淺談電力系統配電自動化故障處理技術

王騰飛　呂思源

摘 要：為解決供配電過程中安全性不足、效率偏低的問題，以電力系統配電自動化為研究對象，分析電力系統配電自動化的構成，指出目前電力系統配電自動化常見的故障及其表現與原因，并據此研究這些故障的處理方法，以期為未來的電力工程中提供創新技術的形式與路徑。

關鍵詞：電力系統；配電自動化；故障處理技術

中圖分類號：TM727? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）12-0101-03

0 引言

信息時代到來后，電力系統配電自動化改變了傳統的電力調度模式，具有很強的操作便捷性。但配電自動化雖具有傳統配電方式難以比擬的優勢，但也會發生故障問題，給電力系統造成了較大風險，引發安全事故。電力企業應用配電自動化技術時，有關人員需立足實際情況，優化配電自動化技術應用路徑，將此技術與其他技術高效結合，針對可能出現的故障制定預防措施，保障電力系統配電自動化的應用效果。

1 電力系統配電自動化的構成

電力系統配電自動化中融合了許多現代化技術，為電力供應、配送和調度等工作帶來了極大的便捷。依據配電自動化建設情況，電力系統配電自動化的構成如圖1所示。

1.1 信息采集

1.1.1 配電主站層

電力配電自動化中主站層為關鍵構成部分，位于最上層，在系統中的位置以及與其他層級之間的關聯決定了其在供配電中的重要作用。電力系統運行中主站層可直接從不同子站獲取信息，通過分析采集的數據，能實時監控配電網工作狀態，及時判定各部分是否存在異常現象[1]。如主站層能正常工作，不僅能提高配電網運行效率，還能保障系統最佳的運行狀態，確保安全性。

1.1.2 配電子站層

個別區域內的電力用戶多、用電量龐大，為滿足高效供配電需求，電力系統配電自動化的構成十分復雜，其中包含了諸多的構成要素。結合電網構成，配電子站層必不可少。因為在配電系統運行過程中，必須向主站層輸入信息。但直接輸入模式，需在配電系統中設置多個通信端口，無形中增大了設備負荷，而設置子站層可有效解決這一問題。

當子站層投入使用后，系統可自動收集每一配電區域內的數據，經過專業化處理后將數據傳輸到主站層，主站層進一步分析數據，判定系統是否存在故障。無故障時，直接向子站層發送操作指令；有故障時，要先排查和處理故障。

1.1.3 終端設備層

配電網中終端設備層配備有多種現代化設備，在這些設備的相互配合下，不僅能精準控制系統，還能同步采集系統內的各種數據，為子站層提供更為完整、準確的數據。系統運行期間終端設備層需精準執行主站和子站發出的操作指令。

1.2 饋線自動化

電力系統配電自動化也體現在饋線自動化方面。因為有饋線自動化技術的支持，在供配電過程中能自動采集數據，并完整系統中各設備的狀態監測，依據采集的數據，完成線路開關的自動開閘與合閘操作。一旦配電網在運行期間的負荷分布不均，自動化模塊需根據已有信息，自動調節負荷分配，以保障配電系統的可靠運行。即使配電系統運行期間存在故障，饋線自動化也能在識別到故障的第一時間，立即切斷發生故障的部分，避免故障在短時間內擴大到更大范圍，通過形成故障區與非故障區，為故障處理創造理想條件。

2 電力系統配電自動化中的常見故障

2.1 自動化處理故障

信息技術、人工智能等技術雖能有效促進配電自動化，但在電力系統配電自動化運行中卻常常面臨諸多問題。比較典型的問題為自動化處理故障，這類故障主要由電力系統結構設計不合理、技術水平偏低、設備性能不佳等引發，從而造成配電自動化難以及時準確地識別和處理故障，導致自動化模塊的響應速度慢、動作失效。

