配電電網自動化故障處理技術的研究

袁嫻枚

（貴陽金陽供電局，貴州 貴陽 550001）

1 配電電網自動化故障處理技術的意義

配電電網自動化故障處理技術就是在如今的配電系統逐漸智能化的背景下，通過進一步利用智能化技術實現自動對配電電網中存在的問題進行檢測，甚至對可能出現的問題進行預測，并最終對這些問題進行及時反饋和報警，且自動采取一定的措施完成對故障的初步處理的技術。該技術最直接的目的就是保障供電的穩定性，即使配電網出現一定問題，也可以保障配電可以繼續供電；即便發生大規模的故障，也可以盡可能的將停電范圍縮小。

2 配電電網自動化故障處理技術基本原理

當前的配電電網自動化故障處理技術大多是利用信息系統和輔助設備完成對電網運行狀況的實時監測，并利用智能化系統進行計算模擬，從而對可能出現的狀況和潛在的問題如設備缺陷等進行預測，并予以相應的提醒的同時對這些潛在的可能影響到安全和供電穩定的問題進行自動、自主的處理。整個配電電網自動化故障處理往往分為三步，首先是當電網發生故障的瞬間，立刻完成對故障開端的清除。這一步大多是通過高壓斷路器和繼電保護自動化設備在100 ms 內完成，從而最大程度的保護配電電網，比過去傳統的繼電保護設備對電網的恢復更快、安全性更高。傳統的繼電保護設備想要對電網功能進行恢復往往存在很多局限性，如對多開關級聯的優點利用不充分導致在進行斷電保護時發生較大面積的停電。第二步是在完成故障開端的清除后會迅速對故障問題的起因進行診斷，從而對故障區和非故障區完成劃分，并在對故障區實行隔離自動維護的同時使非故障區迅速恢復供電。最后是當供電服務恢復后，進一步對隔離的故障區進行排查，從而找出故障點的位置和故障原因[1]。

3 配電電網自動化故障處理技術

3.1 網絡式保護技術

當前網絡式保護技術大多基于通信網絡，且被分為兩種，一種是經常用在配電網線路上的主從式網絡形式，另一種則是常被用在變電站的內部通信網絡的對等式通信網絡形式。

主從式通信網絡形式是在通信網絡中使得各個單元分別與主單元進行通信來獲取信息，各個單元之間想要通信也只能通過主單元進行。而對等式通信網絡則是使得每個單元之間都可進行通信來獲得所需的數據。

3.1.1 基于主從式網絡的網絡式保護技術

配電網結構復雜，但其本質是一種由總到分的結構，在利用基于主從式網絡的網絡式保護技術時每個用戶都類似于一個小單元。配電網中每一個用戶都有自己對應的配電線路和單元點，但每個用戶的配電線路上幾乎都有不止一個開關。所以當發生故障時，可以通過上下級開關器件的保護功能在發生故障時通過一個主單元進行通信，從而收集到相應開關器件的情況信息，并進而對故障問題進行分析和解決。通常解決方案是對開關器件的狀態進行調整，如使得距離故障最近的開關元器件立刻跳閘，其他開關轉為后備[2]。

3.1.2 基于對等式網絡的網絡式保護技術

對等式相較于主從式網絡具有更廣泛的實用性和功能性，但成本略高于主從式，不適用于設備較為分散、距離較遠的情況，但其十分適用于開關設備多、且設施設備集中、距離短的變電站。如若配電線路的通信方式可以滿足對等式網絡保護技術的要求，則其對配電線路來說也是一個更好的選擇。基于對等式網絡的網絡式保護技術大多是通過雙絞線在開關之間組成CAN 網，這正是利用了CAN 網為總線式可以通過CAN 接口與其他接口進行互聯的特點。在傳輸距離較短時只通過雙絞線即可滿足該技術的組網需要，當傳輸距離較遠時則可以通過使用CAN 光纖發收設備來滿足通信需要保障通信的穩定性和可靠性。對于一些要求穩定很高的地區，如商業中心、住宅小區等常常使用電纜線路并使用對等式網絡技術進行保護。在這樣的電纜應用環境下，出線開關和分段開關都大多集中在開閉所內部，使得分布集中結構穩定十分適合應用對等式網絡式保護技術。而在變電站中，通過對等式網絡式保護技術可以將變電站內各種種類的開關完成軟件上的統一，在進行安全保障時可以統一調配。

3.2 故障區自動隔離與恢復技術

在實際的配電及電力輸送過程中，想要絕對防止故障的發生是不可能的。但如今隨著配電電網的智能化不斷發展，利用配電電網自動化故障處理技術中的隔離區域自動隔離與恢復技術可以通過對電力系統進行改進，增加相應的開關器件后，使其可以自行完成對故障的隔離清除，在故障發生后短時間內自動完成重構恢復供電，從而達到降低停電時間、提升供電恢復速度的目的。當前的電力系統配網中，主要有兩種開關器件，即常開型開關和常閉型開關。前者多負責饋線和變電站之間的連接，后者則是多用于輸電線路之間的連接和分段。而故障區自動隔離與恢復技術中的配電電網的網絡重構就是通過對開關器件的狀態進行相應的改變來對饋線的網絡拓撲結構做出調整來完成的。其分為集中式和分布式兩種控制類型[3]。

