基于配電網自動化系統實現線路故障自動隔離功能探究

孫圳 于瑞龍

(國網浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

基于配電網自動化系統實現線路故障自動隔離功能探究

孫圳 于瑞龍

(國網浙江象山縣供電公司,浙江寧波 315700)

隨著國家對電力事業的改革不斷深入,電力配電網系統逐漸走向了自動化和現代化的發展方向。而配電網自動化系統中,線路故障常常出現,不僅影響著配網系統的輸電、供電安全,更威脅著配網系統中的其他電氣設備。本文基于配電網自動化系統,就線路故障的自動隔離功能,配電網自動化系統的特點與功能進行研究,簡單闡述了基于配電網自動化系統如何來實現線路故障的自動隔離。

配電網自動化 配電網系統 線路故障 自動隔離功能

一直以來，電力供應都是保證社會生產生活正常運行的重要因素，也是推動我國經濟增長非常重要的動力。而隨著電力技術的不斷更新與發展，國家對于電網的改造力度也越來越大，配網系統逐漸走向了自動化、智能化與現代化的發展方向。配電網自動化系統的廣泛運用不僅完善了配電網很多缺點，更保障了輸配電的安全穩定。而事實上，配電網自動化系統在實際的運行過程中還存在著一些線路故障，而線路故障不止會影響配電網的正常運行，如果處理不及時進行處理，會直接影響輸配電的安全性與穩定性，造成不必要的損失。而當前一種基于配電網自動化實現線路故障自動隔離的技術發展起來，這種自動隔離功能能夠對線路進行迅速的檢測、并及時判斷故障的性質，并快速隔離故障點，以切斷故障點，并及時恢復非故障區的供電，非常適用于配電網自動化系統的線路故障處理。

1 饋線自動化系統的控制方式與功能

1.1 饋線自動化概述

饋線自動化是配電網自動化中相當關鍵的一個組成部分，也是配電自動化的基礎技術。這種技術主要指在通常的情況下，系統能夠進行遠程實時監控饋線運行狀態，包括對分段開關、聯絡開關以及饋線電流、電壓的監測。能夠實現遠程指令線路開關的合閘與分閘動作，并在線路發生故障時，準確的記錄故障并自動判別，及時隔離饋線故障區段，避免影響非故障區域的用電。

1.2 饋線自動化系統的控制方式

通常饋線自動化系統的控制方式主要有遠方控制與就地控制兩種，方式的選擇主要與配電網中的可控設備功能有關。如果是電動負荷開關，并擁有通信功能的設備，就可以通過遠程發送指令的方式來控制開關的分閘與合閘；而如果設備是重合器、分段器或者重合分段器，則開關的分閘與合閘操作都會被設定到設備的功能上，這就是我們所說的就地控制方式。而遠方控制又分為集中式與分散式兩類，其中集中式主要有SCADA系統從FTU來獲得有根據的信息后在進行判斷并作出控制，也成為主從式的控制技術。分散式就是指有FTU來向饋線系統中的開關控制設備發出操作指令，當控制器受到指令后，根據指令中的信息進行綜合的判斷并實施相關動作實現控制的技術。

1.3 饋線自動化系統的控制功能

饋線自動化對配電網運行狀態監控內容主要包括所有的主干線以及各支路線路的電壓、電流、有無做功以及功率因素等電氣參數等。饋線自動化要實現的功能主要是：要能實施監控線路的各分段開關、聯絡開關等設備，對線路分段開關與聯絡開關能進行遙控，并通過實時的狀態監測，實現遠程或者三搖功能。還要求能在線路故障時，能準確的區分故障區域與隔離區域，能進行負荷轉供與恢復供電或者網絡重構。在切除故障后，能夠在一定的約束條件下，以減少停電面積與次數，盡可能保障用戶的供電穩定并重新進行網絡結構調整。這些過程都是自動產生的，對于瞬間性的故障，系統通常因切斷電流故障消失后，會自動的重合開關并恢復對負荷的供電。

2 造成配電網自動化系統線路故障的原因

2.1 城市綠化、配電設備等造成的線路故障

隨著城市化建設進程加快的步伐，城市綠化工作得到了高度重視，然而，城市綠化工作在提高人們生活質量的同時，也給配網線路造成了一定的安全隱患，其主要體現在以下兩個方面：第二，在城市綠化建設中，由于工作人員沒有充分認到清理樹障對配網線路造成的影響，若工作人員沒有徹底清除殘存的樹枝，當遇到狂風暴雨，殘存的樹枝將會掉落在配網線路與上，這就導致容易發生線路短路、斷線等事故；另一方面，配電設備本身存在安全隱患，例如變壓器故障，由于變壓器本身存在一些安全隱患，變壓器在運行中，如絕緣子破裂、絕緣子臟亂導致絕緣電阻能力下降，這些因素都會導致配電線路閃絡和線路被燒斷，若工作人員操作不當，則可能會導致弧光短路。

