山區(qū)配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制技術(shù)研究

吳若鷙

（廣東電網(wǎng)責(zé)任公司河源供電局 廣東 河源 517000）

前言

智能電網(wǎng)是未來電網(wǎng)的發(fā)展方向，具有融合、優(yōu)化、分布、協(xié)調(diào)、互動(dòng)、自愈等特征，其中自愈是智能電網(wǎng)的核心技術(shù)。配電網(wǎng)是連接大電網(wǎng)與電力用戶的中間環(huán)節(jié)，一旦停電將會(huì)影響用戶的正常供電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響，同時(shí)，用戶對(duì)系統(tǒng)的可靠性和電能質(zhì)量也提出了新的要求。通過對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算分析方法和人工智能手段進(jìn)行充分的分析研判，實(shí)施評(píng)估其運(yùn)行狀態(tài)，自適應(yīng)地采取相應(yīng)的控制措施，形成配電網(wǎng)的自適應(yīng)閉環(huán)機(jī)制，可顯著提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

1 適用于山區(qū)的配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)

“配電網(wǎng)故障智能診斷與自愈控制”將充分集成多數(shù)據(jù)環(huán)境，開展配電網(wǎng)故障自動(dòng)隔離和恢復(fù)功能的研究與應(yīng)用工作。重點(diǎn)研究當(dāng)配網(wǎng)中發(fā)生故障時(shí)，如何準(zhǔn)確快速地幫助調(diào)度員對(duì)故障進(jìn)行定位、隔離和恢復(fù)供電。當(dāng)檢測(cè)到故障信號(hào)時(shí)，首先由小型化的智能終端會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)故障定位，主站根據(jù)選用的模式（閉環(huán)模式還是開環(huán)模式），自動(dòng)分析和執(zhí)行隔離方案、恢復(fù)方案，亦或經(jīng)人工確認(rèn)后手動(dòng)啟動(dòng)隔離方案和恢復(fù)方案的執(zhí)行，以快速把故障從電網(wǎng)中隔離開來，恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，減少停電時(shí)間，提高供電可靠性[1]。

自愈控制程序目前已在河源供電局配網(wǎng)主站部署應(yīng)用，并完成對(duì)模擬饋線的測(cè)試工作。程序可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障準(zhǔn)確定位，故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電且策略正確。自愈功能覆蓋線路平均故障處理時(shí)間（從故障發(fā)生至非故障區(qū)復(fù)電時(shí)間）預(yù)計(jì)可縮減至120秒。

2 配網(wǎng)主站自愈控制技術(shù)思路

2.1 總體方案

在配網(wǎng)主站系統(tǒng)開發(fā)建設(shè)配網(wǎng)自愈功能，并充分考慮安全閉鎖條件，支持分饋線組投退功能，在現(xiàn)場(chǎng)部署后進(jìn)行充分的驗(yàn)證分析，以確保各項(xiàng)功能邏輯有效可靠，降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。在系統(tǒng)測(cè)試完善的基礎(chǔ)上，選擇基礎(chǔ)條件良好的區(qū)域和饋線組投入運(yùn)行，并持續(xù)閉環(huán)管控運(yùn)行和應(yīng)用情況。

處理中可以按饋線指定采用就地FA模式，并根據(jù)實(shí)際情況轉(zhuǎn)換為集中式FA模式。對(duì)于具備就地FA功能的饋線，可以設(shè)定其FA功能的投退、運(yùn)行工況的遙信標(biāo)志；當(dāng)主站檢測(cè)到饋線就地FA功能退出或運(yùn)行異常時(shí)，主站集中式FA能夠自動(dòng)接管相應(yīng)的饋線的故障處理；當(dāng)收到就地FA恢復(fù)運(yùn)行的信號(hào)時(shí)，主站集中式FA會(huì)自動(dòng)閉鎖[2]。

可以根據(jù)就地FA的部署功能，為主站FA設(shè)定不同的配合方式：

2.1.1 就地FA只定位及隔離，不恢復(fù)

就地FA只定位和隔離，這種情況下主站FA根據(jù)就地FA上送的定位、隔離信號(hào)（結(jié)果），通過集中協(xié)調(diào)分析，給出最優(yōu)的復(fù)電轉(zhuǎn)供方案，然后通過遙控，完成非故障區(qū)域的復(fù)電。

當(dāng)饋線有多個(gè)備用轉(zhuǎn)供電源時(shí)，就地FA無法根據(jù)當(dāng)前的運(yùn)行方式和負(fù)荷水平，進(jìn)行自動(dòng)靈活調(diào)整，采取最佳的復(fù)電方案，通過主站集中統(tǒng)一分析，則可以很好地解決這個(gè)問題。尤其是在負(fù)荷水平較重，無法通過單一的轉(zhuǎn)供路徑和備用電源對(duì)非故障區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行復(fù)電時(shí)，可能需要拆分、減載恢復(fù)，這時(shí)候僅依賴就地FA，也難以給出合理的恢復(fù)策略。

