電力系統(tǒng)配電自動化及其對故障的處理

葉友橋，楊 森

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司石泉縣供電分公司，陜西 石泉 725200）

0 引 言

電力系統(tǒng)配電自動化中，配電網(wǎng)以網(wǎng)架等設(shè)備為基礎(chǔ)，使用大數(shù)據(jù)和計算機等技術(shù)處理電力系統(tǒng)故障和收集信息，完成各項自動化操作工作。使用自動化技術(shù)，可以有效提高電力系統(tǒng)的運行質(zhì)量和運行效率，判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且能夠精準預(yù)測系統(tǒng)的故障，便于開展維護和調(diào)節(jié)工作，提升故障處理效率。

1 電力系統(tǒng)配電自動化構(gòu)成

1.1 主站層

主站層可以通過子站層獲取數(shù)據(jù)信息，而且可以嚴格監(jiān)視配網(wǎng)的運行狀態(tài)，從而及時完成對非故障區(qū)、故障區(qū)的診斷，恢復(fù)正常供電。在運行過程中，配網(wǎng)的主站層能夠分析電網(wǎng)的運行狀態(tài)，根據(jù)情況發(fā)出指令，管理和控制配電系統(tǒng)，保證配電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全[1]。

1.2 子站層

由于電網(wǎng)系統(tǒng)相對龐大且復(fù)雜，為實現(xiàn)信息管理、控制方面的需求，避免主站層的負荷過高，需要設(shè)立子站層完成簡單的信息處理、管理工作。子站層會初步處理信息，完成部分控制工作，并將部分重要信息提供給主站層。通過設(shè)立子站層，可以提升系統(tǒng)運行管理的實時性，更加有效地收集電網(wǎng)中配電區(qū)域信息，經(jīng)過處理后可以直接將數(shù)據(jù)和信息轉(zhuǎn)發(fā)給主站層。子站層使電網(wǎng)可以更為精確地分析數(shù)據(jù)，確定系統(tǒng)故障地點，提升配電網(wǎng)管理工作效率[2]。

1.3 通信層

通信層包括各類通信設(shè)備、通信線路等，可以使用無線通信技術(shù)、有線通信技術(shù)完成通信任務(wù)，滿足通信需求。常用通信技術(shù)包括光纖、5G 通信網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi 等，通信層可以確保電網(wǎng)終端和主站、子站之間的通信，滿足對電網(wǎng)控制的需求。

1.4 終端層

終端層由終端設(shè)備構(gòu)成，主要功能是執(zhí)行控制指令和采集數(shù)據(jù)信息，同時為子站提供豐富的數(shù)據(jù)信息。終端層的主要設(shè)備包括配電開關(guān)監(jiān)控終端（Feeder Terminal Unit，F(xiàn)TU）、數(shù)據(jù)傳輸單元（Data Transfer unit，DTU），能夠自動化控制設(shè)備，執(zhí)行主站和子站的控制指令，直接影響和決定設(shè)備的運行狀態(tài)。

1.5 饋線自動化技術(shù)

在電力系統(tǒng)運行過程中，饋線自動化技術(shù)能夠監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，完成設(shè)備的數(shù)據(jù)采集工作。在空座過程中，需要根據(jù)運行設(shè)備的電壓、饋線電流和開關(guān)狀態(tài)等信息，控制線路自動開閘、合閘。如果系統(tǒng)存在負荷分布不合理的情況，則要調(diào)節(jié)電力設(shè)備，實現(xiàn)負荷平衡，改進系統(tǒng)的運行質(zhì)量。饋線自動化技術(shù)能夠有效優(yōu)化系統(tǒng)的運行質(zhì)量，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時切除故障區(qū)，使故障區(qū)快速恢復(fù)正常供電，在供電可靠性方面的優(yōu)勢十分明顯[3]。

2 電力配電系統(tǒng)故障原因

2.1 用電量需求增加

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和生產(chǎn)力水平的提升，社會對電力的需求明顯增加，配電網(wǎng)絡(luò)的運行壓力明顯增大。部分配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在巨大的負荷下開始快速老化，進而增加故障概率。

