配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障智能檢測(cè)技術(shù)研究

蔡思華 麥立昀 林濤聲

摘要：配電自動(dòng)化系統(tǒng)指的是一種能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控同時(shí)能夠自動(dòng)處理工作任務(wù)的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而由于各地區(qū)電網(wǎng)環(huán)境及發(fā)展水平存在差異，當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)仍存在不少薄弱點(diǎn)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢測(cè)水平難以保證配電網(wǎng)日益發(fā)展的安全需求。本文主要調(diào)研分析了當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能，并針對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)研究了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的故障檢測(cè)技術(shù)，提高了配電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：配電自動(dòng)化;故障;檢測(cè)技術(shù)

引言

配電網(wǎng)通常是指將電能經(jīng)低電壓等級(jí)變電站或變壓器降壓后通過(guò)特定的電網(wǎng)輸送給工商業(yè)及居民用戶的網(wǎng)絡(luò)，由于當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展使得社會(huì)用電量急劇增加，因此為保障穩(wěn)定可持續(xù)的用電需求，我國(guó)的配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展[1-3]。由于用戶端設(shè)備數(shù)量大、用電種類多等特點(diǎn)，因此需要依靠配電自動(dòng)化系統(tǒng)電網(wǎng)的電能進(jìn)行分配及管理，配電自動(dòng)化系統(tǒng)是保障配電網(wǎng)設(shè)備能夠被實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制的基礎(chǔ)，也是保證用戶能夠獲得安全穩(wěn)定電能的基石。配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括了電力數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理系統(tǒng)，此外也還包括了電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等。配電自動(dòng)化系統(tǒng)作為作為維持電網(wǎng)安全運(yùn)行和保障電能供應(yīng)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一，其自動(dòng)化系統(tǒng)的安全防護(hù)更是保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要助力[4-6]。

但另一方面，由于我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)電網(wǎng)地理?xiàng)l件及發(fā)展水平不一，配電網(wǎng)建設(shè)仍然存在一定短板，例如，配電網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)常面臨由于氣象或其它外力因素導(dǎo)致的短路跳閘等故障，此外由于配電自動(dòng)化系統(tǒng)中各功能子系統(tǒng)眾多，容易出現(xiàn)人員誤操作、設(shè)備系統(tǒng)交叉使用等安全問(wèn)題，使得配電網(wǎng)面臨的安全問(wèn)題更加嚴(yán)峻。

當(dāng)配電自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)安全問(wèn)題時(shí)，很可能引起系統(tǒng)或設(shè)備故障進(jìn)而導(dǎo)致更大的安全問(wèn)題。因此為了解決配電自動(dòng)化系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種安全問(wèn)題，將其對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)的影響降到最低，對(duì)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的故障檢測(cè)技術(shù)需求日益增加。此外，由于不同地區(qū)的配電網(wǎng)復(fù)雜情況不同，在故障情形下其配電網(wǎng)出現(xiàn)的故障幾率和范圍影響也不相一致，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)采用通常的事故處理手段容易導(dǎo)致故障幾率和范圍擴(kuò)大的問(wèn)題[7]。為解決配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢測(cè)問(wèn)題，本文通過(guò)研究當(dāng)前配電自動(dòng)化系統(tǒng)的主要功能及安全防護(hù)手段，提出了配電自動(dòng)化系統(tǒng)的故障智能檢測(cè)技術(shù)。

1配電自動(dòng)化系統(tǒng)

配電自動(dòng)化系統(tǒng)指的是能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)絡(luò)中的一次設(shè)備諸如線路、主變、配電箱等及二次系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)可以由運(yùn)行人員或系統(tǒng)自主進(jìn)行控制的一種高度集成的自動(dòng)化系統(tǒng)。隨著近些年配電網(wǎng)的快速發(fā)展，配電自動(dòng)化技術(shù)也逐步得到了發(fā)展和完善，同時(shí)配電自動(dòng)化技術(shù)也是計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的值綜合體現(xiàn)[8]。相比較運(yùn)維人員對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備開(kāi)展監(jiān)控和操作，采用配電自動(dòng)化系統(tǒng)具有眾多優(yōu)勢(shì)：

（1）當(dāng)配電網(wǎng)正常運(yùn)行給用戶供電時(shí)，利用配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，獲取設(shè)備運(yùn)行信息，并根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)自主對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)控優(yōu)化，能夠使電網(wǎng)在最優(yōu)方式下運(yùn)行，進(jìn)一步提高供電穩(wěn)定性;

（2）在配電網(wǎng)出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序算法快速分析，及時(shí)對(duì)故障范圍進(jìn)行排查并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，減少停電面積，縮短電時(shí)間并保證非故障區(qū)域電網(wǎng)的正常供電，有效提高了供電可靠性[9];

（3）由于工商業(yè)等用電量較大客戶存在，配電網(wǎng)的電壓和無(wú)功波動(dòng)水平較大，其對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行將產(chǎn)生顯著影響，而采用配電自動(dòng)化系統(tǒng)，可以合理開(kāi)展電容器或某些控制設(shè)備的投切，能夠有效提高電能質(zhì)量，使電網(wǎng)在更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)水平下運(yùn)行;

（4）當(dāng)夏季或冬季用電高峰時(shí)，采用配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以合理調(diào)節(jié)用電設(shè)備，控制用電負(fù)荷，保障電網(wǎng)的利用小時(shí)數(shù);

