冶金企業(yè)配電網(wǎng)自動化故障定位及優(yōu)化

孫海志

(河鋼唐鋼能源科技分公司，河北唐山 063000）

引言

冶金企業(yè)生產(chǎn)中配電網(wǎng)系統(tǒng)分布范圍遍布整個生產(chǎn)工藝，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，配電設(shè)備種類繁多并且規(guī)格不一，大部分二級生產(chǎn)用電設(shè)備不具備開關(guān)保護(hù)，當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障發(fā)生后，不僅要求配電網(wǎng)故障的處理要及時作出響應(yīng)，同時應(yīng)準(zhǔn)確快速地對故障進(jìn)行正確識別和精準(zhǔn)定位，并實現(xiàn)故障隔離，以最快的速度實現(xiàn)非故障區(qū)域的有效供電。應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段并積極采取優(yōu)化措施，提升配電網(wǎng)安全運(yùn)行管理水平，對配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的作用。

1 配電網(wǎng)自動化故障定位技術(shù)的內(nèi)涵分析

配電網(wǎng)自動化技術(shù)，基于一次網(wǎng)架和設(shè)備，以配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）為核心，借助計算機(jī)和電子化傳感器技術(shù)，利用光纖、載波、無線網(wǎng)絡(luò)等多元化的通信手段，達(dá)到對配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行情況的實時監(jiān)控，并同步采集其他系統(tǒng)的訊息，從而對配電網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)全過程的狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備保護(hù)、工作狀態(tài)控制等。倘若配電網(wǎng)發(fā)生故障，有關(guān)的配電自動化終端設(shè)備的故障實時信息將以數(shù)據(jù)的方式傳送到主站系統(tǒng)，主站在收到各種數(shù)據(jù)信息后，將根據(jù)故障區(qū)段定位算法自動計算并確定故障所在的區(qū)間位置，對有關(guān)的配電自動化終端設(shè)備下發(fā)操作指令，把故障區(qū)段從整條線路中分離出來，恢復(fù)其他非故障區(qū)段的正常供電。

2 配電網(wǎng)自動化故障定位存在的問題分析

根據(jù)工作實際情況，通過對配電網(wǎng)現(xiàn)狀情況摸底并進(jìn)行分析歸納，配電網(wǎng)自動化故障定位通常面臨以下問題：

（1）線路負(fù)荷分布不均衡

個別生產(chǎn)用戶由于在最初規(guī)劃過程中忽視了電網(wǎng)的配置與布局，一些用戶無法享受到充足的電力供應(yīng)，其電能質(zhì)量較差；一些用戶分布相對密集，負(fù)荷聚集于線路末端，導(dǎo)致線路布局過于繁瑣、復(fù)雜，故障定位難度較大。

（2）供電半徑不合理

由于生產(chǎn)設(shè)備的改造造成很多供電系統(tǒng)的布局規(guī)劃不合理、不科學(xué)，從而導(dǎo)致供電半徑的設(shè)置也失去科學(xué)性，部分區(qū)域供電半徑過大，而且隨著冶金企業(yè)發(fā)展區(qū)域、規(guī)模的不斷擴(kuò)大，線路越拉越長，局部線損嚴(yán)重，造成自動化定位準(zhǔn)確度下降。

（3）線路線徑相對過小

部分線路線徑相對過小，由于改造和新建線路困難，無法進(jìn)行增容改造，造成線路供電能力難以有效地配合用電負(fù)荷的增加，從而導(dǎo)致線路局部因為過電流、過電壓等而發(fā)生受損、短路等故障，發(fā)生故障的多是瞬時故障，難以準(zhǔn)確定位。

（4）自動化分段開關(guān)布點(diǎn)不合理

由于存在各種客觀影響因素和配電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動態(tài)變化，導(dǎo)致自動化分段開關(guān)未能處于最優(yōu)的位置，同時，采用無線網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸通道的自動化分段開關(guān)，由于其信號偏弱或受干擾的原因，導(dǎo)致繼保及通信功能不穩(wěn)定，影響開關(guān)動作正確率。

