配電網自動化開關故障診斷方案探究

麥宇恒

(廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

1 引言

自動化、智能化作為配電網發展的重要方向，能夠從根本上減少停電故障率，縮小停電范圍。尤其是在自動化開關投入使用后，能夠從配電網狀態數據出發快速檢測系統異常，實現故障區域斷電保護，有效改善了配電網運行效益。但受設備因素、人員操作、自然環境等影響，自動化開關非常容易出現動作不到位、靈敏度不夠、設備誤動等問題，給正常輸配電產生一定的負面影響，需結合實際情況開展針對性監測和維護，以提升其可靠性和穩定性。

2 配電網自動化開關故障現狀

本次研究過程中以廣東省東莞市某區域配電網為例，對其2018-2019年的自動化開關故障情況進行統計，分析其自動化開關使用現狀、故障情況等，現結果如下。

2.1 故障概述

調查數據顯示:2017年底廣東省東莞市某區域實現全面配電網改革，形成以自動化開關為核心的智能配網體系，覆蓋率超過98%。2018-2019年該區域共出現自動化開關故障187次，其中嚴重事故7起，均造成大面積斷電且停電時間超過24h，但未導致人員傷亡，其他均為一般故障(見表1)。

表1 某區域配電網自動化開關故障情況

2.2 影響因素

(1)設計因素。配網自動化開關設計過程中選材不合理、投切動作不到位、安裝方案不達標等均會影響開關開閉效果，造成開關拒動或誤動。此外，配電網超負荷、電網架構不合理等也會影響自動化開關的穩定性和可靠性。

(2)環境因素。陽光暴曬、雨水雷電等均會影響自動化開關的性能，長此以往很容易引起關鍵零部件老化。嚴重時甚至導致開關內部閃絡，造成裝置擊穿或燒毀，加大了配電網運行的風險。

(3)人為因素。惡性操作很容易造成配電網自動化開關損壞，尤其是暴力操作，如未設置電氣保護直接操作、閉合開關等。這些操作均會影響其整體性能，部分甚至造成開關元器件受損，使其無法正常運行。

3 配電網自動化開關故障診斷方案

3.1 系統框架

配電網自動化開關故障診斷過程中可以從IED系統和DTU模塊出發，形成雙向狀態數據采集體系，對自動化開關運行過程中的數據進行處理和分析。并通過GOOSE與DTU互動，完成預警信息與配網自動化系統數據的整合，在配網自動化分析基礎上形成可靠診斷決策，其具體見圖1。

圖1 配電網自動化開關智能監測系統架構

3.2 功能實現

3.2.1 數據采集

使用傳感器、狀態檢測器等采集電流、電壓、溫度、濕度、行程參數，為系統狀態監測提供有效數據支撐。以電流數據采樣為例，將傳感器與IED系統接口連接，通過實時采樣采集自動化開關分合閘中的回路電流、時間信息等。

3.2.2 通信傳輸

使用RS485總線、通信電纜等將數據傳輸到狀態監測系統中，分析配網自動化開關設備機械特性、熱特性和絕緣特性。本系統中選用的為MODBUS規約。

3.2.3 狀態監測

(1)行程監測。該功能主要借助光柵位移曲線實現。終端將采集到的光柵位移傳感器數據以算法處理后并可視化顯示成動態的行程曲線。人員可直接根據曲線中的各點數據計算分合閘時間，分析自動化開關是否正常；

(2)電流監測。該功能則通過分合閘線圈電流采樣數據實現。按照所需情況提取采樣數據峰值、線圈電流有效值、配置信息等，對比歷史數據，確定該開關是否存在運行風險。一旦超過開關性能閾值，系統通過可視化裝置、音頻裝置等報警，提醒人員及時處理和防范；

(3)熱特性監測。將溫度傳感器安裝在各個自動化開關運行區域，根據傳感器中的數據確定電載體溫度變化情況，形成可視化溫度圖像。超過閾值后，溫度圖像呈現紅色預警；

(4)絕緣監測。該功能可通過傳感器采集前置模塊和監測IED高頻信號處理組件模塊實現，通過DSP模塊實施采樣數據分析，在CPU中對比處理，形成在線監測結果，包括設備使用年限數據、局部放電趨勢等，形成可靠判斷依據。

3.3 智能決策

按照區域中各自動化開關的實際狀況形成智能決策。該智能決策一般由專家決策和故障經驗兩部分組成，包括常見自動化開關的基本處理方案，如表2所示。

表2 智能監測系統中不同決策方案

3.4 其他功能

配電網自動化開關智能監測系統報警功能包括聲音報警、指示燈報警和圖像報警三種。根據不同功能需求分別設置，功能單元中已經說明。監測過程中系統可以實現遙信外向發布，并根據狀態評估結果形成整體的監測報告供人員查詢、調取。

4 配電網自動化開關故障處理及維護

根據智能診斷系統，人員可以快速確定配電網自動化開關的故障原因，在該基礎上對癥下藥，從而減少快速恢復區域輸配電，提升用戶用電質量。常見故障處理時可以直接采用系統決策進行針對性處理，而日常維護時則應做好:

(1)定期巡檢和維護。按照自動化開關性能指標設定日常巡檢計劃，檢查開關外觀完好狀況、開合情況等，定期開展性能測試。對出現老化的開關要及時更換，損壞開關應及時修復。

(2)增加防護保護。在鳥獸出沒地區應在自動化開關區域增設隔離網、驅鳥器等；雷電頻發區域應設置避雷針、避雷器等；潮濕區域應增設通風扇、干燥劑等。結合不同情況開展相應防護和保護，從根本上改善配電網自動化開關運行質量。

5 總結

配電網自動化開關投入使用后應按照區域情況、開關性能等做好巡檢和保護，在智能監測系統基礎上實施分析開關運行狀態，確定開關是否能夠高質量地完成輸配電調控任務。在出現故障后，應第一時間根據監測系統中的各項信息與智能決策，快速開展現場檢查和故障處理，有目的性、有針對性地展開自動化開關維修并完整記錄，以減少同類型事故發生率，從根本上推動配電網建設和發展進程。