2.1.2 就地FA具備自愈功能，實(shí)現(xiàn)故障定位、隔離及恢復(fù)功能

這種情況下，主站FA主要起到監(jiān)視、比較、故障信息存庫的作用。主站會(huì)收集、記錄就地FA的相關(guān)信息，同時(shí)也會(huì)基于故障號(hào)進(jìn)行故障定位、隔離和恢復(fù)策略的分析，然后對(duì)就地FA和集中FA的故障定位結(jié)果、故障隔離方案、故障恢復(fù)方案進(jìn)行比較，如有差異，則給出提醒以供調(diào)度員檢查確認(rèn)[3]。主站FA同時(shí)會(huì)自動(dòng)保存收到就地FA及集中FA的各種結(jié)果、動(dòng)作信息，以備后續(xù)故障查詢和分析。

上述兩種方式中，一旦就地FA中間執(zhí)行失敗，可由調(diào)度員手動(dòng)切換到集中FA 模式，由集中FA接管完成整個(gè)故障的處理過程。

2.2 主站功能邏輯設(shè)計(jì)

主站系統(tǒng)處理故障的主要流程為：系統(tǒng)收到第一個(gè)故障電流信號(hào)即啟動(dòng)故障分析過程，并延時(shí)等待一段時(shí)間（時(shí)間長(zhǎng)度可以設(shè)定），將所有故障信號(hào)采集完整，根據(jù)采集的信號(hào)進(jìn)行分析，形成復(fù)電方案，到最終執(zhí)行。

3 適用于山區(qū)電網(wǎng)的電壓時(shí)間型自愈邏輯判斷

3.1 信號(hào)收集

配網(wǎng)主站自愈程序主要完成以下功能：（1）收集自愈程序需要的實(shí)時(shí)信息。包括：事故跳閘信號(hào)、故障保護(hù)信號(hào)、開關(guān)閉鎖信號(hào)。（2）故障信號(hào)的濾波。對(duì)于采集的閉鎖信號(hào)，還需要考慮閉鎖信號(hào)所屬開關(guān)的電流遙測(cè)，開關(guān)在故障前有值、故障后為0才認(rèn)為該閉鎖信號(hào)有效，否則過濾該信號(hào)[4]。

為保證故障信號(hào)采集正確，防止采集時(shí)間過短導(dǎo)致信號(hào)漏采，又防止采集時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致自愈處理時(shí)間過長(zhǎng)，設(shè)計(jì)故障信息緩存池。

故障信號(hào)采集規(guī)則：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)信號(hào)的命名規(guī)范，提取出與故障相關(guān)的保護(hù)信號(hào)的匹配規(guī)則，例如：過流、速斷、相間、后加速、零序、接地、閉鎖等。程序運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)掃描告警池，將符合條件的告警信息保存到緩存池中。

對(duì)每個(gè)饋線組設(shè)置等待故障信號(hào)時(shí)間T，控制饋線的故障事項(xiàng)是否采集結(jié)束。采集過程如下所示：

等待故障信號(hào)時(shí)間T為2秒，無故障信號(hào)t從0開始計(jì)時(shí)，當(dāng)采集到新信號(hào)后，t就重新開始計(jì)。t分別被sig1、sig2、sig3打斷，重新開始計(jì)時(shí)：

當(dāng)t=T，認(rèn)為采集已經(jīng)結(jié)束，開始對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理：

3.2 故障定位

饋線發(fā)生故障時(shí)，出口開關(guān)、饋線自動(dòng)化開關(guān)會(huì)依次重合，當(dāng)重合于故障區(qū)域時(shí)，故障區(qū)域兩側(cè)自動(dòng)化開關(guān)會(huì)最終跳開、并上送閉鎖信號(hào)；其余開關(guān)再次重合后，故障區(qū)域被隔離開來。電壓時(shí)間型饋線依據(jù)此動(dòng)作情況進(jìn)行故障定位，在檢測(cè)到出口開關(guān)跳閘故障，等待就地自動(dòng)化開關(guān)動(dòng)作完成后，檢測(cè)最終跳開的開關(guān)，跳開開關(guān)范圍內(nèi)的即為故障區(qū)域。

根據(jù)FTU或DTU采集到的故障信號(hào)，以及實(shí)時(shí)開關(guān)狀態(tài)、電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，確定故障發(fā)生的區(qū)域。故障定位的結(jié)果一般是一個(gè)區(qū)域，F(xiàn)TU或DTU裝置部署的越多，故障信號(hào)采集的越全，定位的范圍越小，定位結(jié)果就越精確。根據(jù)采集的開關(guān)閉鎖信號(hào)，首先確定上游閉鎖開關(guān)，如果上游開關(guān)的閉鎖信號(hào)正常上送，則程序記錄上游閉鎖開關(guān)；否則不再進(jìn)行處理。

確定故障區(qū)域：從記錄的上游閉鎖開關(guān)向下游搜索下游邊界（收到閉鎖信號(hào)的開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)）；搜索經(jīng)過的區(qū)域?yàn)楣收蠀^(qū)域。

為了安全考慮，對(duì)于下游閉鎖漏報(bào)的情況，故障區(qū)域會(huì)進(jìn)行擴(kuò)大，擴(kuò)大到聯(lián)絡(luò)開關(guān)為止。

