一種典型10 kV電纜線路饋線自動化動作分析

劉倩影，張啟亮

（國網山東省電力公司濟寧供電公司，山東 濟寧 272000）

0 引言

隨著國民經濟的不斷發展，高壓用電負荷逐年增多，各種精密儀表不斷涌現，但電能質量問題卻日益突出。城區配電網作為電力網絡“兩頭薄弱”的問題依然存在，配電系統也未實現持續高效、經濟運行。目前，為監控管理配電網，配電自動化系統（DAS）在各供電公司得到應用，其饋線自動化功能（FA）可在短時間內實現配電網線路故障定位、隔離及非故障區段負荷恢復等功能，城區配電網供電可靠性得到提高［1］。

鑒于電力電纜線路具有維護工作量少、使用壽命長、受氣候條件和周圍環境影響小、傳輸性能穩定、可靠性高、占地少等優點，城區配電網線路逐步改造為電力電纜線路［2-3］。在我國城區10 kV電纜網一般采用閉環設計、開環運行的供電模式［4］。配電自動化系統饋線自動化（FA）分為集中型FA和就地型FA［5］，其中集中型FA在電纜線路中應用較為普遍。然而，10 kV電纜線路集中型FA實際應用中存在動作不成功（含不啟動）的情況，原因大致可分為系統主站原因、配電設備或終端原因、繼電保護配合原因及配網結構影響等幾大類［6］。

針對集中型FA動作不成功（含不啟動）的情況，結合實際工作，對城區配電網典型10 kV電纜線路分別因配電終端離線、開關遙控失敗導致的2種故障進行原因分析，提出有效解決措施，并總結經驗教訓。

1 城區配電網典型10 kV電纜線路

由于集中型FA電纜網故障一般為永久性故障，所以不考慮重合閘方式。城區配電網典型10 kV電纜線路如圖1所示。線路配備有3臺集中型環網柜，配置三遙終端設備；各環網柜進線開關為負荷開關、出線開關為斷路器；出線開關配置二遙動作型終端設備，均正確投入保護及自動功能。10kV寧一線與10 kV寧二線聯絡，聯絡開關為103環網柜02進線開關。

圖1 10 kV寧一線接線方式

2 集中型饋線自動化控制策略

集中型FA通過主站與終端設備（DTU）進行集中控制，實現故障點定位、故障區間隔離和非故障區段恢復供電等功能［7］。集中型FA功能啟動策略包括主線FA啟動策略和電纜線路故障處理策略。

2.1 主線FA啟動策略

主線FA故障啟動策略包括2個條件，一是變電站10 kV出線斷路器開關跳閘信號，二是該變電站和斷路器的相應保護動作信號（包括事故總、過流信號、速斷信號等），2個條件均滿足時方可觸發FA動作，以避免FA誤啟動。

2.2 電纜線路故障處理策略

電纜線路FA控制策略共包括5個環節，分別為區間判定、區間隔離、電源側恢復供電、負荷側恢復供電及故障區間解除與恢復。

2.2.1 區間判定

當電纜線路發生故障時，主站FA啟動后等待3 min，接收故障回路上開閉所DTU上送的過流故障告警信號，之后結合線路拓撲連接信息，將故障區間定位在最后一個上傳故障信號的DTU與第一個未上傳故障信號的DTU之間，該區間以正常通信的DTU為界限。

2.2.2 區間隔離

當線路故障為非相繼故障時，DAS主站發出控制信號，控分最后一個上傳故障信號的DTU與第一個未上傳故障信號的DTU，將故障隔離在兩個開關之間。相繼故障時不能進行故障區間的隔離和非故障區間的恢復。

2.2.3 電源側恢復供電

主站直接控合變電站出線開關，恢復線路故障區間前端負荷。操作過程中，若變電站出線開關拒動，DAS系統將變電站出線開關作為操作禁止開關處理，進入負荷轉供流程計算，尋找其他路徑對停電區間進行轉供。

2.2.4 負荷側恢復供電

故障區間前端負荷恢復后，主站需轉供負荷大小和聯絡線路轉供能力，生成操作策略進行轉供負荷。若在轉供負荷過程中開關拒動，主站將該開關認定為操作禁止開關，隨后再次進入負荷轉供計算流程，計算出新的策略轉供負荷。負荷轉供策略以最大限度減少負荷損失為目的，并在一定程度上考慮線路負載均衡。

