冶金企業配電網自動化故障定位及優化

孫海志

(河鋼唐鋼能源科技分公司，河北唐山 063000）

引言

冶金企業生產中配電網系統分布范圍遍布整個生產工藝，結構相對復雜，配電設備種類繁多并且規格不一，大部分二級生產用電設備不具備開關保護，當配電網系統的故障發生后，不僅要求配電網故障的處理要及時作出響應，同時應準確快速地對故障進行正確識別和精準定位，并實現故障隔離，以最快的速度實現非故障區域的有效供電。應用科學技術手段并積極采取優化措施，提升配電網安全運行管理水平，對配電網安全穩定運行有著十分重要的作用。

1 配電網自動化故障定位技術的內涵分析

配電網自動化技術，基于一次網架和設備，以配電網數據采集和監控系統（SCADA）為核心，借助計算機和電子化傳感器技術，利用光纖、載波、無線網絡等多元化的通信手段，達到對配電網系統運行情況的實時監控，并同步采集其他系統的訊息，從而對配電網系統實現全過程的狀態監測、設備保護、工作狀態控制等。倘若配電網發生故障，有關的配電自動化終端設備的故障實時信息將以數據的方式傳送到主站系統，主站在收到各種數據信息后，將根據故障區段定位算法自動計算并確定故障所在的區間位置，對有關的配電自動化終端設備下發操作指令，把故障區段從整條線路中分離出來，恢復其他非故障區段的正常供電。

2 配電網自動化故障定位存在的問題分析

根據工作實際情況，通過對配電網現狀情況摸底并進行分析歸納，配電網自動化故障定位通常面臨以下問題：

（1）線路負荷分布不均衡

個別生產用戶由于在最初規劃過程中忽視了電網的配置與布局，一些用戶無法享受到充足的電力供應，其電能質量較差；一些用戶分布相對密集，負荷聚集于線路末端，導致線路布局過于繁瑣、復雜，故障定位難度較大。

（2）供電半徑不合理

由于生產設備的改造造成很多供電系統的布局規劃不合理、不科學，從而導致供電半徑的設置也失去科學性，部分區域供電半徑過大，而且隨著冶金企業發展區域、規模的不斷擴大，線路越拉越長，局部線損嚴重，造成自動化定位準確度下降。

（3）線路線徑相對過小

部分線路線徑相對過小，由于改造和新建線路困難，無法進行增容改造，造成線路供電能力難以有效地配合用電負荷的增加，從而導致線路局部因為過電流、過電壓等而發生受損、短路等故障，發生故障的多是瞬時故障，難以準確定位。

（4）自動化分段開關布點不合理

由于存在各種客觀影響因素和配電網系統結構動態變化，導致自動化分段開關未能處于最優的位置，同時，采用無線網絡作為信息傳輸通道的自動化分段開關，由于其信號偏弱或受干擾的原因，導致繼保及通信功能不穩定，影響開關動作正確率。

3 配電網自動化故障定位技術的優化應用

由于在配電系統中存在諸多問題難以解決，為此，需要應用科學技術手段并積極采取優化措施，建設企業高水平的配電網自動化系統，當配電網出現故障時能夠迅速定位并隔離，從而切實提高配電網的安全運行水平。

3.1 利用重合器與分段器配合進行故障快速定位

重合器與分段器配合使用的配電網自動化技術適用于輻射狀或開環運行的配電網絡。該配合裝置中重合器的作用為：當線路發生故障時，安裝在該段線路上的重合器將自動檢測故障電流并通過計算分析，在確定為故障后，重合器將自動跳閘，經過一段時間后將自動重合。而在這段時間，分段器負責記憶重合器的分合次數，并進行統計，根據在系統程序中預設的指令，使重合器完成規定次數的分合。在配電網系統中，當發生瞬時故障時，重合器在達到預設的分合次數之前，線路故障已經隔離或消除了，那么，重合器將自動恢復合閘，線路恢復供電，并且經過一定的延時后，分段器將對記憶重合器的分合次數歸零并自動復位，以保障系統處于正常運行狀態，為下一次故障自動定位做好準備。而當發生永久性故障時，重合器在達到預設的分合次數后，將確認為永久性故障，并自動閉鎖，不再重合。與此同時，分段器也將自動分閘并閉鎖，從而對故障線路區段進行自動隔離。由此可見，重合器與分段器配合的設備裝置，能夠實現配電網故障自動定位和隔離目的，并且結構簡單、原理易懂、使用方便，但重合器的多次重合會對配電網系統造成一定的沖擊傷害，特別是當配電網發生永久性故障時，由于開關的多次分合將產生沖擊電流，會令饋線過載、超過負荷極限，甚至會造成線路燒毀斷線，事故擴大。

