試分析配網自動化建設對供電可靠性的影響

陳彥煒，王高賓

（張家港市供電公司，江蘇 張家港 215600）

1 配電網自動化的定義與內容

以網架和設備作為基礎條件，以現代化技術設備為手段，實現對配電網進行智能化的在線監控管理與離線的監控管理，應用系統的信息集成來實現對配電網的監測、控制和快速故障隔離，使配電網始終處于高效、可靠、優質、安全、經濟的最優運行狀態的一整套體系稱為配電網自動化。通過使用SCADA 系統的功能，可以對電網的運行情況實施監測，從而能夠提高供電可靠性和供電質量，減少停電范圍，縮短事故處理時間，提高為用戶服務的水平，簡單的可以概括為：客戶服務、配電運行、抄表、配電管理和負荷管理全部實現自動化等。

配電網自動化的主要內容包括多個自動化系統，比如面向用戶的自動化抄表系統、用戶管理系統，智能分析管理系統、地理信息系統、饋線自動化系統以及變電站自動化系統。

2 配網自動化建設中的常見故障

2.1 短路故障

短路故障是最常見的一種故障，根據短路故障影響時間的長短，又可以分析瞬時性短路故障與永久性短路故障。瞬時故障下，通常通過將斷路器重合閘既可以恢復故障，而如果重合閘斷路器不能夠恢復供電，則被認定為非瞬時性故障。

根據線路中具體的故障點，又可以將短路故障分為隔離開關短路故障、跌或式熔斷器故障、線路金屬短路故障等。

以線路金屬性短路故障為例進行分析。這種故障是因為線路中的絕緣設備損壞造成的。如瓷橫擔和絕緣瓷棒出現斷裂紋，或者起固定作用的螺絲松動，導致原來的絕緣磁棒失去了原有的絕緣和支撐線路分離的作用，進而導致線路之間相互碰撞，這樣會導致線路上的金屬短路。短路瞬間將產生較大的電動力，這個點動力也會引起線路相碰撞，造成線路金屬性短路故障。同時輸電線本身的因素也會導致該故障的產生。如線路質量不合格、線路老化、強度不滿足設計要求導致拉斷等等。在線路施工過程中，線路接觸點接觸不良等也會導致這種故障。

雷擊過電壓也會導致短路故障。10kV 架空線遭遇雷擊路事故會造成絕緣子擊穿或爆裂、配變燒毀等后果。當設備本身有缺陷時，通常會加大雷擊事故的影響，造成惡劣的后果。因此，總結以往的生產運行經驗，提高絕緣子的質量，淘汰質量不合格或者存在缺陷的尤其是P-20 針式絕緣子。此外，要提高線路的防雷等級，并針對不同的區域遭受雷電的次數多少，分別采用不同的防雷等級，對于沒有加裝避雷器的線路要及時加裝避雷器。對于導線連接器接觸不良的情況，常常是由于并溝線夾連接不是10kV 線路的連接器的最佳連接，因為這種連接方式會造成導線連接不良，當遭受強大雷擊電流的沖擊時候，往往經不住考驗。

2.2 接地故障

配電線路中的瞬時性接地故障常見的原因，如線路絕緣子臟污，這樣在空氣濕度較大的或者下雨天氣時，容易出現對地閃絡，產生接地故障，但是當空氣濕度下降后立即消失。

由于外力破壞或者線路絕緣子老化、缺陷擊穿常常引起線路永久性接地故障，同時跌落式熔斷器、線路隔離開關因絕緣老化擊穿也會引起線路永久性接地故障。在雷雨季節線路避雷器爆炸，直擊雷導致線路絕緣子炸裂，也會引起線路永久性接地故障。

3 配電網自動化技術及其對供電可靠性的影響

3.1 自動化故障定位

目前，常用的故障定位模式有兩種，分別為基于重合器或分段器的故障定位和基于FTU 的配電網故障定位。

3.1.1 基于重合器或分段器的故障定位

基于重合器或分段器的故障定位的故障處理模式，在這個過程中不需利用通信系統，因而，當配電網發生故障后，對故障的判斷、隔離以及恢復非故障區間的供電是通過分布在故障線路上的各個開關通過時序順序進行分合閘操作實現相互配合。這種故障護理方法的前提是，要預先設定每臺重合器的重合次數，一旦預設的開關的重合閘次數達到后，開關的重合閘功能將會自動閉鎖，發生故障的負荷點將會被隔離，在故障消除之前，不再進行重合閘。

