環網箱變配電自動化系統的故障模擬試驗

沈伊韡

（上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122）

根據國家電網公司建設堅強智能電網的要求，從2006年開始，上海市電力公司全面開展配電自動化系統的建設工作。隨著一次設備的日趨成熟和網架的日趨完善，二次終端設備也隨之日趨實用、完善和穩定。目前，新型智能環網箱變不單供電可靠性高，而且普遍裝有模塊化設計的智能配電自動化終端，還可以根據監測需求，靈活配置以及擴充遙信與遙測的功能。智能環網箱變和智能配電自動化終端的使用，為配電自動化系統的建設創造了良好的基礎條件。

1 配網自動化系統的組成

為了確保上海電網安全、穩定、可靠供電，上海市電力公司7年來在浦東部分地區建設配電自動化系統，分別對10kV等級的K型、P型和WX型站的主要配網設備進行實時監控，實現部分環路分布式自愈，提升該地區的供電可靠性。

配電自動化系統主要由現場監測、實時數據傳輸和主站系統三部分組成。主站采用國電南瑞OPEN－3200配電自動化管理系統，由前置采集系統、服務器、調度員工作站、工程師工作站、通信服務器、網絡子系統、外部設備等構成。通信服務器通過網絡交換機或路由器，完成與調度SCADA系統以及其它信息管理系統的接口與互聯，采用光纜與電纜屏蔽層載波相結合方式，對永久電業站與臨時客戶站級以下的環網設備（不包括終端用戶）進行實時信息采集、數據處理、分析統計與遙信遙測。

在環網箱變內裝有JLG－02WX型故障診斷裝置，即饋線終端單元（FTU），主要由信號采集控制板、載波板、蓄電池充電管理電源板三部分組成。

1）信號采集控制板 實時采集箱變電流值和電壓值，計算三相電流和電壓有效值、有功功率、無功功率、功率因數、累計有功電量等。12路遙信DI輸入用以連接箱變內的ALPHA／M型與ALPHA／E型短路故障指示器，一旦發生短路故障，指示單元會有相應紅色翻牌顯示，并由故障指示器發送短路故障信號。

2）載波板 接收信號采集控制板通過RS－232接口發送的數據，然后以電纜屏蔽層載波方式將數據發送給變電站中主載波機，由主載波機收集各故障診斷自動化裝置數據，統一發送給調度端。故障診斷自動化裝置有6路干節點輸出功能，其中2路可選擇常開或常閉。

3）蓄電池充電管理電源板 由蓄電池、充電器和系統供電電路三部分組成，具有蓄電池故障告警功能。

2 故障模擬試驗

現以上海世博地區為例，目前園區內有214座環網箱變，共計46個環網，以環網兩側供電，箱變手拉手，中間設開斷點的方式運行［1］。故障模擬試驗設備選用上海置信和廣東順德生產的10 kV級YB型歐式全戶外環網箱變，高壓柜采用施耐德生產的RM6－IQI型環網柜，負荷閘刀帶可遙控的電機，變壓器采用上海置信生產的S11－MR－500／10型Dyn11接線變壓器，低壓斷路器采用施耐德5.3Micrologic控制器和5.2AMicrologic控制器。

2.1 設置判定條件

故障模擬試驗由配網自動化主站OPEN－3200系統的DA功能軟件處理，系統判斷條件設置為9條。①故障隔離時，單個開關操作在60s內未能分閘，則認為故障處理失敗，給出告警提示；②對故障信號進行合法性檢查，發現有誤，則告警提示，不作處理；③如果通信失效，則告警提示，并且退出故障處理軟件；④如果出現跳閘開關不在允許啟動故障處理之列，停止故障處理軟件的執行，包括：設備現場運行方式與主站定義不一致、故障信號不合法、DA功能運行方式在離線和模擬狀態下；⑤在網絡重構中，存在多個供電路徑的情況下，將以多方案的形式給出，由調度員抉擇執行；⑥參加試驗的開關均設置為遠方電動控制狀態；⑦依據DA故障判斷和故障隔離、恢復時間上的要求，K型站出線開關的遙信變位必須在3s內到達配電自動化主站；⑧FTU故障信號的變位信息必須在3s內上送，而且至少保持5min，用以確保整個故障處理能夠正常結束；⑨在K型站，DA軟件啟動條件任選，即：出線開關跳閘；出線開關分—合—分；出線開關跳閘加變電站事故總信號。

2.2 環網故障模擬試驗

故障模擬試驗主要模擬環網中發生電纜故障和母線故障兩種，測試配電自動化系統能否根據設計要求，自動定位故障，并自動進行倒閘操作，以便迅速恢復供電。以浦東臨館五所帶的71C04地塊箱變1至72C04地塊箱變2環網為例。

試驗前，環網中的23C04地塊箱變4負荷閘刀狀態為分，其余開關、閘刀狀態為合，將71C04地塊箱變1至72C04地塊箱變2環所有自動化開關置在“遠方”位置。

2.2.1 電纜故障模擬

以21C04地塊箱變3負荷閘刀至21C04地塊箱變1負荷閘刀之間電纜故障為例。開始試驗后，由FTU廠家人員為71浦東臨館五站負荷閘刀、21C04地塊箱變3負荷閘刀事故信號設置狀態為合，其余負荷閘刀事故信號設置狀態為分。在主站系統收到故障告警后，調度員通知浦東臨館五站斷開71C04地塊箱變1開關（模擬跳閘），隨后等待總指揮通知將故障信號復歸。

