探索基于配網自動化的事故判斷失敗原因及其改進措施

殷一洲

（江蘇省電力公司蘇州供電公司,江蘇 南京 215000）

1 配網自動化的推廣與應用

配電網自動化技術（Distribution Automation Technology，簡稱“DA技術”）是利用現代電子技術、通信技術、計算機及網絡技術，將配電網實時信息、離線信息、用戶信息、電網結構參數、地理信息進行集成，構成完整的自動化管理系統，實現配電系統正常運行及事故情況下的監測、保護、控制和配電管理。它是實時的配電自動化與配電管理系統集成為一體的系統。其最終目的是提高供電可靠性和供電質量、縮短事故處理時間、減少停電范圍、提高配電系統運行的經濟性、降低運行維護費用成本，最大限度提高企業的經濟效益，提高整個配電系統的管理水平和工作效率，提升用戶服務水平[1]。

隨著我國經濟不斷發展，城市生活水平、科技水平的迅速提高，城市配網日益復雜，用戶對用電可靠性和用電質量的要求也日益提高。為此，各地相應推出了配電網自動化技術，為了統一標準，國家電網公司安全運行與發輸電運營部公布了《配電系統自動化規劃設計導則（試行）》。該方案明確了配網自動化應包括以下內容：集成SCADA和GIS功能、配網管理系統、停電管理系統、需求側響應、調度自動化功能、分布式發電管理。其中，配網管理系統又包括配電網電壓管理系統、配電網故障診斷和斷電管理系統、操作票專家系統。本文將就配電網故障診斷和斷電管理系統展開討論，重點在于對判斷失敗的幾個實例及其失敗原因進行分析和檢討。

2 DA系統判斷事故的邏輯和方法

在形式上，DA（配電網自動化）系統包括SA（變電站與配電所自動化）系統和FA（饋線自動化）系統兩個部分，由于配電網事故以線路事故為主，因此主要依靠FA系統。

FA系統是DA系統的主要組成部分，主要目的是實現故障診斷和自愈。它由饋線控制及數據檢測系統、故障診斷系統、饋線自動隔離和恢復系統組成。其中，故障診斷系統處于承上啟下的核心地位。

圖1 DA系統故障診斷邏輯圖

DA系統的故障診斷是由圖1所示邏輯實現的。一旦事故發生，安裝在配電所的DTU設備和安裝在線路的FTU設備均會產生響應，相應電流互感器會檢測到故障電流，并發出保護啟動信號。在保護未投入跳閘情況下，主要以遙信和遙測的方式由光纖通道傳輸至服務器，服務器根據電流走向將最后一級有故障電流的區域至第一級無故障電流的區域之間判斷為故障區域，并提供給調度員。調度員根據故障區域，實行隔離，然后恢復故障點前段送電，并在負荷允許時通過其他線路向故障點后段送電。同時，通知配電人員重點檢查故障區域，根據檢查結果做出相應應對[2]。

3 DA判斷失誤的原因分析與舉例

通過以上方法大多數情況下可以正確找出故障區域，從而加快故障點的發現，縮短停電時間。然而，有時也會出現判斷不正確的情況，其原因具有一定的多樣性，以下將就不同的原因各舉一例并就此展開討論。

3.1 自動化改造不全面造成DA判斷失誤

215蘇繡#1線開關跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

2014年1月14日12時34分57秒，220 kV星港變215蘇繡#1線保護動作；

2014年1月14日12時34分59秒，220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器分閘。詳情見圖2。

圖2 215蘇繡#1線配網結線簡圖

（2）配網保護信息

本次事故中沒有保護信息。

（3）DA處理記錄

2014年1月14日12時34分59秒，220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器下游線路故障，系統等待5秒接收故障信號；

2014年1月14日12時35分04秒，系統完成5秒等待開始進行故障定位；

2014年1月14日12時35分09秒，系統完成故障定位。

（4）DA故障區域判定

“215蘇繡#1線斷路器”與“英華配電所273”之間區域發生故障，導致“215蘇繡#1線斷路器”跳閘。

（5）事故處理

DA給出的事故區域判定范圍很大，對實際故障定位參考價值不大。

2014年1月14日13時40分07秒，合上220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器后，恢復送電。

