智能電網故障的自動化處理技術

楊 斌，胡真瑜，孫龍祥，柳 昂，林 捷

（1.湖州電力設計院有限公司，浙江 湖州 313000；2.國網浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007；3.國網浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引 言

當前，人們生產生活對電網技術的要求越來越高，為了同時保證供電量和供電穩定性，研究一套具有高效經濟性的電網故障自動處理技術就顯得非常重要。電力能源屬于應用范圍最廣的二次能源，其對發展低碳、高效的經濟社會有著非常重要的支撐作用。智能電網是現代電網發展的主要方向，其同時兼具高質量、高效率和互動性的特征。智能電網的出現大大提升了輸電線路的穩定性和供電企業的供電質量，其中發揮關鍵作用的是智能電網故障自動化處理技術。

1 智能電網自動化故障處理技術基本原理

當前的智能電網自動化故障處理技術類似于一種實時監測，主要依附于信息系統和輔助設備完成。在整個過程中，智能化系統的模擬計算功能可以實時預測潛在的故障，一旦數據異常就會發出提醒，并通過系統分析自行處理可能威脅供電穩定性的故障。通常情況下，電網自動化故障處理流程分為以下三個環節。一是在出現電網故障的瞬間完成故障開端和清除，在100 ms內由繼電保護自動化設備和高壓斷路器完成處理，相比傳統的繼電保護設備處理模式，其在安全性和故障處理效率上更高[1]。供電網發生故障時，自愈控制技術能將故障影響降到最低，并迅速恢復供電，不影響居民的正常生活。如圖1所示，自愈控制技術在不同情況下發揮不同的作用。傳統的繼電保護設備處理模式有很多限制條件，給電網功能的恢復造成了極大的阻礙，如沒有充分發揮多開關級聯優勢，會造成繼電保護大面積停電。二是判斷故障起因，快速劃分出故障區和非故障區，在故障區自動運行隔離維護，同時快速恢復非故障區正常供電。三是在確保供電服務穩定后反復排查故障隔離區，精準地找出故障點所在位置。

2 智能電網故障處理自動化技術的特征

2.1 自動化功能強，信息化程度高

智能電網的自動化技術具有強大的監視功能，能實時監測整個電網的運行狀態，同時能自主檢測和處理智能電網故障，最大化保證智能電網的供電穩定性，實現在最短時間內恢復運行。自動化技術的有效運用在很大程度上取締了人工操作，讓系統運行更加順暢。智能電網的運行狀態可以通過自動化技術及時反饋到控制中心，控制中心具有總調度和總控制的功能，可及時根據智能電網運行狀態做出調整。

圖1 電網的自愈控制范圍

2.2 供電質量提高，供電安全性增強

智能電網的自動化故障處理技術可在第一時間有效檢測電網中的安全隱患，并通過分析建立單獨的故障區域電網路段，有效控制故障的連帶性發展，進而阻斷故障大面積蔓延。快速確定故障位置是自動化技術在完成故障區隔離后的首要動作，以便針對性地分析出現故障的原因，在降低故障影響的同時保證整個電力系統的供電質量。

2.3 互動性更優化，主動性增強

智能電網自動化故障處理技術會不斷地從電網運行各個環節中收集運行數據，經過中樞分析后準確預測電網各部位的故障隱患，為后期故障排除工作提供可用信息。除此以外，自動化系統在具有超強主動性的同時還可進行人機互動操作，根據自動化檢測結果制定不同的解決方案，被賦予操作權限的工作人員可選擇性地干預系統運行狀態。

3 智能電網故障自動化處理技術

3.1 網絡式保護技術

網絡式保護技術大部分都依賴于通信網絡，其大致可分為以下兩種：一是頻繁應用于電網線路上的主從式網絡形式；二是對等式通信網絡形式，這種形式被經常應用于變電站的內部通信網絡中[2]。前者的信息獲取方式是分別從不同單元向主單元獲取，相對獨立的每個單元之間要建立通信連接必須通過主單元才能實現；后者則可以穿梭于每個單元獲取相應的通信信息。

3.1.1 主從式網絡形式保護技術

盡管電網各分部結構復雜，但就整體而言其實際上是一個總分結構，主從事網絡管理包括主模塊節點狀態和從模塊節點狀態，它們通過信號表明自身狀態，信號定義如表1所示。主從式網絡形式保護技術應用過程中，每個分部都是相對獨立的小單元。存在于電網中的每個分部都有屬于自己獨立的單元點及相對應的電線線路，且每個分部的電線路上都由很多開關控制，因此在出現故障時可以啟動開工器件的保護功能，圍繞主單元完成通信工作；同時，對有關開關器件的運行狀態信息進行收集分析，為故障點的確定提供借鑒。一般情況下采用的解決方式是調整開關器件，如果與故障相距最近的開關元器件出現跳閘，要立刻將相鄰開關轉為后備。

