淺析配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)線路故障及其應(yīng)用

李志紅

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，當(dāng)前社會最為重要的建設(shè)項目之一便是城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，這期間必然要用到用配電網(wǎng)自動化技術(shù)，其中包括饋線自動化技術(shù)以及配電管理系統(tǒng)兩方面。配電自動化及管理系統(tǒng)具有實(shí)時性好，自動化水平高，管理功能強(qiáng)之特點(diǎn)，能提高供電可靠性和電能質(zhì)量，提高對用戶的服務(wù)效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性和良好的社會綜合效益，因此，我們需要根據(jù)城區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，充分運(yùn)用當(dāng)代科技手段，提高配電網(wǎng)的管理水平。本文詳細(xì)分析了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的典型模式以及饋線網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀，指出了饋線自動化系統(tǒng)的方案設(shè)計方向。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)自動化系統(tǒng);線路故障;應(yīng)用

1 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的典型模式及組成

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)是由SCADA系統(tǒng)和配電自動化的GIS系統(tǒng)組成，當(dāng)前配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要分為無主站饋線自動化系統(tǒng)、基于主站的配電自動化系統(tǒng)以及配電綜合自動化系統(tǒng)等，首先是無主站的饋線自動化系統(tǒng)，這種模式不需要主站，利用自動化開關(guān)便可以完成全面保護(hù)措施，且當(dāng)配電線路發(fā)生故障問題時，也可以對故障進(jìn)行自動隔離，并全面恢復(fù)正常的運(yùn)行模式。其次是基于主站的配電自動化系統(tǒng)，它主要依靠安裝數(shù)據(jù)采集端以及計算機(jī)系統(tǒng)。在依靠通訊方法的前提下確保配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

2 饋線自動化功能

首先是可以監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)，其又可以被細(xì)分為正常狀態(tài)以及事故狀態(tài)兩方面，電壓幅值、電流、有功及無功功率、開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)以及電量等均屬于正常狀態(tài)。且這種監(jiān)測模式下會得出實(shí)時數(shù)據(jù)。在具備數(shù)據(jù)傳送設(shè)備時，這些數(shù)據(jù)可以達(dá)到SCADA系統(tǒng)，而在缺少傳輸設(shè)備時，則可以在監(jiān)測后進(jìn)行保存。

其次是可以控制功能，其又可以被分為遠(yuǎn)方控制以及就地控制。遠(yuǎn)方控制分為分散式以及集中式，集中式是根據(jù)所獲信息進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷進(jìn)行針對性的控制。而分散式控制則是向饋線開關(guān)設(shè)備發(fā)出信息，且在綜合判斷之后對開關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。除了以上控制方法外，在設(shè)備正常運(yùn)行模式下，還可以實(shí)行優(yōu)化控制方法，比如選擇較小的運(yùn)行方式以及在設(shè)備檢修情況下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等[1]。

再次是隔離故障區(qū)域，且可以及時恢復(fù)正常供電。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生永久性故障時，可利用開關(guān)設(shè)備的順序進(jìn)行故障區(qū)域的隔離，并在環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)負(fù)荷轉(zhuǎn)供，從而及時恢復(fù)正常供電。在發(fā)生瞬時性故障時，還可利用開關(guān)自動重合進(jìn)行恢復(fù)。

最后是無功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)電壓，配電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償裝備主要安裝在用戶端以及變電站中，變電站中可以通過自動化系統(tǒng)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，而用戶端則依靠就地控制方法。

3 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)線路故障原因

3.1 用戶設(shè)備方面

線路故障的主要原因便是用戶設(shè)備出現(xiàn)故障問題，比如部分用戶設(shè)備沒有得到及時的維護(hù)，以致出現(xiàn)老化以及絕緣性能降低等問題，增大了配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率，進(jìn)而影響了整個配電線路的正常運(yùn)行，甚至還會發(fā)生跳閘等問題。

3.2 線路設(shè)備自身方面

一方面是電纜頭的質(zhì)量較低，使用劣質(zhì)的電纜頭，以致密封性能較差，經(jīng)常出現(xiàn)接地不良問題，降低了自動化系統(tǒng)的使用性能。另一方面是配電線路沒有得到及時改造，以致出現(xiàn)線路過長、老化問題，且零值以及防雷性能差等現(xiàn)象也會增大故障的發(fā)生幾率。