（6）事故分析

本次事故線路蘇繡#1線所連接的配電所均已進行配網自動化改造，但蘇繡配電所、都市花園配電所、菁華苑配電所、都華苑配電所的保護尚未接入DTU，且不具備遙控條件。

DA處理過程中將這些沒有配置保護的配電所及相關線路與215蘇繡#1線等合成一條線路進行故障定位，從而導致DA判定出的事故區域過大。

在實際應用中此種情況最為常見，DA是基于線路范圍內的各個配電所的保護信息判定出故障區域，因而DA有效工作的前提是區域內配電所均經過改造且保護等各類功能健全。區域內配電所DA安裝不健全會導致系統將這些部分判定為一條線路，從而將給出的故障范圍擴大。要解決這個問題，最主要是完善電網自動化的配置工作[3]。

3.2 通道或工況原因致使DA判斷失誤

246海德#4線開關跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線保護動作；

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線斷路器分閘。詳情見圖3。

（2）配網保護動作信息

本次事故沒有接收到配網保護動作信息。

圖3 246海德#4線配網結線簡圖

（3）DA處理記錄

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線斷路器下游線路故障，系統等待5秒接收故障信號；

2014年2月23日16時52分21秒，系統完成5秒等待開始進行故障定位；

2014年2月23日16時52分26秒，系統完成故障定位。

（4）DA故障區域判定

“246海德#4線斷路器”與“海德魯配電所246”之間區域發生故障，導致“246海德#4線斷路器”跳閘。

（5）DA隔離恢復方案

斷開海德魯配電所246（故障隔離）；合上梁浦街南開閉所220（下游恢復）。

（6）實際事故處理

2014年2月23日17時47分21秒，斷開海德魯配電所246（故障隔離）；

2014年2月23日17時51分04秒，斷開海德魯配電所261（故障隔離）；

測量246、261間隔對地電阻后，2014年2月23日18時23分23秒，遙控合上海德魯配電所246，恢復送電。

（7）事故處理分析

實際故障為海德魯配電所261間隔與港田配電所263之間的聯絡線接地故障，事故前港田263間隔處于分閘狀態，故只需斷開海德魯261即可實現事故線路的隔離。檢修完成后，2014年2月24日15時02分03秒，遙控合上海德魯配電所261。

FA判定結果與實際不一致，是缺少海德魯配電所246、261間隔的過流保護信號所致。這是由于海德魯配電所所用電由246海德#4線供，246海德#4線跳閘后，又由于所內蓄電池質量不佳導致工況退出造成斷電。

自動化配電所工況退出也是DA判斷不準的主要原因之一，導致工況退出的原因很多，其中失去交流所用電后，蓄電池質量不佳是最常見的原因，除此以外通信光纜故障也是比較常見的原因。目前，全國其他地區采用超級電容的方式替代蓄電池，其效果尚未見到明確報道，改善蓄電池質量仍是目前亟待解決的核心問題。

3.3 多重事故造成DA判斷失敗并伴有站用電異常

221歐城#2線開關跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

第一次事故記錄：

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關保護動作；

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關分閘。

第二次事故記錄：

2014年3月2日06時07分42秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關保護動作。詳情見圖4。

圖4 221歐城#2配網結線簡圖

（2）配網保護動作信息

第一次事故保護動作記錄：

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所263開關C相過流告警動作；

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所283開關C相過流告警動作。

第二次事故的保護動作記錄：

2014年3月2日06時07分39秒，東湖大郡#8配電所244開關A相過流告警動作；

2014年3月2日06時07分39秒，歐洲城#1配電所221開關A、B相過流告警動作；

2014年3月2日06時07分39秒，歐洲城#1配電所243開關A、B相過流告警動作。

歐洲城#1配電所合上母聯開關時的記錄：

2014年3月2日07時28分59秒，東湖大郡#8配電所244開關C相過流告警動作；

2014年3月2日07時28分59秒，歐洲城#1配電所243開關C相過流告警動作。

（3）DA處理記錄

第一次事故后的DA處理記錄：

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關下游線路故障，系統等待5秒接收故障信號；

2014年3月2日04時10分30秒，系統完成5秒等待開始進行故障定位；

2014年3月2日04時10分36秒，系統完成故障定位。

第二次事故后的DA處理記錄：

2014年3月2日06時07分53秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關保護動作信號在有效時間內未匹配到開關分閘；

2014年3月2日06時16分00秒，點擊DA界面的“再次分析”按鈕后的DA處理記錄；

2014年3月2日06時16分43秒，系統完成5秒等待開始進行故障定位；

2014年3月2日06時16分49秒，獲取04：09：54時刻遙測方式數據斷面失敗；

2014年3月2日06時16分49秒，系統完成故障定位。

（4）DA故障區域判定

發生多處故障導致221歐城#2線開關跳閘，故障區域分別為：第一次事故后的DA區域判定結果為“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間區域發生故障；再次分析后的DA區域判定結果為“東湖大郡#8配電所263”“東湖大郡#8配電所265”“東湖大郡#8配電所269”“東湖大郡#8配電所273”“東湖大郡#8配電所244”之間區域發生故障。