2.2 框架保護動作

電力系統配電網自動化的故障類型多且原因也相對多樣，框架保護動作一般發生在電流型框架保護中。配電系統運行期間一旦框架泄漏，設備保護動作將使直流、交流進線開關出現跳閘現象。但即使如此，直流饋線開關依舊能維持在正常的運行狀態下，能直接通過直流母線，使接觸網具備跨區域供電條件。此情況下配電網另一框架泄漏將出現保護動作，直流、交流進線開關、整流變交流開關均跳閘，配電自動化故障更為嚴重，供電過程中易出現安全事故[2]。如果在配電網中采用負極拒電壓的電壓型框架，一旦整流電流變為電流，直流進線、饋線開關的動作都有異常現象，動作失效或者動作錯誤。

2.3 環網電纜故障

環網電纜故障的出現頻次高，造成的危害較大，如在實際的工作中未有效預防這類故障，將給供配電帶來十分不利的影響，使電力企業遭受重大損失。結合實際的工作情況，環網電纜出現故障的情況下，一旦有關模塊識別到異常問題，線路差動將快速啟動保護動作，引起跳閘。一旦電纜進線異常，變電所35 kV母線開關將自投，給供配電帶來異常風險。

2.4 配電終端通信中斷

配電終端為電力系統中的重要構成，其需要收集大量的信息，一旦其通信異常，將難以向上層傳輸數據，導致整個電力調度受到一定的影響。一般來說，通信光纜、ONU、OLT故障易引起通信異常，在實際的工作中有關人員必須定期、不定期檢查通信情況。

3 電力系統配電自動化故障處理

3.1 配電網自動化故障處理

針對配電自動化處理故障，在實際的工作中需合理應用就地智能、分布智能與集中智能技術。就地智能故障自動處理技術不需要借助通信，也不需要配電自動化主站參與，只需要采集本地信息并控制本地執行機構即可處理故障。其一般分為繼電保護、自動重合閘、備自投幾種。

分布智能故障自動處理技術無需配電自動化主站參與，一般分為無通道、有通道分布智能故障自動處理技術兩種。前者無需通信手段即可處理故障，電壓時間型饋線自動化技術、合閘速斷型饋線自動化技術相對常見。后者需借助通信手段來處理故障，比較常用的技術為鄰域交互快速保護技術。

集中智能故障自動處理技術需利用相應的通信手段來處理故障，在一定的通信技術支持下，將各配電終端采集的故障信息傳送到配電自動化主站，以這些信息作為基準，集中智能處理故障。

在配電網自動化故障處理中，也需要根據故障類型來選擇恰當的故障處理技術。以相間短路故障為例，針對此故障的自動處理，可利用繼電保護動作驅動某一斷路器跳閘來實現。繼電保護可配合的級數有限，僅能粗略隔離和定位故障區域，在繼電保護下故障上游區域的供電不受影響，但難以恢復故障下游健全區域的供電。自動重合閘不具備故障定位、隔離功能，但在出現瞬時故障時，能快速恢復全部或部分饋線段的供電。

3.2 框架保護動作故障處理

許多公共設施的電力系統較為復雜，比如地鐵線路，為符合安全供電要求，變電所至少要配備2個電流保護裝置。當電力系統投入使用后，如果整流器出現異常，系統將立即啟動保護裝置，直交流進線開關出現跳閘時可間接保護線路。但因為直流饋線開關無跳閘現象，將伴隨著跨區供電條件，供電不受影響。一旦直流開關柜發生故障，直流饋線、直流與交流進線、相鄰變電所直流饋線等均同步產生跳閘動作，電力系統將進入異常供電狀態。

3.3 環網電纜故障處理

許多因素都會誘發環網電纜故障，如在電力系統配電自動化過程中出現了環網電纜故障，最為關鍵的就是要確定故障類型及原因，以制定更為有效的解決措施。當環網電纜異常時，電纜兩側開關自動跳閘，切除電纜故障，形成故障區與非故障區。35 kV母線開關遇到自投現象時，由一路進線來滿足供電要求。如果技術人員檢查母聯開關時無自投現象，應立即合閘。但如果在電纜頭部可明顯看到電暈，或者有一定的機械損傷現象，有關人員則需要根據實際情況對該段電纜實施跳閘處理，并切除此段電纜，使其作為進線，創造變電所開關自投條件。