2.2 外力因素導(dǎo)致配電故障

隨著城市建設(shè)項目增加、城市面積逐漸增大、房屋建筑項目增加以及大量高架橋建設(shè)等，都可能由于施工建設(shè)中出現(xiàn)意外情況，破壞電力線路，從而影響配網(wǎng)的運行。外力因素不僅會造成配電網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，還可能引發(fā)比較嚴重的安全風(fēng)險。

2.3 自然因素

很多配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障都由自然因素造成。如果出現(xiàn)雷擊故障，可能會直接損壞線路或者造成線路被燒毀，特別是在野外架空的線路容易受到雷擊，從而發(fā)生火災(zāi)，對整個配網(wǎng)系統(tǒng)造成影響[4]。在農(nóng)村地區(qū)，風(fēng)力相對較大，電網(wǎng)系統(tǒng)維護建設(shè)水平也相對較差，電網(wǎng)的抗風(fēng)能力相對不足，造成電網(wǎng)線路被大風(fēng)吹斷。

3 配網(wǎng)自動化常見故障和處理技術(shù)

3.1 主變壓進線故障

電力系統(tǒng)中，主變壓進線故障由瓦斯保護和主變跳閘引起。在瓦斯需要進行保護動作時，如果出現(xiàn)進線失壓的情況，進線的電壓會提升到110 kV，瓦斯繼電器發(fā)現(xiàn)電壓異常后，就會進行瓦斯保護動作，切斷進線電壓。主變跳閘如圖1 所示，在電力系統(tǒng)失壓后，系統(tǒng)就會跳閘，影響線路的正常供電。

圖1 主動跳閘示意圖

在主變電壓失壓故障處理后，需要根據(jù)需求安裝保護裝置，以有效控制失壓的情況。技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)的溫度控制要求安裝保護裝置，防止溫度過高出現(xiàn)油氣分離的情況，確保配電保護的精確性[5]。針對變壓器的故障，會自動發(fā)出警報，便于維修人員開展維修工作。對于110 kV 配電線路故障，可以使用保護裝置自動切斷變壓器的電閘，之后工作人員需要檢查目前是否存在自投情況。如果沒有自投的情況，則閉合母線開關(guān)，保證電力系統(tǒng)正常運行。

3.2 框架保護動作故障

框架保護故障出現(xiàn)時，應(yīng)及時切除故障，并及時恢復(fù)電力系統(tǒng)。在框架保護中，如果發(fā)生泄漏的情況，將會通過直流開關(guān)、交流開關(guān)跳閘實現(xiàn)保護，此時供電系統(tǒng)也從雙邊轉(zhuǎn)換為單邊，增加電力系統(tǒng)的負荷，而且會導(dǎo)致電力系統(tǒng)框架保護范圍內(nèi)出現(xiàn)停電等問題。對于這類故障，可以在電網(wǎng)中增加電流保護裝置，而對于大型公共設(shè)施的電網(wǎng)，可以增加3 個以上的電流保護裝置。例如，進行鐵路電網(wǎng)保護時，一般需要加入4 個電流保護裝置，一旦配電系統(tǒng)整流器出現(xiàn)故障，配電自動化系統(tǒng)就會啟動保護裝置，避免電網(wǎng)中的饋線受到影響，并且可以跨區(qū)消除開關(guān)故障，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障

環(huán)網(wǎng)故障是南方的電網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，在冬季和夏季可能會出現(xiàn)冷熱交替導(dǎo)致電纜包塑不銹鋼在紫外線的作用下?lián)p壞的現(xiàn)象，內(nèi)部鋼帶分離出來，并將電網(wǎng)割傷，造成電流無法正常通過電纜，還會產(chǎn)生保護動作，并發(fā)生跳閘，影響電網(wǎng)運行。因此，需要技術(shù)人員結(jié)合故障類型采取相應(yīng)的措施，及時切除存在故障電纜的區(qū)域，如果外觀出現(xiàn)損壞，應(yīng)該及時進行電纜更換。