（5）DA隔離恢復方案

第一次事故后觸發的DA隔離恢復方案未能記錄，點擊了“再次分析”后的DA隔離恢復方案為：斷開“東湖大郡#8配電所263”“東湖大郡#8配電所265”“東湖大郡#8配電所269”“東湖大郡#8配電所273”“東湖大郡#8配電所244”。

（6）實際事故處理分析

2014年3月2日05時13分09秒，斷開榮域#1配電所263（故障隔離）；

2014年3月2日05時22分14秒，斷開水墨江南#4配電所265（故障隔離）；

2014年3月2日06時07分00秒，試送221歐城#2線開關失敗，保護動作；

2014年3月2日06時47分17秒，斷開榮域#1配電所283（故障隔離）；

2014年3月2日07時16分57秒，斷開歐洲城#1配電所221（故障隔離）。

而后通過合上歐洲城#1配電所母聯、水墨江南#4配電所母聯等開關改變運行方式，由214歐城#1線送電，在處理“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間電纜故障及“221歐城#2線開關”與“榮域#1配電所283”“歐洲城#1配電所221”之間電纜故障后，合上221歐城#2線開關，并通過遙控操作恢復該區域原有運行方式。

實際故障為“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間電纜單相接地故障及“221歐城#2線開關”與“榮域#1配電所283”“歐洲城#1配電所221”之間的單相接地電纜故障。

第一次事故時，FA僅接收到榮域#1配電所的保護信號，因而給出“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間故障區域判定，是準確的，現場工作人員也及時隔離故障并嘗試恢復供電。

試送失敗時主站接收到歐洲城#1配電所和東湖大郡#8配電所的保護信號，FA因此定位故障位于東湖大郡#8配電所母線，與實際故障不符。若由實際故障推斷，“東湖大郡#8配電所244”及“歐洲城#1配電所的243、221”間隔過流保護信號可能為毛刺或者不正確整定值導致的誤動，需要檢查現場保護裝置。

（7）事故中FA的問題及建議

本次事故實際是一條線路先后發生的兩次故障導致，由于第一次事故處理過程沒有及時將FA歸檔，并在第二次事故后點擊過“再次分析”，造成FA將兩次事故合成為同一次事故，對研判造成一定影響。在以后的類似事故中，調度員可以在合上線路開關恢復送電之前先將FA記錄歸檔，這樣如果試送失敗可以更清晰地分析試送失敗原因。

本次事故中的第二次故障接收到的“東湖大郡#8配電所244”及“歐洲城#1配電所的243、221”間隔過流保護信號以及歐洲城#1配電所合上母聯開關后的一系列配網保護記錄，可能為毛刺或者不正確整定值導致的誤動，需要檢查現場保護裝置。

事故后榮域#1配電所的兩臺DTU在2014年3月2日10時左右因為電池耗盡退出，電池壽命僅在6小時左右，遠低于正常值，需要檢查原因。

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所263開關C相過流告警動作；2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所283開關C相過流告警動作；2014年3月2日06時07分39秒，東湖大郡#8配電所244開關A相過流告警動作；2014年3月2日07時28分59秒，東湖大郡#8配電所244開關C相過流告警動作。這四條過流告警未復歸。這次DA判斷不正確主要是因為多重事故發生時間間隔太短引起，目前要改善此種情況尚無較好的辦法，需待DTU設備及自動化系統進一步提高質量和技術水平才能改善。

4 結語

綜上所述，DA判斷失靈主要因自動化系統不健全、自動化配電所工況退出及短時間內多重故障互相影響引起。健全自動化網絡、提高蓄電池質量、升級自動化系統是目前值得繼續發展和研究的主要方向。其中就健全網絡自動化而言，正在不斷展開的重要工程隨著時間的推移會逐漸彌補此項缺陷。提高蓄電池質量是目前比較值得關注的方向，也是難點，遺憾的是目前隨著超級電容的普遍應用，并沒有看到提高蓄電池質量的相關科研項目，蓄電池質量未能得到明顯的改進，超級電容也沒有顯示出意料中的優越性。好在自動化系統的升級正在不斷地進行，在很大程度上可以彌補以上不足。