3.3 外力破壞方面

夏季植物生長速度較快，以致線路與樹木之間的距離小于安全范圍，而大風(fēng)天氣會很容易折斷樹枝，這也增大了樹枝觸碰線路的幾率，以致出現(xiàn)跳閘問題。同時，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，鳥類數(shù)量也逐漸增多，而其在線路上棲息停留也成為線路跳閘的主要原因。除此之外，不規(guī)范的線路架設(shè)也會導(dǎo)致線路出現(xiàn)跳閘問題[2]。

3.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備設(shè)置方面

首先是電線桿塔的穩(wěn)定性較差，電線桿容易出現(xiàn)傾斜問題，導(dǎo)致出現(xiàn)線路故障。其次是施工質(zhì)量水平較低，線夾與設(shè)備沒有充分連接，以致線路運(yùn)行期間出現(xiàn)接頭燒毀問題。再次，保護(hù)定值數(shù)不符合實(shí)際負(fù)荷要求也會導(dǎo)致線路跳閘。最后是使用了質(zhì)量不合格的熔斷器，且沒有做好相應(yīng)的維護(hù)與更換工作，導(dǎo)致線路出現(xiàn)故障問題。

3.5 季節(jié)方面

一方面，春季經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)天氣，容易引起線路短路問題，甚至還會出現(xiàn)刮倒廣告牌等外立設(shè)施，以致觸碰線路出現(xiàn)跳閘問題。另一方面，在雷雨頻繁的天氣，線路會因雷電的襲擊而出現(xiàn)斷線甚至變壓器燒毀等問題。同時接地設(shè)施老化、絕緣子質(zhì)量問題以及人們對避雷器缺乏認(rèn)識等均屬于線路易受雷電襲擊的原因。

4 配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)線路故障的解決措施

4.1 采用配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，各項技術(shù)也不斷的提升，其中最為關(guān)鍵的便是配電網(wǎng)饋線自動化技術(shù)。但目前我國饋線保護(hù)技術(shù)仍然處于發(fā)展階段，須待進(jìn)一步完善，下面是幾種保護(hù)技術(shù)的詳細(xì)分析。

首先是過電流保護(hù)，這種保護(hù)方式較為傳統(tǒng)，屬于繼電流保護(hù)方法，受經(jīng)濟(jì)因素的影響，傳統(tǒng)配電網(wǎng)饋線主要利用電流保護(hù)方法，這種方式下采用的配電線路較短，且穩(wěn)定性較差，為了提升此保護(hù)行為的可選擇性，設(shè)計人員應(yīng)合理配合時間，從而對全線路進(jìn)行全面保護(hù)。期間主要采用反時限電流保護(hù)以及三段電流保護(hù)方法，反時限電流保護(hù)可以根據(jù)時間配合的特點(diǎn)分為不同程度的時限電流;而三段電流保護(hù)的靈活性較大，且運(yùn)行成本費(fèi)用較低，但這種電流保護(hù)主要將饋線看做一個整體，一旦饋線出現(xiàn)問題需要切斷整個供電線路，降低了供電的可靠性。同時這種方法選擇保護(hù)目標(biāo)時間較長，不但延長了故障的檢修時間，還影響了供電設(shè)備的使用壽命。

其次是重合器方式保護(hù)，這種保護(hù)方式主要在傳統(tǒng)保護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，利用重合器將饋線故障限制在一定區(qū)域范圍內(nèi)，提升了供電的可靠性，這種方法在我國的城鄉(xiāng)電網(wǎng)中使用較為頻繁。但故障出現(xiàn)后需要較長的隔離時間，且重合器多次重合下也會增大電壓負(fù)荷[3]。

最后是饋線保護(hù)，饋線自動化保護(hù)屬于效果最好的配電網(wǎng)饋線保護(hù)方法，它可以實(shí)現(xiàn)饋線自動化，利用通訊功能獲得采集信息，從而在判斷控制后對饋線實(shí)行全方位保護(hù)。同時，它還具備配電管理系統(tǒng)，利用科學(xué)的管理方法充分結(jié)合限級技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了饋線的自動化管理，這種保護(hù)方法結(jié)合了傳統(tǒng)電流保護(hù)以及重合器保護(hù)的優(yōu)勢，操作更為靈活方便，還提升了故障的解決效率，降低了供電時間，值得在此后的配電網(wǎng)系統(tǒng)中得到廣泛使用。

