智能分布式終端就地化控制技術的研究及應用

中國石化集團勝利石油管理局有限公司電力分公司勝南供電管理區(qū) 劉彥君

勝利油田電網是以220kV 網絡為構架、110kV 網絡為主網，35kV、10kV、6kV網絡遍布各油區(qū)的供電網絡，電網覆蓋東營、濱州、淄博3個市的12個縣區(qū)，供電范圍達3.2萬平方公里。35～220kV 各電壓等級變電所共186座，輸配供電線路1621條，線路長15345.402公里，年轉供電量70億kWh，已經達到中等地市供電網絡規(guī)模。勝利油田電網在油氣生產保障中發(fā)揮著重要作用。電網結構復雜，功率半徑大、分支多、故障頻繁。如果尋找分支點或故障點，解決故障和恢復供電需要時間，這對原油生產影響很大。

1 勝利油田現有運行配電自動化系統(tǒng)面臨的技術難題

配電網系統(tǒng)傳統(tǒng)電流保護存在的難題：當多開關串聯使用時，出現定值配合困難，容易出現誤動情況，造成停電范圍擴大。變電站出現斷路器跳閘→停電時間長，停電范圍擴大、獨立單元保護，并且只根據本地電流決定保護響應，不關心相鄰開關的保護動作情況；采取集中控制處理模式進行線路上的故障處理困難。因為故障處理依賴主站和通道，并且處理時間長、系統(tǒng)可靠性低，目前大多數沒有投入自動運行；目前傳統(tǒng)的分段器/重合器方案均不能利用信道交換信息，其動作效率低下。

2 主要研究內容

2.1 智能分布式終端就地化控制技術優(yōu)勢

綜合了電壓分段器、電流分段器、重合器等的諸多優(yōu)點，同時利用并檢測電流和電壓信號；當網絡通道完好時，可以利用通道交互信息并靈活進行快速故障隔離及處理；基于最先進的無線4G 通訊、5G 通訊及LORA 通訊，實現光纖通訊方式的快速發(fā)展；當網絡通道異常時，可依靠各個開關的整定功能實現自動的故障隔離和負荷轉供。

2.2 對配電網中壓線路的結構分析

配網線路直接連接用戶，因此配網線路的結構受用戶影響較大。一般情況下是用戶在哪里配網線路就建設到哪里。配網線路分布范圍廣、供電線路長、結構形式多樣化，因此需要包括對單輻射線路結構分析、對手拉手環(huán)網線路結構分析、對一主一備環(huán)網線路結構分析和對多電源點系統(tǒng)結構分析（微網接入）。通過對配網線路結構的分析，得出中壓配網線路的線路模型，該模型可適用于大部分的中壓配網線路。

2.3 對等式通信算法設計

線路上具備智能分布式的開關通過對等式通信共享相鄰開關之間的狀態(tài)信息來綜合判斷故障區(qū)域，包括：線路正常運行狀態(tài)下，如何實時監(jiān)測通信通道；故障切除、故障隔離、恢復供電過程中整個線路開關信息的交互內容和方式；動作過程之間的邏輯和閉鎖關系；對等式通信方式對通信延時的要求。智能分布式保護采用全新的保護協同理念，縮小了受影響用戶的范圍，避免了傳統(tǒng)保護難以實現電流和時間電平調整的困難。

2.4 智能分布式終端開環(huán)模式下智能保護算法及閉鎖邏輯設計

在線路發(fā)生故障后故障電流是由變電站流到故障點。故障區(qū)段位于最后一個經歷了故障電流的開關和第一個未經歷故障電流的開關之間。因此需要對包括故障狀態(tài)分析和故障保護判據。其中故障狀態(tài)分析包括：有故障電流流過的開關；無故障電流流過的開關；故障點兩側開關狀態(tài)分析；線路結構方式改變對判斷故障位置的影響。其中故障保護判據包括：保護動作切除過程故障的判據；隔離故障區(qū)間過程開關的動作判據；聯絡開關實現轉供過程動作判據。

根據目前分布式網絡的運行方式，智能分布式終端開環(huán)模式下智能保護算法可以分為兩種類型：對等網絡保護的開環(huán)模式和對等網絡保護的閉環(huán)模式。智能分布式保護允許為不同的交換機類型配置不同的功能。因此，智能分布式保護具有非常廣的適用性。

2.5 容錯方案的設計與分析

配電系統(tǒng)的通信網絡易受外力破壞，無線通信網絡存在數據延遲問題，導致通信異常，需要綜合考慮包括：通信異常狀態(tài)下的容錯方案；開關拒動狀態(tài)下的容錯方案；通信異常和開關拒動下的容錯方案；配電終端異常情況下的容錯方案。針對上述情況本方案設計了一套完整的容錯方案。當系統(tǒng)中某個節(jié)點或設備的外部通信通道丟失或異常時，容錯解決方案自動啟動，容錯解決方案的一組功能自動啟動并執(zhí)行，導致故障。部分被識別，可以通過快速有效地分離電源的暢通部分來實現。

3 技術路線及技術指標

智能分布式終端控制系統(tǒng)利用高速對等通信網絡共享相鄰交換機的狀態(tài)信息、可靠有效的算法處理，快速識別和隔離線路故障，實現線路無故障，該線路解決了網絡規(guī)模大、組網模式復雜、運行方式變化、分布式電源接入等影響保護的問題，實現了保護的速度和選擇性。實現智能分布式終端控制系統(tǒng)的智能分布式終端通信是通過受保護的數據網絡交換信息，而每個智能分布式終端與主站之間的通信是通過主站數據網絡進行信息交換，兩組數據網絡相互獨立互不影響。智能分布式保護采用對等通信網絡，當發(fā)生故障時線路上的智能分布式終端相互通信，為相鄰交換機收集故障信息，分析識別故障具體位置，控制離故障點最近的位置開關已激活。

圖1 技術路線示意圖

圖2 技術路線示意圖

智能分布式保護系統(tǒng)運行方式滿足快速故障處理，如下技術指標：100ms 毫秒完成故障切除；200ms 完成故障隔離；秒級完成非故障區(qū)域轉供電；容錯率＜3%。

4 結論

故障發(fā)生的瞬間故障被刪除。采用點對點通信網絡，在發(fā)生故障時終端通過信息共享從相鄰終端收集信息，分析識別故障的具體位置，有效控制就近開關的快速斷路；當智能分布式終端快斷保護跳閘時，將跳閘信息發(fā)送到相鄰的開關并與跳閘聯鎖，以識別故障點；常開觸點開關接收故障隔離信息，啟動合閘功能，恢復非故障區(qū)供電。