配網自動化中快速復電技術的應用分析

易 琛

（廣東電網天河供電局，廣東 廣州 510000）

0 引 言

在電力輸配設施故障定位和恢復過程中，受到通信通道不可靠和終端在線率低等因素的影響，導致復電不及時和故障定位不準確的情況時有發生，對快速復電工作造成了一定的阻礙。隨著電網智能化和信息化的發展，配電網絡的安全性和可靠性不斷提高，能對故障進行準確定位，及時排除故障恢復用電，整體提升了智能配電網絡的安全性和故障排除水平。

1 我國配電網絡快速復電現狀

1.1 配電網絡故障分析

1.1.1 故障類型

要想實現配電網絡的及時定位和修復，需要全面了解當前配電網絡的故障類型。按照設備故障劃分，可以分為設備自身故障和中壓線路故障；按照故障位置劃分，可以分為中壓設備故障、低壓設備故障及線路故障；按照故障原因，可以分為人為故障和自然故障。

1.1.2 故障修復時間

在配電網絡故障維修中，由于中壓故障維修難度大且技術人員需求大，同時受限于人員溝通及管理因素，導致故障修復時間相對較長。當前，在電網建設中無法實現實時監控和檢修，相關人員溝通存在問題，同時對故障的定位不夠精確，無法及時隔離故障設施和非故障設施，這些是導致復電時間較長的主要因素[1]。

1.2 配網故障快速復電現狀

首先，電網故障重復報障。配電網絡發生故障后用戶會向相關部門反映故障問題，由于電力用戶基數巨大，因此會造成故障報告人員眾多，電力部門無法在眾多數據中提取有效信息，導致出現電網故障多次累積和無效報障等情況。其次，電網故障定位不準確且耗時長。當前，電力部門配電網故障查詢多采用人力方式，沒有實現故障自動化查詢，導致故障定位不夠準確，無法及時排查故障，降低了復電效率。最后，部門之間溝通不暢，導致在配電網絡搶修時無法有效把控故障位置及故障原因，不能實現快速復電，因此對電力用戶的正常生活和工作造成了巨大的影響[2]。

2 配網自動化中快速復電技術

2.1 配網自動化快速復電系統整體方案

配電網絡出現故障時，為了保證用戶的用電質量，需要及時排除故障，快速復電。這便需要建立完善的快速復電系統。圖1是快速復電系統結構圖，其主要由狀態估計、拓撲辨識、故障定位及恢復系統組成。狀態估計是對電網信息進行篩選，挑選配電系統的不良數據，從而提升信息度的準確程度；拓撲辨識是監測不同時刻量測拓撲幾何，對配電網絡中系統拓撲錯誤進行修正；故障定位是對配電網絡中的故障進行及準確定位，可以在拓撲辨識的基礎上完成；故障恢復是排除配電網絡故障，恢復供電[3]。

圖1 快速復電系統結構圖

2.2 配電自動化快速復電關鍵技術

2.2.1 狀態估計

狀態估計是在硬件設施的支持下，運用數學算法對初級數據信息進行處理，初級數據轉化為精確度較高的數據，并將數據傳輸到各應用層。當前狀態估計一般采用最小值乘法，其公式如下：

式（1）中，x、z、h（x）分別表示狀態變量、量測量、兩側函數和權重矩陣。通過分析函數的極限值點，其中測量修正量和次迭代量如下：

式（2）（3）中，H（x）、xk、Δxk分別表示測量矩陣、狀態變量及迭代量。

在以上算法的基礎上，通過電流復制和相角狀態的估計算法，計算電網支路及各節點對應值，對支路電流、電阻復制及相角進行計算。

根據配電網絡的數據信息得到初始化節點電壓和支路電流，根據電壓和電流計量數據計算測量誤差，根據上述數據計算出示支路的電流和阻抗的幅值和相角，根據迭代量的計算值對整個計算結果進行判斷。如果計算結果符合收斂條件，則配電線路處于正常狀態；如果不符合收斂條件，需要對狀態進行重新計算。

2.2.2 拓撲辨識

拓撲錯誤是指配電網絡中開關遙信和實際位置出現偏差的情況。所有的拓撲錯誤類型中最難分辨的是開關突然斷開但未及時報告，為了解決這類問題，需要有預報功能的新息圖監測拓撲錯誤。在新息圖法中新息向量的計算公式如下：

式（4）中，Zk+1、h（xk）、Vk+1分別表示時刻量測量、估計值及新息值。

如圖2所示，利用信息向量，根據置換和疊加理論得到信息圖。要在配網自動化系統中應用新息圖法需要增加節點，每增加一個新的節點，則構成一條新的支路，利用直流模型可以對整個配電網絡的信息值進行計算，如果不考慮異常數據的干擾，可以對整個配電網絡潮流值進行計算[4]。

