環(huán)網(wǎng)箱變配電自動(dòng)化系統(tǒng)的故障模擬試驗(yàn)

沈伊韡

（上海市電力公司浦東供電公司，上海 200122）

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的要求，從2006年開(kāi)始，上海市電力公司全面開(kāi)展配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)工作。隨著一次設(shè)備的日趨成熟和網(wǎng)架的日趨完善，二次終端設(shè)備也隨之日趨實(shí)用、完善和穩(wěn)定。目前，新型智能環(huán)網(wǎng)箱變不單供電可靠性高，而且普遍裝有模塊化設(shè)計(jì)的智能配電自動(dòng)化終端，還可以根據(jù)監(jiān)測(cè)需求，靈活配置以及擴(kuò)充遙信與遙測(cè)的功能。智能環(huán)網(wǎng)箱變和智能配電自動(dòng)化終端的使用，為配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)條件。

1 配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

為了確保上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠供電，上海市電力公司7年來(lái)在浦東部分地區(qū)建設(shè)配電自動(dòng)化系統(tǒng)，分別對(duì)10kV等級(jí)的K型、P型和WX型站的主要配網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)部分環(huán)路分布式自愈，提升該地區(qū)的供電可靠性。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)主要由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和主站系統(tǒng)三部分組成。主站采用國(guó)電南瑞OPEN－3200配電自動(dòng)化管理系統(tǒng)，由前置采集系統(tǒng)、服務(wù)器、調(diào)度員工作站、工程師工作站、通信服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、外部設(shè)備等構(gòu)成。通信服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或路由器，完成與調(diào)度SCADA系統(tǒng)以及其它信息管理系統(tǒng)的接口與互聯(lián)，采用光纜與電纜屏蔽層載波相結(jié)合方式，對(duì)永久電業(yè)站與臨時(shí)客戶站級(jí)以下的環(huán)網(wǎng)設(shè)備（不包括終端用戶）進(jìn)行實(shí)時(shí)信息采集、數(shù)據(jù)處理、分析統(tǒng)計(jì)與遙信遙測(cè)。

在環(huán)網(wǎng)箱變內(nèi)裝有JLG－02WX型故障診斷裝置，即饋線終端單元（FTU），主要由信號(hào)采集控制板、載波板、蓄電池充電管理電源板三部分組成。

1）信號(hào)采集控制板 實(shí)時(shí)采集箱變電流值和電壓值，計(jì)算三相電流和電壓有效值、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、累計(jì)有功電量等。12路遙信DI輸入用以連接箱變內(nèi)的ALPHA／M型與ALPHA／E型短路故障指示器，一旦發(fā)生短路故障，指示單元會(huì)有相應(yīng)紅色翻牌顯示，并由故障指示器發(fā)送短路故障信號(hào)。

2）載波板 接收信號(hào)采集控制板通過(guò)RS－232接口發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后以電纜屏蔽層載波方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給變電站中主載波機(jī)，由主載波機(jī)收集各故障診斷自動(dòng)化裝置數(shù)據(jù)，統(tǒng)一發(fā)送給調(diào)度端。故障診斷自動(dòng)化裝置有6路干節(jié)點(diǎn)輸出功能，其中2路可選擇常開(kāi)或常閉。

3）蓄電池充電管理電源板 由蓄電池、充電器和系統(tǒng)供電電路三部分組成，具有蓄電池故障告警功能。

2 故障模擬試驗(yàn)

現(xiàn)以上海世博地區(qū)為例，目前園區(qū)內(nèi)有214座環(huán)網(wǎng)箱變，共計(jì)46個(gè)環(huán)網(wǎng)，以環(huán)網(wǎng)兩側(cè)供電，箱變手拉手，中間設(shè)開(kāi)斷點(diǎn)的方式運(yùn)行［1］。故障模擬試驗(yàn)設(shè)備選用上海置信和廣東順德生產(chǎn)的10 kV級(jí)YB型歐式全戶外環(huán)網(wǎng)箱變，高壓柜采用施耐德生產(chǎn)的RM6－IQI型環(huán)網(wǎng)柜，負(fù)荷閘刀帶可遙控的電機(jī)，變壓器采用上海置信生產(chǎn)的S11－MR－500／10型Dyn11接線變壓器，低壓斷路器采用施耐德5.3Micrologic控制器和5.2AMicrologic控制器。