表1 節點中信號定義

3.1.2 對等式網絡形式保護技術

相比于主從式網絡形式，對等式網絡形式保護技術在功能性和使用性方面更為突出，但由于其應用成本過高，所以適用范圍較為有限，適用于設備集中、開關器件多、距離不遠的變電站[3]。對等式網絡形式的保護技術需要建立CAN網，通常都是通過雙絞線完成的，因為CAN網中的所有CAN接口都能與其他接口完成互聯，這對于傳輸距離很短的情況較為適用，只有雙絞線才能滿足對等式網絡形式保護技術應用的組網需求；如果傳輸距離較遠，就只能通過CAN光纖發收設備功能滿足通信可靠性和穩定性需要。針對某些對電力穩定性要求極高的地段，如住宅小區和商業中心，可大范圍地在電纜線路中應用對等式網絡保護技術。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，分布集中結構穩定，十分適合應用對等式網絡式保護技術。

3.2 自動定位故障點技術

在定位故障點技術方面，傳統方式的精準度并不是很高，且具有適用性局限，通常應用于變電站周圍電路環境較好的電路段，環境相對復雜或惡劣的區段沒有足夠的技術支撐和經濟支撐[4]。調度控制部的主站是智能電網故障自動定位的中心，監測點以此為圓心向各個電線線路上輻射，從而形成一個兼具檢測、通信和定位服務的完整系統。故障指示器和數據采集器共同組成了線路上的檢測點，通信交換機、服務器和主站軟件共同組成控制中心主站，復雜的構成使其具有定位故障、警示和查詢功能。基于計算機系統多元化功能開展網絡式分析、故障定位和故障原因分析的故障自動化處理技術是當前實際應用中最為有效可靠的方式。

3.3 自動隔離和恢復技術

故障自動化處理技術具有故障區隔離功能和非故障區恢復功能。當前應用于電力系統網中的只有常閉型開關和常開型開關。其中，常閉型開關主要出現在輸電線路上，常開型開關主要出現在變電站和饋線連接中。故障區自動隔離技術應用中的重構電網網絡，就是基于開關器件來實現的，通過分析開關器件的狀態，及時調整饋線網絡結構，這種調整又分為分布式調整和集中式調整。

3.3.1 分布式控制

分布式控制也稱就地式控制，其在完成網絡重構的過程中主要依靠的是與故障處相距最近的開關器件控制，這樣就可以在沒有電網主站和子站配合的情況下完成網絡重構，相比于集中式控制具有更高的便捷性和高效性。電網開關器件性能的不斷優化為分布式控制方式的應用奠定了堅實的基礎。分布式控制主要使用以下兩種方式完成網絡重構：第一種是利用重合器，第二種是結合應用分段器和重合器。無論哪種方式，最后的結果和效果都是一樣的，即在饋線出現嚴重性故障時，饋線電路終端會就近選擇相鄰的電路終端完成故障信息傳輸，讓故障信息在第一時間得到分析和判定，同時結合電流、電壓等數據找到故障點和故障原因，并及時將故障位置信息反饋給電路終端[5]。重合器的工作方式是完成分閘閉鎖后緊跟合閘操作，提升恢復供電的速度。由于分段器不具備斷開短路電流的功能，因此在實際使用過程中需要結合重合器，兩者功能的配合使用才能充分發揮自動化功能。

3.3.2 集中式控制

在進行網絡重構過程中，不同主體是區分分布式控制和集中式控制的關鍵。控制中心是集中式網絡控制方式實現網絡重構的主要分段，控制中心里的SCADA系統具有收集、分析、處理所有故障信息的功能。通常情況下，這個過程的故障信息傳遞都由FTU負責，借助邏輯系統通道傳到控制中心，控制中心經過一系列分析后將結果數據以命令指令的方式向外傳遞，進而恢復非故障區的供電。這種方式的有效應用對相關設備的條件要求非常高，其最大的優勢在于可以高精準施控[6]。

4 結 論

傳統修復技術的應用完全依賴于現場維修人員，通常需要很長時間來確定識別電纜、分步檢測等，而通過智能電網故障自動化處理技術能快速對故障進行處理。隨著電網通信技術和自動化技術的不斷成熟，智能自愈控制技術水平將不斷提高，一個強大而智能的電網絡將為社會提供更加可靠穩定的清潔能源。