3 配電網(wǎng)自動化故障定位技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)用

由于在配電系統(tǒng)中存在諸多問題難以解決，為此，需要應(yīng)用科學(xué)技術(shù)手段并積極采取優(yōu)化措施，建設(shè)企業(yè)高水平的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時能夠迅速定位并隔離，從而切實提高配電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

3.1 利用重合器與分段器配合進(jìn)行故障快速定位

重合器與分段器配合使用的配電網(wǎng)自動化技術(shù)適用于輻射狀或開環(huán)運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)。該配合裝置中重合器的作用為：當(dāng)線路發(fā)生故障時，安裝在該段線路上的重合器將自動檢測故障電流并通過計算分析，在確定為故障后，重合器將自動跳閘，經(jīng)過一段時間后將自動重合。而在這段時間，分段器負(fù)責(zé)記憶重合器的分合次數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)在系統(tǒng)程序中預(yù)設(shè)的指令，使重合器完成規(guī)定次數(shù)的分合。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生瞬時故障時，重合器在達(dá)到預(yù)設(shè)的分合次數(shù)之前，線路故障已經(jīng)隔離或消除了，那么，重合器將自動恢復(fù)合閘，線路恢復(fù)供電，并且經(jīng)過一定的延時后，分段器將對記憶重合器的分合次數(shù)歸零并自動復(fù)位，以保障系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，為下一次故障自動定位做好準(zhǔn)備。而當(dāng)發(fā)生永久性故障時，重合器在達(dá)到預(yù)設(shè)的分合次數(shù)后，將確認(rèn)為永久性故障，并自動閉鎖，不再重合。與此同時，分段器也將自動分閘并閉鎖，從而對故障線路區(qū)段進(jìn)行自動隔離。由此可見，重合器與分段器配合的設(shè)備裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)故障自動定位和隔離目的，并且結(jié)構(gòu)簡單、原理易懂、使用方便，但重合器的多次重合會對配電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的沖擊傷害，特別是當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生永久性故障時，由于開關(guān)的多次分合將產(chǎn)生沖擊電流，會令饋線過載、超過負(fù)荷極限，甚至?xí)斐删€路燒毀斷線，事故擴(kuò)大。

3.2 利用FTU進(jìn)行故障快速定位

饋線監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit）簡稱FTU，其作用為:對用戶設(shè)備、環(huán)網(wǎng)柜以及開閉所等饋線配電裝置實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、監(jiān)測、控制以及故障電流的在線監(jiān)控，通過與饋線主站的通信，向主站提供配電系統(tǒng)運(yùn)行控制及管理所需要的數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站給出的對開關(guān)設(shè)備控制的調(diào)度指令，從而實現(xiàn)配電網(wǎng)自動化功能。其結(jié)構(gòu)及工作原理為：饋線監(jiān)控終端FTU 與配電網(wǎng)自動化主站以及配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)共同組成饋線自動化系統(tǒng)。當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障后，配電網(wǎng)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)將根據(jù)FTU 監(jiān)測到的故障電流及故障電壓的信息，通過運(yùn)算判斷故障發(fā)生的區(qū)域位置，并遠(yuǎn)程控制開關(guān)設(shè)備實現(xiàn)自動化故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

根據(jù)饋線配電裝置控制邏輯的不同，饋線自動化系統(tǒng)可分為主站集中型和就地型兩種；其中就地型饋線自動化系統(tǒng)根據(jù)開關(guān)設(shè)備的工作模式的不同，又可分為電壓時間型和電流電壓型。電壓時間型的饋線自動化系統(tǒng)適用于單輻射線路、手拉手環(huán)網(wǎng)和多分段多聯(lián)絡(luò)的簡單網(wǎng)架，不適用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的網(wǎng)架。由于其操作方便，適用范圍較廣，以下就以電壓時間型饋線自動化為例，對其故障處理工作過程進(jìn)行分析，分析示意圖如圖1所示。