將每一條饋線看作基本的單元，通過分段器與重合器的合理配合，故障發生時的工頻量將會變化，利用這個變化產生的邏輯動作，從而自動實現對故障檢測、隔離及非故障線路供電功能恢復，可以發現，由于整個故障處理過程并沒有主站、子站或者通信系統的參與，因此這種故障處理模式又具有快速，高可靠性的特點。在電力的實際生產應用中，這種故障處理模式通常又可以分為以下兩種。

（1）過流脈沖計數型分段器與重合器相互配合的模式，要想實現分閘，這種分段器需要同時滿足下述三個條件：①線路失壓、線路電流低于指定大小；②計數次數到達整定值；③故障電流超過整定的額定啟動電流值。在這三個條件同時滿足的情況下，線路就能自動分閘。

（2）電壓一時序型分段器與重合器的配合。通過控制加壓、失壓的時間長短來控制線路的分合閘，失壓分閘，加壓后延時合閘或閉鎖。

基于分段開關和重合器相配合的故障定位模式結構較為簡單，其本身不需要考慮供電電源的因素，也無須設備間的通信，因此無通信系統。這種結構成本較低，較適合于無通信網絡的偏遠地區和沒有大量資金投入的場合。

需要注意的是，采用這種模式的系統切斷故障需要的時間較長，并且不能對系統正常運行狀況下的電網負荷進行實時監控，這將造成無法準確的分析客戶用電規律，進而無法有效預測該地區的用電負荷。一旦發生停電故障時，無法快速準確的確定網絡重構的最優恢復供電方案，導致恢復供電時間較長。

3.1.2 基于FTU 的配電網故障定位

FTU 和DTU 都是智能終端設備，而FTU 通常安裝在柱上開關上，DTU 通常安裝在電纜環網柜中。它們的共同特點是具備實現配電自動化的基本的通信功能，可以與遠方配電自動化系統主站的通信，對配電設備的調節和控制。

在變電站的出口斷路器上安裝住上FTU，同時戶外饋線分段開關處也要安裝FTU。配電終端的FTU（或DTU）采集線路電流、電壓、功率、開關分合閘狀態等信息，實現對開關運行情況進行實時監控，通過可靠的網絡通信系統，將所有節點的數據采集到配電網控制中心的SCADA 系統，結合配套的處理軟件，從而將采集到的信息發送到配電自動化主站實現通信功能。在配電網系統正常工作的情況下，饋線電流、電壓情況與饋線分段開關與聯絡開關的狀態被實遠程時監控，對線路開關合閘和分閘操作也可以遠方進行，這樣配電的運行方式得以優化，這樣做也可以達到兩個目的，首先是實現現有設備容量的充分利用；其次是降低線路損耗。當配電網中發生故障以后，主站系統依托配電終端檢測到的各個節點的故障告警信息，并與開關分閘與變電站的運行信息、開關站的動作保護信息等相關內容相結合，全面的分析判斷，進而針對各種不同的情況，啟動故障處理程序，定位故障點所在的位置，確定故障的類型，進而采取措施實現故障區段隔離，并恢復非故障區段的供電。一旦計算出故障距離后，結合變電站的坐標位置，則可以確定故障點的坐標，這樣可以有效降低故障點查找的時長。

自動化故障定位的突出優點在于：它不再采用人工拉閘的操作方式進行故障點的查找和定位，也不再使用人工方式進行非故障區域的排查和恢復供電，采用計算機技術和自動化技術替代人工方式，大大縮短了故障排查的時間，同時降低了人力成本，使得平均故障停電時間指標得以有效改善。

3.2 主站自動化

3.2.1 地區變電站自動化

地區變電站自動化主要通過先進的電氣設備、電力電子器件和控制終端來實現，通過在地區變電站的各個節點安裝信息采集終端和通信設備，保證變電站內部所有設備、配電網等的運行數據都可以被實時的采集和檢測，通過通信設備將采集到的信息匯總的控制中心，在控制中心進行信息的分析、計算和處理，進而實現對整個變電站的自動化運行控制。而當分析出采集到的信息不滿足運行要求時，則可以輸出報警，通過其自動檢測并隔離發生在該地區變電站內部的故障，實現故障快速切除，恢復供電，實現地區變電站運行自動化。