圖2 疊加原理圖

進行拓撲辨別時，需要充分考慮計算誤差的影響，如果配電網系統的計算信息值的絕對值較大，且估計潮流的絕對值相對較小，那么該配電網絡一定存在拓撲錯誤，需要斷開故障支路，回復其他正常線路的正常供電。如果支路的開關突然自動閉合，且沒有拓撲錯誤報告，需要核對開關斷開時的拓撲錯誤報告信息，如果支路的潮流值的絕對值較大，那么該條支路的開關處于閉合狀態。

新息圖法可以對配電網絡中多個拓撲措施進行判斷，同時能對配電網絡中數據信息的異常情況和突發負荷變化進行識別。根據以下步驟可以進行識別：（1）用測量值減去估算值就是相關量的真實新息值，并利用相關計算公式對新息值進行計算；（2）差別向量是計算新息值和真實新息值的差，通過計算差別向量，可以對配電網絡的異常狀態進行判定，因此該方法被廣泛應用于測量數據不足的配電網絡中，可以提升數據信息的精確性，保證拓撲質量。

2.2.3 故障定位

一般可以利用短路故障定位法和接地故障定位法對配電網絡的故障進行定位。

當配電網絡出現短路故障時，電流幅值明顯增加，可通過檢測電流幅值的變化對短路故障進行定位。電流法定位短路故障結構如圖3所示。利用電流法對短路故障進行定位時，要配備饋線終端裝置（Feeder Terminal Unit，FTU）和故障指示器，當線路發生短路故障時，FTU可以及時檢測到電路中的異常電流，將電流異常情況輸送到控制中心，控制中心通過對電流信息進行分析，實現故障定位。在短路故障中，將發生短路故障的線路斷開，實現故障線路有效分離，從而實現正常區域的及時復電。

圖3 電流法定位短路故障結構

對接地故障進行定位時，一般使用中電阻法。在配電線路中，在電流穩定的條件下，在中心點注入電阻，如果產生異常電流，使用饋線終端裝置檢測電流變化情況，根據電流的變化值對接地故障進行定位。

故障指示器，是在狀態估計和拓撲辨識的基礎上開發出來的，可以對線路負荷電流及帶電情況進行監控。當配電網絡發生故障時，能及時通過快速監測線路短路故障和接地故障，同時對故障進行報警，并上傳相關故障數據，保證后續故障搶修工作順利開展。當配電線路出現故障時，根據發生故障的類型采用相應的故障定位措施。短路故障和接地故障是比較常見的線路故障，可利用自適應負荷電流突變法對短路故障進行判斷。以接地故障判定為例，線路通電后30 s內，持續電流大于等于5 A或者線路對地電壓大于等于3 kV的條件下，如果出現以下故障，則可以判定為配電網絡故障：接地暫態電流的增加量大于等于30 A時，110 kV線路電流大于等于400 A；接地相電壓下降比例大于等于30%；接地相電壓下降時間大于等于40 s；界點相總電流大于等于5 A[5]。

故障指示器在當前故障定位系統中發揮著巨大的作用。例如，將饋線終端裝置安裝在高壓架空線路中，通過GPRS無線通電技術將故障位置發送到控制中心，控制中心根據回傳信息對故障區域進行定位，再將信息傳輸給一線工作人員，根據控制中心的信息對故障進行快速處理，從而大大提升故障排除效率，提高供電的連續性和可靠性。

3 實現配網自動化中快速復電的對策

要想實現配電網絡自動化中快速復電，需要建立一個多功能智能化平臺，該平臺可以對配電網絡的故障進行上傳，及時定位故障并發布故障信息，從而解決電網故障重復報障、電網故障定位難及電網部門溝通不足等問題。通過建立自動化信息查詢系統獲取準確度高的故障信息，避免因重復報障及無效報障影響電力故障排除；建立故障定位系統可以快速找到故障位置，進行針對性搶修，提高故障排除效率，實現快速復電；建立信息調配系統，將故障信息報告給維修單位或者搶修人員，通過信息調配系統將自動生產報告單并及時傳送給相關單位，提升復電效率。

4 結 論

隨著科學技術的發展，人們對電力的依賴性越來越強，因此配電網絡出現故障時快速復電對于恢復用電、提升故障維修效率、提升電力用戶滿意度有著重要的作用。通過應用配網自動化中快速復電技術，可以用最短的時間排除故障實現復電，保證供電的可靠性和安全性，保證供電質量，促進電力系統穩定發展。