（5）配電網(wǎng)端用電客戶較多，傳統(tǒng)的電能使用采集及計(jì)費(fèi)較為費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而采用配電自動(dòng)化系統(tǒng)可以快速實(shí)現(xiàn)抄表及計(jì)費(fèi)，提高了營(yíng)銷人員的工作效率。

2 配電自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)視和控制，主要通過(guò)以下5方面功能來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的控制和處理工作：

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集功能（SCADA）。配電自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和采集功能是該系統(tǒng)的核心功能，也是其對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行各項(xiàng)控制操作的基礎(chǔ)，是服務(wù)于其它各項(xiàng)功能的前提。數(shù)據(jù)監(jiān)視與采集功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的事故報(bào)警、事件順序記憶、事故后追蹤以及遠(yuǎn)方遙控遙調(diào)等功能[10];

（2）饋線自動(dòng)化功能（FA）。配電網(wǎng)是電能輸送分配的前端，面臨的氣候及地理環(huán)境較為復(fù)雜，更容易出現(xiàn)短路等故障，而配電自動(dòng)化系統(tǒng)具備饋線自動(dòng)化功能，可以對(duì)前端供電線路出現(xiàn)的故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)及定位隔離操作，并能夠以最快速度開(kāi)展最優(yōu)供電方式。此外，饋線自動(dòng)化還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線路運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并就地開(kāi)展無(wú)功和電壓調(diào)整[11];

（3）配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件功能（DPAS）?；诘貐^(qū)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并結(jié)合輸配電網(wǎng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)及運(yùn)行模型，開(kāi)展配電網(wǎng)生命周期內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性計(jì)算分析，為地區(qū)配電網(wǎng)今后的運(yùn)行方式和發(fā)展規(guī)劃提供參考借鑒[12]。配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件功能通常包括對(duì)電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，此外還包括了電網(wǎng)的潮流和線損情況開(kāi)展分析計(jì)算，同時(shí)也具有負(fù)荷預(yù)測(cè)功能;

（4）配電管理功能（AM）。配電管理功能主要是一些輔助功能，例如提供對(duì)配電網(wǎng)的輔助作圖功能，此外，也包括具備對(duì)權(quán)限范圍內(nèi)的設(shè)備的管理及用電情況管理等功能;

（5）負(fù)荷管理功能。隨著近些年來(lái)各地用電量屢破新高，在用電高峰時(shí)能夠?qū)τ秒娯?fù)荷開(kāi)展合理規(guī)劃限制及調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式顯得尤其重要，配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的負(fù)荷管理功能即是通過(guò)開(kāi)展有序用電分析，對(duì)用電負(fù)荷開(kāi)展合理規(guī)劃，來(lái)達(dá)到削峰填谷的目的。負(fù)荷管理功能包括了降壓減載，負(fù)荷切除等方式，該部分功能通過(guò)合理調(diào)整運(yùn)行方式，保證了配電網(wǎng)在高峰用電時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)

配電網(wǎng)是電能供應(yīng)的前端網(wǎng)絡(luò)，面臨的環(huán)境較為復(fù)雜，相較于其他系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障幾率跟高，而由于配電網(wǎng)絡(luò)分布廣的特性，如何能夠準(zhǔn)確對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位是維持安全供電，保障供電可靠性的前提。當(dāng)前，配電自動(dòng)化系統(tǒng)通常采用以下三類技術(shù)對(duì)配電系統(tǒng)的故障點(diǎn)進(jìn)行定位和處理：

（1）和系統(tǒng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)相互配合，明確故障點(diǎn);

（2）在線路設(shè)備上裝設(shè)斷路器、熔斷器及重合閘設(shè)備等，保證故障點(diǎn)的切除和恢復(fù)供電;

（3）對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)裝設(shè)故障指示器。

3.1 故障指示器檢測(cè)技術(shù)

當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生正序及零序等故障電流，而故障指示器主要根據(jù)對(duì)該故障電流進(jìn)行檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的定位。常見(jiàn)的故障指示器主要應(yīng)用于架空線路、地下電纜及開(kāi)關(guān)柜母排等地，常見(jiàn)的故障指示器如圖1所示。故障指示器的工作原理是：當(dāng)配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，在變電站和故障點(diǎn)之間將會(huì)流過(guò)比較大的故障電流，而裝設(shè)了故障指示器后將會(huì)對(duì)故障電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)并指示出來(lái)[13]。

3.2 單相接地故障檢測(cè)技術(shù)

相比較故障指示器，采用單相接地故障檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用存在一定局限性，它的原理是在站點(diǎn)內(nèi)裝設(shè)一個(gè)負(fù)載設(shè)備，該設(shè)備的電阻可控，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)該負(fù)載設(shè)備自動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)投入，其將會(huì)使站點(diǎn)和故障接地點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)特殊電流，將該電流調(diào)制于故障點(diǎn)相的負(fù)載電流上，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，提前安裝的故障指示器將檢測(cè)到該電流信號(hào)，進(jìn)而定位故障點(diǎn)[14]。接地故障檢測(cè)示意圖如圖2所示。

4 總結(jié)

隨著配電自動(dòng)化系統(tǒng)的推廣使用，對(duì)于配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障檢測(cè)技術(shù)的問(wèn)題，本文通過(guò)調(diào)研分析了配電自動(dòng)化系統(tǒng)在配電網(wǎng)運(yùn)行使用中的功能和優(yōu)勢(shì)，此外也研究了配電系統(tǒng)的故障檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于保障配電網(wǎng)的正常安全運(yùn)行具有重要意義。

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