2.2 外界因素造成的線路故障

第一，異物造成的線路故障，在一些城區中，大多數線路都架設在街道邊緣，當遇到惡劣的天氣時，如在大風的天氣里，線路中的一些半導體及導體(鋁箔塑料紙、油氈紙、電視天線、廢舊的錄音帶)等物質將會被吹到附近的線路上，這就會導致城市配網線路發生故障；第二，市政工程建設對配網線路造成的影響，在城市化改造中，由于地基開挖在很大程度上將會傷及到埋在地下敷設的電纜通信，并且施工物料的運輸，將會對帶電部位、桿塔造成嚴重影響，在市政工程建設規模不斷擴大的同時，也存在各類違章建筑，這嚴重威脅了配網線路的正常運行；第三，外力破壞造成的線路故障，所謂外力破壞，是指用戶不正當操作導致的配網故障，由于用戶用電設備的原因，容易導致配電線路出現低壓相見短路的問題；第四，鳥類活動造成的線路故障，由于配電線路是大多數鳥類動物的棲息地，由于大多數鳥動物喜歡在配電線路上筑巢，由于使用的樹枝長短不一，則容易發生短路故障現象，甚至可能發生跳閘的現象，尤其是樹木比較密集的地區，當配電線路出現故障后，不僅工作量比較大，故障維護難度也比較大；第五，雷擊故障，雖然城市的配電線路都架設的比較高，但是，由于城市中有大量高大的建筑物，即使安裝了避雷針，其故障發生的概率較小，但是，在避雷設施損壞的情況下，建筑中避雷針將不會起到避雷效果，這就容易發生雷擊事故。

2.3 配網管理不當造成的線路故障

在一些城區中，由于一些用戶產權設施長期處于無人管理的狀態下，甚至一些地區仍然使用技術水平較低的電力設備和沒有更換過的電力設備，由于沒有更換過的電力設備內部絕緣老化比較嚴重，配網設備比較陳舊、落后，若長期暴露在露天環境中，則極容易出現故障。由于設備種類較多，設備的質量也參差不齊，在配網過程中，如果工作人員巡視和檢查工作不到位，當出現故障時，卻不及時趕到，這就容易導致安全事故的發生，例如導線在運行過程中的磨損，設備缺陷不能得到及時消除等，若一般的缺陷擴大到緊急缺陷，將會導致設備故障事故的發生，并且由于不同設備的故障處理措施有所不一樣，這不僅增加了配網線路故障處理的時間，也在很大程度上影響了整個配網線路的安全、可靠性，因此，對于設備和技術的問題，若處理不當，則容易造成線路故障。另外，在電力營銷中，一些電力用戶銷戶為躲交電費將變壓器拆除，若變壓器中留下的高壓T接線懸掛了半空，則容易造成安全事故，對于電力管理部門來說，應對這些問題引起高度重視。

3 配電網自動化系統線路故障區段查找的原理

3.1 定位饋線故障區段

結合上文對基于需求的酒店管理系統內容框架及功能分析，對其進行系統建模設置時先要明確具體時序分析，比如按照客人辦理入住流暢，進行合理時序環節設置。這個過程中相應酒店前臺人員先要按照所出示證件對客人基本信息進行實時驗證，此期間系統界面會將客人信息傳送至控制中心，通過控制中心將客人信息與系統內數據進行實時比對，對客人歷史信息進行實時查找。如果后臺未顯示即此客人為新顧客有顯示即老顧客，此時相應人員可查詢客人偏好信息，繼而提供更加周到的客房安排服務；完成等級入住后，再將客人消費記錄做相應原有歷史數據納入。以此使系統建模時序的專業性和合理性能夠充分得以展現。

針對輻射狀以及樹狀網或者處于開環運行的環狀網情況，要判斷線路的故障區域只需要檢測饋線沿線的各個斷路器是否有故障電流流過，以此來判斷故障線路的區段。而當饋線上出現了單一的故障時，那么故障很可能就位于電源側到線路末端方向上的最后一經歷故障電流的斷路器與第一個沒有流過故障電流的斷路器之間。