3.2.1 集中式控制

集中式控制方式與分布式控制方式的區別主要在于完成網絡重構進行設置這一過程的主體不同。集中式網絡控制方式完成重構的過程主要在控制中心，控制中心通過SCADA 系統對出現的故障的有關信息進行收集進而進行分析處理。在這個過程中通常是由FTU負責將故障數據信息通過邏輯通道遞交到控制中心，之后控制中心進行分析后向外傳遞相關命令進行重構，使非故障區的供電得以恢復。該方法對相關計算機的系統穩定性和計算能力以及邏輯通道的傳遞能力都有較高的要求，但其的優點在于可以精準施控。

3.2.2 分布式控制

分布式控制也被稱為就地式控制，其特點就在于網絡重構是通過臨近故障處的開關器件的控制裝置進行的，無需配電網中主站和子站的參與，相對于集中式控制方式更為簡便快速。該方法的應用是在如今配電電網開關器件自身的性能不斷提升的基礎上實現的。分布式控制主要通過兩種方式完成網絡重構，一種是只通過重合器完成，另一種是通過重合器加分段器完成。但兩種方式殊途同歸，都是當饋線發生永久性故障時，由饋線配電終端對相鄰的配電終端進行通信完成相關故障信息的傳輸，使之進行相關的判定，并根據相關數據如電壓、電流等信息確定故障類型和大概位置，最終再將故障的信息如位置等交由配電終端。在這個過程中，如果使用重合器的分布式控制方式，重合器會在進行一次分閘閉鎖后再次進行合閘，從而恢復供電。分段器并不具備斷開短路電流的功能，所以在使用時往往是與重合器一起配合進行使用，二者配合使用更能充分的對饋線的自動化功能進行發揮[4]。

3.3 故障檢測及定位技術

當前故障檢測及定位技術手段主要有4 種：（1）通過在線路上安裝重合器、分段器、斷路器等器件來對故障位置進行判定和隔離；（2）通過繼電器進行保護并判斷故障位置；（3）使用故障指示器；（4）在各個分支線路上安裝相關熔斷器件。本文主要對故障指示器技術進行闡述。故障指示器技術主要是對發生短路后的故障進行檢測，凡是出現故障電流特性的線路都會觸發自動指示器，所以在發生故障后，故障點就會被確定在觸發的指示器和未觸發的指示器之間的區域。且現在以故障指示器為基礎的故障定位系統的反映更為迅速，可以對故障完成快速的定位，更能滿足配電電網智能化的要求。在以故障指示器為基礎的故障的定位系統中故障定位算法也十分重要，當前較為常用的方法有行波算法、神經網絡算法、基于FTU 的故障定位算法等。而要確保故障檢測和定位技術功能的正常發揮還要確保即時通信技術可以對信息傳輸過程做出保障，目前主要的解決方式是使得故障指示器和數據采集器之間只有一個地址，從而使得故障定位更加快速、簡便。

4 配電電網自動化故障處理技術應用問題與發展趨勢

我國的配電電網自動化、智能化技術的研究起步較晚，是從20 世紀90 年代開啟的，并且在1998 年正式開啟了城市電網改造計劃。雖然近年來的研究和應用也取得了十分不錯的成果，但和西方發達國家相比，仍然有很大的差距。初期我國的配電電網自動化技術應用出現了很多問題，使得其發展受到了一定的阻礙，導致我國如今的配電電網自動化技術仍然處于初級的現況，并且存在很多問題。

4.1 當前配電電網自動化故障處理技術中存在的問題

當前我國的配電電網自動化故障處理技術中存在的問題主要有4 個，具體如下。（1）很多地方仍然在使用傳統的配電電網保護配置思路，即電力系統的安全正常運行為主要目標，忽視了電能穩定的重要意義，導致在使用的過程中會出現電壓不穩的現象，并且一旦發生故障往往會引發大面積的停電。（2）現在的集中式故障區隔離與恢復控制技術的穩定性和可控性受限于通信通道和主站沒有得到充分保障，使其沒有發揮出應有的功能性。（3）當前的故障檢測技術手段對接地故障的檢測較差。（4）缺乏對小電流接地故障的定位技術。

4.2 配電電網自動化故障處理技術發展趨勢

為了滿足社會生產的需要，供電必須要更加穩定。如今的用戶已不是單單需要電能可以供應，更對供電的穩定性、電能的質量和出現故障后的解決速度都有了更高的要求。而傳統的電網管理模式已經無法滿足當前用戶對供電的穩定性和質量以及安全的需求。此外，配電電網自動化故障處理技術更直接影響著電網供電的穩定和可靠，所以配電電網自動化故障處理技術未來一定會朝著更快的反應與解決速度和更靈敏的故障檢測方向發展。文中的網絡式保護技術因具備可以完成信息共享和協調保護的優點，能夠為配電電網的穩定提供重要的保障，是未來重要的發展方向之一。而文中的分布式控制方式與基于故障指示器的故障檢測及定位系統，都在一定程度上解決了現在對于接地故障檢測不靈敏、無法快速排除、恢復供電的問題。事實上，一切配電電網自動化故障處理技術的發展都是為了確保故障可以被迅速地自動化地排查出來并進行解決，從而滿足社會對穩定供電的需要[5]。

5 結論

將配電智能化，應用自動化故障處理技術等都有利于提升電網供電的穩定性和供電的質量，從而促進社會的進一步發展和進步，也符合當前的現代化供電系統發展理念。