3.2 利用FTU進行故障快速定位

饋線監控終端（Feeder Terminal Unit）簡稱FTU，其作用為:對用戶設備、環網柜以及開閉所等饋線配電裝置實現遠距離通信、監測、控制以及故障電流的在線監控，通過與饋線主站的通信，向主站提供配電系統運行控制及管理所需要的數據，執行主站給出的對開關設備控制的調度指令，從而實現配電網自動化功能。其結構及工作原理為：饋線監控終端FTU 與配電網自動化主站以及配電網通信網絡共同組成饋線自動化系統。當配電網系統發生故障后，配電網生產調度系統將根據FTU 監測到的故障電流及故障電壓的信息，通過運算判斷故障發生的區域位置，并遠程控制開關設備實現自動化故障隔離和恢復非故障區域供電。

根據饋線配電裝置控制邏輯的不同，饋線自動化系統可分為主站集中型和就地型兩種；其中就地型饋線自動化系統根據開關設備的工作模式的不同，又可分為電壓時間型和電流電壓型。電壓時間型的饋線自動化系統適用于單輻射線路、手拉手環網和多分段多聯絡的簡單網架，不適用于結構較為復雜的網架。由于其操作方便，適用范圍較廣，以下就以電壓時間型饋線自動化為例，對其故障處理工作過程進行分析，分析示意圖如圖1所示。

圖1 饋線自動化（電壓時間型）故障處理分析示意圖

圖1 中S1、S2、S3、S4 等主干線分段開關都配套了饋線監控終端FTU，在配電網系統正常運行時，所有分段開關處于合閘狀態，聯絡點位置的R0開關處于分閘狀態。在配電網系統出現故障時，例如甲線S1 開關后段線路發生故障點F，那么，R1、S1、S2 將自動斷開，在站內斷路器R1 第一次重合后，根據FTU 控制器預定的邏輯延時設置，線路側S1、S2 分段開關逐級投入，但當投到故障線路段時，控制該故障線路段的S1 開關會由于感受到故障電壓而發生再次跳閘，并產生閉鎖，甲線S1 開關后段線路停電，S1至S2開關段線路通過閉鎖而隔離，此時，聯絡點位置的R0開關檢測到開關其中一側的電源失壓，該聯絡開關開始延時并進行故障確認，延時值為故障側線路完成對故障檢測確定并閉鎖的時間，當延時結束后，聯絡開關R0 自動合閘，與甲線環網的乙線通過聯絡開關向甲線故障點F的故障后端正常區間（S2 后段線路）恢復供電。而在配電網系統正常運行時，聯絡點位置的R0 開關兩側電壓平衡，因而保持常開狀態。

3.3 利用故障指示器進行故障快速定位

故障指示器結構簡單易懂、使用普遍，通過故障指示器進行故障定位是配電網自動化故障快速定位的有效手段之一。故障指示器的工作原理主要為：通過對監測線路的電壓、電流信息進行采集和分析，從而判斷出配電網中發生故障的地點，此外還對故障信號進行命令、監測和復位。具體的工作原理如圖2所示。

圖2 故障指示器工作原理圖

故障指示器通過對采集到的電壓和電流的變化情況進行分析可以得出具體的故障類型。例如配電網中出現短路故障，那么故障指示器將自動發出對應指令并通過通信系統將信號傳遞給主站，配電網運維人員在接收到信息后就可以對故障進行及時處理。圖3 所示為故障指示器工作案例分析圖，LA2 與LA3 之間的分支線上發生故障，L1-L4、LA1-LA2 均會檢測到故障電流、電壓并送故障信號給主站。

圖3 故障指示器工作案例分析圖

從圖3 案例分析圖可以看出，假設在主干線L1-L6 及分支線LA1-LA3 都安裝了故障指示器，如果LA2 至LA3 線路段出現短路故障點F，這就意味著短路故障點F 的電源側線路流經了故障電流，這樣安裝在該電源側線路L1-L4 及LA1-LA2 等故障指示器都將有短路電流，這樣故障指示器將亮紅燈并發出故障信號、信息，其中只有安裝在L5、L6、LA3的故障指示器未有短路電流，無法觸發動作，根據這種逐步排查、逐步深入的方式就能對應定位故障點。

4 結語

配電網系統自動化定位技術是故障定位與檢查的一項關鍵技術，具有高度的自動化、智能化特征，可以實現配電網系統故障的定位，提高故障查找效率，確保及時、高效地發現故障，從而提高故障檢修效率，提高配電網系統的運行水平，確保冶金企業各生產用戶能夠享受到高質量的供電服務。