3.3 故障隔離

在定位出故障發(fā)生的范圍后，要把故障區(qū)域從整個(gè)配電網(wǎng)中隔離開來，以免影響非故障區(qū)域的運(yùn)行。隔離通常是通過拉開故障區(qū)域的邊界開關(guān)來完成，這些開關(guān)稱為隔離開關(guān)。所有隔離開關(guān)的集合組成隔離方案。通過遙控拉開隔離方案中的所有隔離開關(guān)，即可完成故障的隔離。

電壓時(shí)間型饋線，定位方案即隔離方案。

3.4 故障恢復(fù)

因?yàn)楣收系拇嬖?，故障被定位、隔離后，通常會(huì)導(dǎo)致某些非故障區(qū)域失電，需要通過閉合一些聯(lián)絡(luò)開關(guān)，把這些失電的區(qū)域轉(zhuǎn)移到備用供電路徑上去，這個(gè)過程稱為故障恢復(fù)。故障恢復(fù)過程中要操作的開關(guān)列表，組成了恢復(fù)方案。需要注意的是，對(duì)于一個(gè)故障，可能存在多個(gè)不同的恢復(fù)方案[5]。

3.5 過載計(jì)算

對(duì)于電壓時(shí)間型饋線，只需計(jì)算下游隔離開關(guān)后側(cè)負(fù)荷轉(zhuǎn)移后是否會(huì)導(dǎo)致備用電源過載，緩存下游隔離開關(guān)故障前電流值Ig；取得備用電源的電流限值（轉(zhuǎn)電出口開關(guān)的電流限值）Imax，當(dāng)前電流值Icur；負(fù)載率：rate=(Ig+Icur)/Imax，比較轉(zhuǎn)電后負(fù)載率與允許的最大負(fù)載率，越限了則判為過濾復(fù)電策略。

如故障場(chǎng)景：故障發(fā)生在開關(guān)3與開關(guān)4之間，就地正確動(dòng)作，主站判斷開關(guān)3、4為隔離開關(guān)，開關(guān)6為復(fù)電開關(guān)。則負(fù)載計(jì)算：F01饋線需要轉(zhuǎn)供的部分為開關(guān)4到開關(guān)6之間設(shè)備，這部分負(fù)荷可由故障前開關(guān)4的電流值I4表示。開關(guān)7的最大容量由其所連的負(fù)荷的限值表示，計(jì)算故障前I4與故障后開關(guān)7電流I7的總加，是否大于負(fù)荷的限值。

4 實(shí)際運(yùn)用中可能遇到的問題及解決方法

通過對(duì)自愈故障線路開展的分析發(fā)現(xiàn)，自愈控制在實(shí)際工作中存在部分問題：1、現(xiàn)場(chǎng)條件不符合導(dǎo)致自愈無法啟動(dòng)，如現(xiàn)場(chǎng)遙控壓板退出、把手在就地等；2、主站程序運(yùn)行不夠穩(wěn)定，存在進(jìn)程掉線的情況，導(dǎo)致故障發(fā)生時(shí)無法啟動(dòng)自愈；3、線路拓?fù)湔_性不夠高，導(dǎo)致自愈定位不夠精準(zhǔn)。4、遙信上送不完整，缺少某些保護(hù)信號(hào)導(dǎo)致自愈程序無法啟動(dòng)。

針對(duì)上述問題，可采取的進(jìn)一步措施有：1、加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員的教育培訓(xùn)工作，提升專業(yè)化程度，避免自愈線路正常運(yùn)行時(shí)，壓板或把手不正確的情況；2、通過升級(jí)程序版本提高主站自愈程序運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)每天將自愈進(jìn)程運(yùn)行情況通過短信發(fā)送至自動(dòng)化值班手機(jī)中；3、添加自定義廣義饋線組設(shè)置功能，人工定義參與自愈的開關(guān)屬性，規(guī)避因拓?fù)潢P(guān)系導(dǎo)致的自愈定位不準(zhǔn)確問題；4、嚴(yán)格把控自動(dòng)化終端并網(wǎng)接入流程及配網(wǎng)主站自愈功能流程管理，并強(qiáng)化對(duì)各縣區(qū)局加快存量終端消缺速度的督促工作。

5 結(jié)語

配電網(wǎng)自愈依托多領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與集成，是一個(gè)長(zhǎng)期過程，在新技術(shù)研究和應(yīng)用的同時(shí)，應(yīng)重視已有技術(shù)的再集成創(chuàng)新和適用性技術(shù)的應(yīng)用。河源作為山區(qū)配電網(wǎng)，應(yīng)結(jié)合自身特點(diǎn)，明確主站就地協(xié)同自愈技術(shù)路線。加快饋線自動(dòng)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)線路分段節(jié)點(diǎn)及環(huán)網(wǎng)開關(guān)具備三遙功能，符合自愈接入要求。加強(qiáng)調(diào)度操作、并網(wǎng)管理、圖模質(zhì)量、保護(hù)定值和終端運(yùn)維等基礎(chǔ)管理，為提升配網(wǎng)故障自愈應(yīng)用水平提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)支撐。