓檢測所獲得的信息數據是進行合閘和分閘操作的基礎。

3 配電網故障分布式處理技術

在饋線自動化處理達到一定程度之后，就可以采取和實施分布式處理技術，可以不通過主站就可以完成非故障區域的恢復供電，在極短時間內完成故障的預判、隔離和定位，極大地增強了供電的可靠性。要實現以上功能，必須完成配電終端信息模型的構建和完善，在終端故障的情況下系統所具備和可以實現的容錯能力、終端網絡拓撲等。

3.1 網絡拓撲自動識別分析

對于電力系統來說，要想進行高級分析計算工作，必須開展拓撲分析工作。其主要功能是基于斷路器的狀態信息，對電網網絡拓撲結構進行實時計算和分析，也就是確定母線—支路和節點—開關之間的關系。換言之，分析電網接線狀態是電網拓撲的主要分析功能。

基于網絡拓撲結構能夠獲得終端開關的狀態信息，并全程、實時地跟蹤終端開關的狀態信息，通過直觀的狀態顯示，可以掌握運行情況以及連接狀態，維護電力系統持續、健康和穩定的運行。

現階段，主要采取離散處理法、樹搜索表示法、接點消去法和關聯表矩陣表示法等。為了便于配電網分布智能控制，應當選擇配電終端信息人工配置的方法，以便其可以進行信息的交換，實現網絡拓撲結構的自動識別。基于現實需求，分布式智能控制要能夠實現網絡拓撲結構的實時變化，在負荷預判的基礎上開展負荷轉移工作，對主網電源進行跟蹤需要用到孤島保護，對聯絡開關進行動態識別以便完成故障恢復工作。

3.2 網絡拓撲自動識別過程

（1）靜態配置開關屬性。

位置屬性以及自身屬性是最為主要的開關屬性，其中前者主要指的是不同開關之間的位置屬性，而后者主要指的是末端開關、分段開關以及電源開關。利用靜態配置開關屬性，實現所需應用網絡拓撲結構的確定。

（2）網絡拓撲結構的查詢。

網絡中的每個DTU都能夠實現應用拓撲結構的構建和完善，基于其事先設定的屬性來實現網絡拓撲結構的動態變化。舉例來說，要想實現故障的有效隔離，必須實現網絡應用拓撲的構建和完善；為了實現故障隔離后供電的及時恢復，要對位置進行動態確定然后構建拓撲結構。endprint

操作者發起查詢申請，對鄰居DTU下發查詢指令，在接收到查詢指令之后，DTU把相應的信息反饋給操作者，然后將指令向鄰近的DTU進行傳遞，在到達末端開關或者電源開關后隨即終止。

（3）網絡拓撲結構的構建和完善。

在完成網絡拓撲結構信息的收集之后，操作者要對信息的完整性進行判斷，終端開關和末端開關應當成為網絡拓撲信息的終結點，在完成網絡拓撲結構的收集之后，操作者應當主動放棄無關緊要的信息。如果出現應用變化的情況，應當重新執行查詢動作，并不影響供電恢復控制的速度。

分布式智能系統示意圖見圖2。

4 配電網故障分布式處理功能的實現

在配電網存在故障的情況下，故障分布式處理功能的先后順序依次是故障定位、故障隔離和供電恢復。利用分布式處理技術，可以在極短的時間內實現有效的故障隔離，并確保最佳的供電可靠性，確保供電質量能夠滿足現實需求。

4.1 聯絡開關的自動識別

圖3顯示的是開環運行線路，在系統處于運行狀態下，Q22如果處于未閉合狀態，智能終端可以進行自動檢測，然后與相鄰的智能終端開展通信操作，基于拓撲自動識別技術完成相應的接力查詢動作。

4.2 斷路器模式下的故障隔離與恢復

與負荷開關所采取的方式較為相近，在線路存在故障的情況下，故障區域的邊界開關能夠直接完成跳閘操作，不需要電源處的斷路器首先進行動作。

5 結語

進入新世紀后，我國經濟社會持續保持高速增長的態勢，對電能質量與供電可靠性有著更為嚴苛的要求，一旦配電網出現故障，需要在極短時間內恢復供電，以便降低故障對供電的影響。配電網故障分布式處理技術有著諸多的優點和好處，可以有效地完成故障隔離，在最短時間內恢復非故障區域的供電，是未來主流的配電網故障處理技術。

參考文獻

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