4 電力系統(tǒng)配電自動化強化措施

4.1 強化信息管理工作

通過提升信息管理效率，能夠提高電力系統(tǒng)的運行效率，及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)存在的運行問題。配電自動化系統(tǒng)的功能比較豐富，可以提供大量動態(tài)數(shù)據(jù)，進行信息的實時讀寫和查找工作，保證信息提供處理信息的實時性，而且可以根據(jù)情況及時確定問題的根源，然后根據(jù)操作規(guī)范實時管理和控制目標(biāo)[6]。通過從遠到近地收集和分析配電系統(tǒng)的實時運行信息，可以監(jiān)控系統(tǒng)運行過程，正確判斷系統(tǒng)存在的故障，滿足系統(tǒng)自動化處理需求。在加強信息管理時，應(yīng)該強化數(shù)據(jù)庫建設(shè)，使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)深層次分析信息，減少數(shù)據(jù)變化所導(dǎo)致的錯誤，建立科學(xué)的數(shù)據(jù)模型實現(xiàn)信息收集的落實，保證信息管理工作的質(zhì)量和效率。

4.2 強化安全管理工作

安全管理工作對電力系統(tǒng)的運行有著十分重要的意義，配電系統(tǒng)如果出現(xiàn)安全問題，將會影響區(qū)域供電，而且會嚴重地破壞設(shè)備。為解決安全問題，需要將危險控制在合理范圍內(nèi)，防止對電網(wǎng)造成嚴重的破壞。通過使用配電自動化系統(tǒng)，能夠快速控制故障，有效縮小安全問題的波及范圍，并根據(jù)需要快速重新構(gòu)造配電系統(tǒng)，減少對正常生活造成的影響。可以引入智能化系統(tǒng)，開展對配電自動化系統(tǒng)的控制工作，降低在系統(tǒng)運行中調(diào)節(jié)導(dǎo)致的電網(wǎng)波動，快速制定電網(wǎng)的切斷策略和運行策略，確保電力網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

4.3 加強配電自動化終端管理

開展配電自動化終端管理工作時，應(yīng)完善配電自動化終端的運維工作，獲得準確的信息。巡視工作中，對于一次設(shè)備，需要檢查開關(guān)方向是否滿足要求，如箱體表面是否存在銹蝕問題、查看電磁套是否存在裂紋；對于終端設(shè)備，應(yīng)檢查設(shè)備是否光潔，二次端子節(jié)點部分是否存在松動問題。不同的設(shè)備，巡視周期也有所不同，配電自動化終端運維人員應(yīng)定期開展巡視工作，如環(huán)網(wǎng)柜、DTU、光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）的巡視周期為14 d，柱上開關(guān)、故障指示器、FTU 的巡視周期為30 d 等。

4.4 加強對電網(wǎng)的改造

為增強配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，開展電網(wǎng)架設(shè)等建設(shè)工作時，應(yīng)該根據(jù)城市發(fā)展?fàn)顩r計算城市對電力的需求，規(guī)劃配電網(wǎng)容量，保證電網(wǎng)安全的同時確保城市的供電質(zhì)量，并改造和規(guī)劃城市電網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)，提升電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理化，滿足城市的生產(chǎn)、生活需求。例如，應(yīng)該全面發(fā)揮自動化模式的優(yōu)勢，將電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為環(huán)網(wǎng)模式，如果配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，依靠智能系統(tǒng)快速確定故障的出現(xiàn)位置，實現(xiàn)對故障的有效處理，防止出現(xiàn)更為嚴重的風(fēng)險。

4.5 提升電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力

加強配電網(wǎng)絡(luò)對自然災(zāi)害的抵御能力，加強事前預(yù)防和事前準備工作。因此，需要提升配電網(wǎng)絡(luò)中絕緣子的防雷等級，有效控制雷擊所導(dǎo)致的閃絡(luò)故障，可以加強對懸式絕緣子的應(yīng)用，有效提升抗雷等級。結(jié)合地區(qū)的情況需求，要合理安裝避雷裝置，為避免線路受到雷擊，可以在較長的輸電線路上安裝防雷裝置進行避雷。同時，要加強對薄弱環(huán)節(jié)的保護，保障整個配電網(wǎng)絡(luò)的絕緣性能。

5 結(jié) 論

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的故障來自不同方面，在處理過程中，需要結(jié)合配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的故障原因使用處理技術(shù)，有效解決配網(wǎng)自動化系統(tǒng)故障，提升配網(wǎng)的穩(wěn)定性。同時，要加強相關(guān)技術(shù)的使用，促進配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的優(yōu)化，有效抵御外部因素導(dǎo)致的故障。