配電自動化系統處理過程如下：

1）定位判據 71浦東臨館五站負荷閘刀、21C04地塊箱變3負荷閘刀事故信號設置狀態為合，說明這兩個設備都有故障電流流過，軟件判定為故障在21C04地塊箱變3負荷閘刀、21C04地塊箱變1負荷閘刀之間。

2）故障隔離 系統將21C04地塊箱變3負荷閘刀、21C04地塊箱變1負荷閘刀做斷開處理，隔離故障，提供恢復供電方案。

3）故障恢復 故障上游區域供電恢復電源開關為71C04地塊箱變1，可由程序自動執行，也可人為確定執行。故障下游區域供電恢復電源開關為23C04地塊箱變4負荷閘刀、23C04地塊箱變3負荷閘刀，可由程序自動合上這2個開關；運行方式為交互運行時，則由調度員選擇方案后再執行對聯絡開關的遙控。

2.2.2 母線故障模擬

以C04地塊箱變4的10kV母線故障為例。開始試驗后，由FTU廠家人員為21C04地塊箱變2負荷閘刀故信號設置狀態為合，其余負荷閘刀事故信號設置狀態為分。在主站系統收到故障告警后，調度員通知浦東臨館五站斷開72C04地塊箱變2（模擬跳閘），隨后等待總指揮通知將故障信號復歸。

配電自動化系統處理過程如下：

1）定位判據 21C04地塊箱變2負荷閘刀事故信號設置狀態為合，21C04地塊箱變2負荷閘刀上有故障電流流過，判斷21C04地塊箱變2負荷閘刀、23C04地塊箱變3負荷閘刀之間有故障。

2）故障隔離 系統將21C04地塊箱變2負荷閘刀、23C04地塊箱變3負荷閘刀隔離，提供恢復供電方案。

3）故障恢復 故障上游區域供電恢復電源開關為72C04地塊箱變2，可由程序自動執行，也可人為確定執行。故障下游區域供電恢復在此時屬于末端故障，沒有非故障區域需要恢復。

對環網中的每一段連接電纜和箱變10kV母線，都需要進行模擬故障試驗，以便全面的測試配電自動化系統動作的正確性［2］。

3 試驗結果及分析

截至2013年7月2日，已對在役的46個箱變環網進行測試，共模擬故障試驗580次，成功439次。46個箱變環網的成功率分布狀況，如圖1所示。

圖1 環網故障模擬試驗成功率分布圖

從圖1可以看出，46個箱變環網中模擬故障試驗成功率達到100%的有10個，成功率在80%～100%之間的有13個，成功率在60%～80%之間的有16個，成功率在40%～60%之間的有6個，成功率小于40%的有1個，從準確數據計算得出的綜合成功率約為80%。

另外，還需要排除因載波通信故障而失敗的次數，除了載波通信引起配電自動化系統故障模擬試驗失敗以外，少量的繼電器故障、電纜溝漏水引起的設備故障等問題也會引起故障模擬試驗的失敗。排除這些因素在外，故障模擬試驗成功率在90%以上。

故障模擬試驗用以測試配電自動化系統動作的正確性。為了確保今后浦東地區每個區塊內配電自動化系統能夠安全、穩定運行，隨著故障模擬試驗的不斷深入，對試驗不成功、回路中曾經發生問題的載波通信設備、箱變故障診斷自動化裝置等設備，進行了維修和更換，并且重新進行故障模擬試驗。

4 結語

隨著浦東新區供電服務范圍的擴大，用電客戶及用電負荷大幅度增長，城區電網布局的日趨復雜，客戶對供電可靠性、電能質量及優質服務要求在不斷提高，使原來的運行維護方式很難適應復雜的電網，運行維護工作日益加重。因此，必須加快配電自動化系統的建設步伐，提高配電自動化系統的建設水平，將配電網設備運行信息與地理信息進行實時采集。

配電自動化系統自開始建設以來，有效地提高了城區中低壓配電網的供電可靠性，大大縮小了事故停電范圍和縮短了故障處理時間，同時也產生了巨大的經濟和社會效益。為了提高供電可靠性，改善配電網的結構，通過對環網箱變的故障模擬試驗，并結合利用先進的電子技術、計算機網絡技術，根據浦東城區的實際情況，能夠將配電網上的實時數據、用戶數據、電網結構、設備參數和地理信息等諸多信息進行綜合處理和集成，以實現配網正常運行時的控制和監測，及事故狀態下的快速故障定位、故障隔離和非故障區的恢復供電，并提供基于全封閉組合電器（GIS）的配電工作管理及設備管理。進行和規范故障模擬試驗能夠不斷實現配電網運行和管理的現代化。

配電自動化系統建設是國家電網公司建設“堅強智能電網”計劃的重要組成部分，配電自動化系統的建設和調試，必將為我國大范圍推廣配電自動化技術，建設“智能配電網”積累寶貴的經驗。

［1］瞿燕，潘毅群，黃治鐘.上海世博園區空調動態負荷預測與研究［J］.暖通空調，2008，38（10）：9－17.

［2］吳琳，周煒，沈兵兵.配電自動化幾種不同實現方式的探討［J］.電力信息化，2008，29（7）：74－77.