4.2 變電站主斷路器與饋線斷路器相結(jié)合

將饋線開關(guān)與保護(hù)開關(guān)相互結(jié)合，其各自的電源結(jié)合后會形成環(huán)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過此結(jié)構(gòu)可以滿足供電線需求。而線路開關(guān)也具備自動操作以及遙控操作等功能，微機(jī)可以有效監(jiān)控事故信息及遠(yuǎn)程裝置，主站則用于監(jiān)測配電線路及相關(guān)設(shè)備的故障問題，在明確故障位置及規(guī)模后，通過相關(guān)信號技術(shù)斷開此位置的開關(guān)。

4.3 優(yōu)化饋線自動化

當(dāng)前的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要采用調(diào)配一體的主站系統(tǒng)模式，且采用三層結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)，為此，只有在主站以及配電終端的雙向配合下，饋線自動化才可以發(fā)揮自身功能。

饋線自動化主要利用分段操作將環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的配電線路分割成不同的供電區(qū)域，當(dāng)某區(qū)域發(fā)生故障問題后，及時跳開分隔區(qū)域的開關(guān)，之后快速恢復(fù)未發(fā)生故障問題區(qū)域的供電，以防因線路出現(xiàn)故障問題導(dǎo)致整個線路發(fā)生斷電現(xiàn)象，縮短了停電范圍，也提升了供電的可靠性。

當(dāng)饋線自動化技術(shù)處理供電故障問題時應(yīng)遵循兩個基本的原則，且采用故障集中控制處理方法，配電網(wǎng)故障自動化系統(tǒng)主要分為故障檢測、定位以及隔離恢復(fù)等三方面，使用饋線自動化技術(shù)時應(yīng)將配電終端作為基礎(chǔ)的故障檢測部位，將配電子站作為核心的控制區(qū)域，由主站對全層的供電網(wǎng)絡(luò)實(shí)行全局控制。

饋線終端故障處理以及主站故障處理屬于饋線自動化故障處理的兩個方法，饋線終端故障處理主要采用DSP技術(shù)，以便在滿足故障檢測需求前提下，對電壓與電流進(jìn)行實(shí)時分樣，從而確定故障性質(zhì)，從而執(zhí)行主站及子站的故障處理命令[4]。

4.4 加強(qiáng)運(yùn)營管理

配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)項目規(guī)模較大、覆蓋面較廣，具備較大的數(shù)據(jù)量，因而線路的維護(hù)管理工作較為艱巨。在實(shí)際的配電網(wǎng)運(yùn)營管理過程中，應(yīng)由以下幾個方面做好線路的維護(hù)與保養(yǎng)工作。首先，應(yīng)指派具有豐富經(jīng)驗且熟悉配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的技術(shù)人員，從事線路的維護(hù)與保養(yǎng)工作，確保配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。其次，應(yīng)加強(qiáng)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)線路運(yùn)營、維護(hù)以及管理人員的培訓(xùn)工作，確保相關(guān)人員掌握最新的技術(shù)方法，建立一支專業(yè)素質(zhì)較高的員工隊伍，使其可以完全勝任配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)線路故障的處理工作。最后，應(yīng)制定完善可行的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)維護(hù)管理制度，促使配電網(wǎng)自動化運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化，全面提升自動化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

5 結(jié)語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電網(wǎng)自動化技術(shù)也在逐步面向智能化方向發(fā)展，且各種線路故障得到了有效解決。配電自動化及管理系統(tǒng)具有實(shí)時性好，自動化水平高，管理功能強(qiáng)之特點(diǎn)，能提高供電可靠性和電能質(zhì)量，提高對用戶的服務(wù)效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性和良好的社會綜合效益，根據(jù)城區(qū)配電網(wǎng)發(fā)展的實(shí)際情況，充分運(yùn)用當(dāng)代科技手段，提高配電網(wǎng)的管理水平。本文分析了配電網(wǎng)饋線保護(hù)的基本原理，指出了故障的保護(hù)方法，并提出了具體的方案設(shè)計，為我國供電系統(tǒng)的順利發(fā)展提供了理論保障。

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