這種變電站內部全節點、全過程的信息采集和監控可以迅速發現故障問題，同時也可以快速解決問題。

3.2.2 配電變電站自動化

地區變電站自動化發展的較早，也取得了較好的成果，這也引發配電變電站的自動化的升級改造。配電變電站連接用電負荷和饋線，但是因為涉及經濟因素，目前并沒有實現全面的配電變電站自動化升級，盡在有重要意義的節點，如連接重要負荷的特殊配電變電站、饋線中點、開接點等位置進行了自動化升級。

配電網自動化升級改造后，通過采用故障自動定位方式，可以實現故障的迅速隔離和遠程網絡的重構，進而可以保證快速的恢復供電。

3.3 饋線自動化

饋線自動化技術結合了配電變電站自動化、地區變電自動化以及故障定位，能夠快速的實現遠程控制，但是在遠程控制操作上仍然需要人工手動完成，同時幕后的維修人員調度也需要電力企業統一安排才能快速的解決故障。通過在配電變電站中裝設負荷開關，實現饋線自動化，系統故障自動隔離、供電自動恢復，也就是說，不需要人力調動，也不需調度中心的人工干預，單相接地短路電流可以自動切斷。大大縮短了隔離故障以及恢復供電的時間，使這兩個短時停電時間指標遠比規定值要小。因此，系統平均停電頻率指標SAIFI和系統平均停電時間指標SAIDI 指標有較大改善。

4 提高配網自動化建設中供電可靠性的措施

4.1 選擇合理的中性點接地方式

配電網絡中最主要的故障是單相接地故障，其占到電網所有故障類型的60%以上，當前，我國配電網的中性點大部分都是采取不接地的模式，這種模式當遇到電容或電流變大的情況時，其產生的電弧會很難熄滅，進而導致出現過電壓等問題。就目前來看，為了避免事故的進一步擴大，大多數情況會采取消弧線圈接地的方式進行應對過電壓。

預調式與隨調式是配電網中性點經消弧線圈接地經常使用的兩種方式。具體而言，預調式是以配電網中最大可能纏上的電容電流為依據來選取消弧線圈容量并使得中性點經消弧線圈接地。實時監測系統的運行狀態也就是隨調式，根據反饋的實時狀態來調整消弧線圈，使其處于正確的位置上，在瞬時性單相接地故障發生的時候，將消弧線圈投入使用，對電容電流進行快速補償。在電容電流變化相對穩定的地方應優先選擇預調式，在電容電流波動較大的情況下優先選擇隨調式。

4.2 提高配電網絕緣水平

近年來，我國城市綠化水平不斷地提升，輸電線和大樹之間的位置成為一大難題，由于城市的空氣高氮氧化物和高粉塵環境的存在，使得增強配電網電氣設備的絕緣性能迫在眉睫。首先應提升線路的絕緣能力，通過在絕緣子串中增加“零值”儲備增強線路的絕緣性；其次應大力宣傳采用架空的絕緣電纜，與電纜線路相比較，架空絕緣電纜是一種更為經濟劃算的方式。

4.3 防止外力破壞導致的停電事故

除了電力系統自身的因素外，一些外力因素也會導致安全隱患。對于車輛破壞的現象，應減少在路口進行安置電線桿。另外在拉線上要增加明顯的提示牌，最大程度的降低車輛撞桿、撞拉線情況的發生，并且在特殊的路段還要增加保護網。由工地施工引起的挖斷地下電纜、倒桿事故，必須在電纜敷設的地方設置醒目的標識，特殊情況下更要派專業人員在現場進行監督和指導。對于偷盜行為導致的停電事故，應加強對百姓的安全教育普及，增強人民群眾對供用電設施的安全保護意識。

5 結語

配電網自動化的建設一項復雜艱巨且需要大量資金投入的工程。在我國，區域之間的經濟不平衡，不同的省份、城市之間，甚至同一個地區的城市與農村的經濟發展也極不平衡，這導致了配電網自動化在不同地區之間的應用與覆蓋的差異。在研究配網自動化的實現方法的同時，也需要對他的可靠性進行研究和評價。本文主要研究了配網自動化對供電可靠性的影響，該研究將有效降低故障的影響范圍，縮短故障時間，提升電網的可靠性。