圖1 饋線自動化（電壓時間型）故障處理分析示意圖

圖1 中S1、S2、S3、S4 等主干線分段開關(guān)都配套了饋線監(jiān)控終端FTU，在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，所有分段開關(guān)處于合閘狀態(tài)，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0開關(guān)處于分閘狀態(tài)。在配電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，例如甲線S1 開關(guān)后段線路發(fā)生故障點(diǎn)F，那么，R1、S1、S2 將自動斷開，在站內(nèi)斷路器R1 第一次重合后，根據(jù)FTU 控制器預(yù)定的邏輯延時設(shè)置，線路側(cè)S1、S2 分段開關(guān)逐級投入，但當(dāng)投到故障線路段時，控制該故障線路段的S1 開關(guān)會由于感受到故障電壓而發(fā)生再次跳閘，并產(chǎn)生閉鎖，甲線S1 開關(guān)后段線路停電，S1至S2開關(guān)段線路通過閉鎖而隔離，此時，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0開關(guān)檢測到開關(guān)其中一側(cè)的電源失壓，該聯(lián)絡(luò)開關(guān)開始延時并進(jìn)行故障確認(rèn)，延時值為故障側(cè)線路完成對故障檢測確定并閉鎖的時間，當(dāng)延時結(jié)束后，聯(lián)絡(luò)開關(guān)R0 自動合閘，與甲線環(huán)網(wǎng)的乙線通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)向甲線故障點(diǎn)F的故障后端正常區(qū)間（S2 后段線路）恢復(fù)供電。而在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時，聯(lián)絡(luò)點(diǎn)位置的R0 開關(guān)兩側(cè)電壓平衡，因而保持常開狀態(tài)。

3.3 利用故障指示器進(jìn)行故障快速定位

故障指示器結(jié)構(gòu)簡單易懂、使用普遍，通過故障指示器進(jìn)行故障定位是配電網(wǎng)自動化故障快速定位的有效手段之一。故障指示器的工作原理主要為：通過對監(jiān)測線路的電壓、電流信息進(jìn)行采集和分析，從而判斷出配電網(wǎng)中發(fā)生故障的地點(diǎn)，此外還對故障信號進(jìn)行命令、監(jiān)測和復(fù)位。具體的工作原理如圖2所示。

圖2 故障指示器工作原理圖

故障指示器通過對采集到的電壓和電流的變化情況進(jìn)行分析可以得出具體的故障類型。例如配電網(wǎng)中出現(xiàn)短路故障，那么故障指示器將自動發(fā)出對應(yīng)指令并通過通信系統(tǒng)將信號傳遞給主站，配電網(wǎng)運(yùn)維人員在接收到信息后就可以對故障進(jìn)行及時處理。圖3 所示為故障指示器工作案例分析圖，LA2 與LA3 之間的分支線上發(fā)生故障，L1-L4、LA1-LA2 均會檢測到故障電流、電壓并送故障信號給主站。

圖3 故障指示器工作案例分析圖

從圖3 案例分析圖可以看出，假設(shè)在主干線L1-L6 及分支線LA1-LA3 都安裝了故障指示器，如果LA2 至LA3 線路段出現(xiàn)短路故障點(diǎn)F，這就意味著短路故障點(diǎn)F 的電源側(cè)線路流經(jīng)了故障電流，這樣安裝在該電源側(cè)線路L1-L4 及LA1-LA2 等故障指示器都將有短路電流，這樣故障指示器將亮紅燈并發(fā)出故障信號、信息，其中只有安裝在L5、L6、LA3的故障指示器未有短路電流，無法觸發(fā)動作，根據(jù)這種逐步排查、逐步深入的方式就能對應(yīng)定位故障點(diǎn)。

4 結(jié)語

配電網(wǎng)系統(tǒng)自動化定位技術(shù)是故障定位與檢查的一項關(guān)鍵技術(shù)，具有高度的自動化、智能化特征，可以實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的定位，提高故障查找效率，確保及時、高效地發(fā)現(xiàn)故障，從而提高故障檢修效率，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行水平，確保冶金企業(yè)各生產(chǎn)用戶能夠享受到高質(zhì)量的供電服務(wù)。