3.4 配電終端通信中斷故障

配電終端通信中斷故障對供配電的影響也相對較大，如配電網中出現了此類故障，應立即安排專人檢查整個通信情況。如經過檢查后發現DTU失電，則需要再排查空氣斷路器、配電房電壓互感空氣斷路器是否閉合。如其均處于正常位置，則需進一步判定互感器柜熔絲是否熔斷，檢查DTU供電端子。有關人員若借助萬用表檢查端子的正負極電壓為48 V，說明無任何異常，但如電壓值過大或者過小，則說明存在異常現象，需緊固端子。緊固端子后如依舊供電異常，說明此故障可能由DTU電壓轉換裝置問題所引發，此時相關人員需立即將此問題上報給有關部門，由該部門安排專人來處理。

一些情況下配電終端電源板上有問題，需要準確判定故障類型，并解決故障。同樣可采用上述方式。如DTU電源指示燈正常，有關人員需檢查通信網線是否有斷開問題，插入是否符合規定，并同步檢查DTU死機、ONU過熱，如無異常情況，重新啟動系統。如DTU投入時間短，在早期有掉線問題，有關人員需遵循行業要求重新設置主站配置波特率、IP地址。考慮到OLT服務異常可能因變電站其他工作所引起，在具體工作中相關人員需動態監測變電站工作，督促相關人員執行操作規范，避免錯誤操作現象。

4 配電自動化故障處理相關措施

4.1 確定故障源頭

近年來，配電自動化建設雖取得了一定的成就，但其整體水平還相對偏低，在系統投入使用后的故障頻發，嚴重干擾了正常的供配電。為此，相關人員需根據電力需求，合理優化配電網絡線路，提高線路的電力輸送能力。如配電自動化投入使用后發生故障，相關人員必須分析造成此故障的源頭性因素。在鎖定了該因素后，需采用新技術、新設備，以改變原先的電網結構和電力調度方式。

4.2 判斷故障類型

電力系統配電自動化中涉及了多種專業化設備，想要減小故障造成的損失，降低風險，電力企業必須構建完善的配電自動化管理制度，重視安全管理。電力系統配電自動化建成初期，有關技術人員需進行試運行，根據運行過程及結果，預測后續投入使用后可能出現的問題，針對幾種故障制定對應的解決措施。

配電自動化電路系統中一旦出現故障，自動化系統需率先整合與分析數據，分析故障問題的類型，并及時切斷故障電路或者設備，將故障設備與非故障設備隔離開來。當相關人員解決了設備故障后，再重新啟動設備，將此設備與其他設備之間建立連接關系，重新開始運行設備及電力系統[3]。

4.3 謹慎管理故障類型

如果電力系統中某一設備或者某些設備在運行過程中發生了故障，相關人員又未采取專業化處理措施，將引起電力損耗或者安全事故。針對故障設備的處理，有關人員必須全面記錄和處理設備信息，將此信息作為故障排查、原因分析的參考。配電自動化系統的構成復雜，在系統投入使用后自動化模塊可自動采集相關設備的運行參數、狀態信息，并將這些信息保存在相關文件中。

5 結束語

當前電力工程配電自動化取得了明顯進步，不僅相關技術有所發展，也在工作中產生了大量的實踐，為轉變電力供應、配送與調度方式提供了技術保障。但電力系統配電自動化過程中依舊存在各種故障，影響了系統的穩定運行，針對于此，相關人員需重視故障分析與處理，合理采用故障處理新技術。

參考文獻

[1] 楊偲.配電自動化技術在智能配電網建設中的應用研究[J].電子測試，2022，36（20）：113-115.

[2] 劉玉溪，孫小雯.配電自動化系統中相間短路故障的判斷與處理[J].電子技術，2022，51（9）：236-237.

[3] 許冰，王滿意，李斌，等.配電自動化系統單相接地故障定位分析與改進[J].大眾用電，2022，37（8）：60-61.

收稿日期：2023-09-20

作者簡介：王騰飛（1991—），男，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統及其自動化。