2.2.5 故障區間解除及恢復

故障經處理消除后，主站優先選用本線路對隔離區間供電，恢復故障前正常運行方式。

3 典型10 kV電纜線路故障分析

3.1 配電終端離線引起停電區間擴大

3.1.1 故障描述

如圖1所示，10 kV寧一線102環網柜終端為離線狀態，10 kV寧一線0104開關保護跳閘，配電自動化判斷故障區間為10 kV寧一線101環網柜02進線開關至103環網柜01進線開關之間。配電自動化系統控分10 kV寧一線101環網柜02進線開關、103環網柜01進線開關，控合10 kV寧一線0104開關、103環網柜02進線開關。經現場巡線發現用戶乙配電網變壓器燒壞，同時10 kV寧一線102環網11開關分位（經現場查看該環網柜DTU信息，發現11開關相間保護跳閘），因饋線自動化未準確判斷故障區間導致用戶丙、丁（巡線無問題）停電，擴大停電范圍，故障后線路接線方式如圖2所示。

10 kV寧一線故障發生后，通過查詢配電自動化系統信息表，歸納關鍵事件信息如表1所示。

3.1.2 故障原因分析

10 kV寧一線102環網柜各出線開關現場已正確投入保護，但因終端離線，該環網柜保護動作及開關分位信息無法正確上傳主站，配電自動化系統故障處理時將該環網柜視為非自動化設備。10 kV寧一線故障跳閘后，配電自動化系統僅接收到10 kV寧一線101環網柜01、02進線開關的“線路故障告警”信號，根據集中型線路故障區間判定依據，線路上最后一個上傳故障信號的DTU（即10 kV寧一線101環網柜02進線開關）負荷側至第一個未上傳故障信號的DTU（即10 kV寧一線103環網柜01進線開關）間線路即為故障區間。

圖2 配電終端離線時10 kV寧一線接線方式

表1 配電終端離線10 kV寧一線事件信息一覽表

3.1.3 解決措施

加強配電自動化設備的監控與調度巡視，充分利用配電自動化系統中設備通訊監視模塊，及時發現并處理配電自動化設備通訊異常問題，防止故障信號無法上傳而影響饋線自動化正確動作。

加強配電自動化設備的接入調試管理，新增加的配電自動化設備必須在送電前完成調試，同時設備調試應執行“全遙信、全遙測、全遙控”要求，避免抽檢調試，防止信號誤傳影響饋線自動化正確動作。

3.2 2次遙控失敗導致饋線自動化終止

3.2.1 故障描述

10 kV寧一線0104開關保護跳閘，配電自動化判斷故障區間為10 kV寧一線101環網柜02進線開關至102環網柜01進線開關間線路，配電自動化連續控分10 kV寧一線101環網柜02進線開關、102環網柜01進線開關失敗，饋線自動化動作終止，故障后線路接線方式如圖3所示。經現場巡線發現10 kV寧一線101環網柜02進線開關至102環網柜01進線開關間電纜中間接頭燒壞。

圖3 開關遙控失敗時10 kV寧一線接線方式

10 kV寧一線故障發生后，通過查詢配電自動化系統信息表，歸納關鍵事件信息如表2所示。

表2 開關遙控失敗時10 kV寧一線事件信息一覽表

3.2.2 故障原因分析

集中型FA在故障區間判定結束后，根據網絡結構、負荷情況將故障區間邊界所有自動化開關進行控分以隔離故障區間。遇有隔離操作發生拒動后（如10 kV寧一線101環網柜02進線開關遙控失敗），將重新進行負荷計算，再次執行擴大區間的隔離操作（如控分10 kV寧一線101環網柜01進線開關）。當一次饋線自動化動作過程中遇到2個開關遙控失敗后，整個饋線自動化動作過程將終止。

集中型饋線自動化一般先恢復電源側非故障區間，再恢復負荷側（聯絡側）非故障區間，若前一過程因故終止將不再進行后一過程操作。因此，在線路電源側非故障區間恢復送電失敗后，DAS未通過控分10 kV寧一線102環網柜01進線開關、控合10 kV寧一線103環網柜02進線開關完成102環網柜、103環網柜非故障區間的負荷恢復操作，該故障最終擴大為全線停電。

3.2.3 解決措施

按照配電自動化運行要求，定期開展配電開關的合環遙控試驗，實際集中型饋線自動化對開關的遙控均發生在線路一次設備失電情況下，因此應加強對集中型設備電池的運維管理，做好電池的定期更換工作，必要時通過模擬失電的方式進行開關遙控，確保線路主干線分段開關遙控功能正常。

完善配電自動化動作策略，將電源側與負荷側故障恢復操作互相獨立，任一項操作無法進行時不影響其他項正常操作，實現故障情況下最大限度減少負荷損失。

4 結語

結合實際工作，針對一種城區典型10 kV電纜線路，在詳細介紹集中型饋線自動化控制策略的基礎之上，對配電終端離線（或未完成調試）引起停電區間擴大、因開關遙控失敗導致饋線自動化動作異常終止等常見問題進行故障原因分析，提出解決措施，并總結了經驗教訓。對今后的實際工作，有一定借鑒作用，可有效縮短調度員處理此類故障的時間，不斷提高城區配電網供電可靠性。