3.2 定位事故跳閘斷路器

為了確定饋線中各個斷路器是否有故障電流流過，則需要在其上安裝FTU進行整定，因不是以斷路器的整定值差別來判斷并隔離故障區段的，所以可以采用多臺斷路器利用同一整定值的方法。這樣一來，即使饋線上的分段數目增多也不會對饋線造成影響。而隔離故障區段后，必須要復位越級跳閘斷路器，關鍵就是要針對事故后的跳閘斷路器來準確定位非故障的區段，并恢復非故障區域的供電。

3.3 斷路器狀態的矩陣描述

針對斷路器狀態下要進行矩陣描述，一般采用一維的矩陣運算來判斷線路中各斷路器是否有越級跳閘的現象，再利用事故跳閘的斷路器來定位矩陣，這種方式可以準確地識別線路故障上的跳閘斷路器，大大縮短了故障的定位整排時間。

3.4 “手拉手”供電線路分段斷路器保護原則

針對線路過流保護范圍內發生的故障，通常都是由線路上的分段斷路器跳閘以切斷故障電流來保護線路，而變電所出線的斷路器不會發生任何動作。其次，對于線路的速斷保護范圍內發生的故障，一般由變電所出線的斷路器跳閘以切斷故障電流，隨后再進行一次重合閘，而此時線路的分段斷路器則不會發生動作。而針對支線故障的情況，首先是支線的斷路器斷開，以切斷故障電流防止越級到主干線路上。除此之外，支線斷路器的定值應在滿足運行的條件下盡可能的減小，斷路器的跳閘時間也應盡可能的短。

4 基于配電網自動化系統的線路故障自動隔離方案

如圖1所示，是常見的線路故障處理分析，當線路在發生故障時，站內的斷路器就會自動跳閘，此時，就可以檢測到開關5出現失電壓失電流的情況，將開關5斷開，等到5跳開時，站內對斷路器進行一個重合閘，最后恢復開關5并使站內斷路器之間能正常供電。等到采取一定措施恢復供電后，再閉合開關5并聯絡開關聯系，在恢復非故障區段的供電。

以下就幾種常見的線路故障進行分析，指出具體的處理方案。如圖1所示，如果是1-2線路之間出現故障，甲變電站出接口的斷路器1第一個跳閘，此時檢測到開關2失電壓失電流，開關2跳開后，再將線路主要的信息傳達給主站。與變電站出口的1迅速重合，在故障點重合后，再次跳開，這樣一個重合閘后，主站就會根據收到的線路信息來判斷故障點的區段應該在斷路器1和開關2之間，并保持開關2斷開，以恢復非故障區段的供電。而當線路故障發生在3-4之間，且也是斷路器1第一個跳閘，在斷路器重新閉合的期間內，檢測到了開關2出現失電壓失電流的現象，所以斷開開關的期間內，要將線路的信息傳導主站，以便主站判斷。此時，斷路器1迅速進行一個重合，使得1與2之間的線路得以正常供電。開關2和3之間檢測到了故障電流，依照網絡結構原理，判斷故障點在開關3和4之間 ，隨即隔離故障帶，跳開開關3、4，最后恢復非故障區段的供電。

另一種情況，當線路故障發生在4-5之間，同樣由斷路器1第一個跳閘，在其重新閉合的期間內，檢測到了開關2出線失電壓失電流的現象，斷開開關2，并及時向主站傳遞信息。等到3s過后，斷路器1重新閉合，并恢復1-2之間的供電。此時在開關2、3、4處都檢測到了故障電流，依據網絡結構原理，可以判斷故障點在開關4、5之間，隔離故障帶后條跳開開關4，最后恢復非故障去的供電。

而當線路故障是發生在6、7之間時，而與之前不同，首先是乙變電站的斷路器9第一個跳開，在斷路器重新閉合的期間內，檢測到了開關8出線失電壓失電流的現象，跳開開關8，再向主站傳遞信息。3s后，當斷路器9重新閉合后，恢復8、9之間的正常供電。此時，在開關8、7處檢測到了故障電流，這樣一來就可以判斷故障點在6、10和7之間，斷開這幾個開關，合上開關8和聯絡開關，最后恢復非故障區的正常供電。

5 結語

總之，配電網系統走向自動化與智能化必定是未來的必然發展趨勢，而我國對于配電網的改造一直都比較重視。針對基于配電網自動化系統的線路故障自動隔離及時而言，非常適用于當前配電網自動化系統的線路故障處理，即使在實際的運用過程中有一些不足，但相信在未來的一段時間內，研究者們能夠根據配電網的實際情況，針對存在的問題采取措施，更好的改善配電網自動化系統的線路故障自動隔離功能，為人們提供更安全、就可靠的用電。

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