2.1 設(shè)置判定條件

故障模擬試驗(yàn)由配網(wǎng)自動(dòng)化主站OPEN－3200系統(tǒng)的DA功能軟件處理，系統(tǒng)判斷條件設(shè)置為9條。①故障隔離時(shí)，單個(gè)開(kāi)關(guān)操作在60s內(nèi)未能分閘，則認(rèn)為故障處理失敗，給出告警提示；②對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行合法性檢查，發(fā)現(xiàn)有誤，則告警提示，不作處理；③如果通信失效，則告警提示，并且退出故障處理軟件；④如果出現(xiàn)跳閘開(kāi)關(guān)不在允許啟動(dòng)故障處理之列，停止故障處理軟件的執(zhí)行，包括：設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式與主站定義不一致、故障信號(hào)不合法、DA功能運(yùn)行方式在離線和模擬狀態(tài)下；⑤在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)中，存在多個(gè)供電路徑的情況下，將以多方案的形式給出，由調(diào)度員抉擇執(zhí)行；⑥參加試驗(yàn)的開(kāi)關(guān)均設(shè)置為遠(yuǎn)方電動(dòng)控制狀態(tài)；⑦依據(jù)DA故障判斷和故障隔離、恢復(fù)時(shí)間上的要求，K型站出線開(kāi)關(guān)的遙信變位必須在3s內(nèi)到達(dá)配電自動(dòng)化主站；⑧FTU故障信號(hào)的變位信息必須在3s內(nèi)上送，而且至少保持5min，用以確保整個(gè)故障處理能夠正常結(jié)束；⑨在K型站，DA軟件啟動(dòng)條件任選，即：出線開(kāi)關(guān)跳閘；出線開(kāi)關(guān)分—合—分；出線開(kāi)關(guān)跳閘加變電站事故總信號(hào)。

2.2 環(huán)網(wǎng)故障模擬試驗(yàn)

故障模擬試驗(yàn)主要模擬環(huán)網(wǎng)中發(fā)生電纜故障和母線故障兩種，測(cè)試配電自動(dòng)化系統(tǒng)能否根據(jù)設(shè)計(jì)要求，自動(dòng)定位故障，并自動(dòng)進(jìn)行倒閘操作，以便迅速恢復(fù)供電。以浦東臨館五所帶的71C04地塊箱變1至72C04地塊箱變2環(huán)網(wǎng)為例。

試驗(yàn)前，環(huán)網(wǎng)中的23C04地塊箱變4負(fù)荷閘刀狀態(tài)為分，其余開(kāi)關(guān)、閘刀狀態(tài)為合，將71C04地塊箱變1至72C04地塊箱變2環(huán)所有自動(dòng)化開(kāi)關(guān)置在“遠(yuǎn)方”位置。

2.2.1 電纜故障模擬

以21C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀至21C04地塊箱變1負(fù)荷閘刀之間電纜故障為例。開(kāi)始試驗(yàn)后，由FTU廠家人員為71浦東臨館五站負(fù)荷閘刀、21C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀事故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為合，其余負(fù)荷閘刀事故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為分。在主站系統(tǒng)收到故障告警后，調(diào)度員通知浦東臨館五站斷開(kāi)71C04地塊箱變1開(kāi)關(guān)（模擬跳閘），隨后等待總指揮通知將故障信號(hào)復(fù)歸。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)處理過(guò)程如下：

1）定位判據(jù) 71浦東臨館五站負(fù)荷閘刀、21C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀事故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為合，說(shuō)明這兩個(gè)設(shè)備都有故障電流流過(guò)，軟件判定為故障在21C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀、21C04地塊箱變1負(fù)荷閘刀之間。

2）故障隔離 系統(tǒng)將21C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀、21C04地塊箱變1負(fù)荷閘刀做斷開(kāi)處理，隔離故障，提供恢復(fù)供電方案。

3）故障恢復(fù) 故障上游區(qū)域供電恢復(fù)電源開(kāi)關(guān)為71C04地塊箱變1，可由程序自動(dòng)執(zhí)行，也可人為確定執(zhí)行。故障下游區(qū)域供電恢復(fù)電源開(kāi)關(guān)為23C04地塊箱變4負(fù)荷閘刀、23C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀，可由程序自動(dòng)合上這2個(gè)開(kāi)關(guān)；運(yùn)行方式為交互運(yùn)行時(shí)，則由調(diào)度員選擇方案后再執(zhí)行對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的遙控。

2.2.2 母線故障模擬

以C04地塊箱變4的10kV母線故障為例。開(kāi)始試驗(yàn)后，由FTU廠家人員為21C04地塊箱變2負(fù)荷閘刀故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為合，其余負(fù)荷閘刀事故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為分。在主站系統(tǒng)收到故障告警后，調(diào)度員通知浦東臨館五站斷開(kāi)72C04地塊箱變2（模擬跳閘），隨后等待總指揮通知將故障信號(hào)復(fù)歸。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)處理過(guò)程如下：

1）定位判據(jù) 21C04地塊箱變2負(fù)荷閘刀事故信號(hào)設(shè)置狀態(tài)為合，21C04地塊箱變2負(fù)荷閘刀上有故障電流流過(guò)，判斷21C04地塊箱變2負(fù)荷閘刀、23C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀之間有故障。

2）故障隔離 系統(tǒng)將21C04地塊箱變2負(fù)荷閘刀、23C04地塊箱變3負(fù)荷閘刀隔離，提供恢復(fù)供電方案。

3）故障恢復(fù) 故障上游區(qū)域供電恢復(fù)電源開(kāi)關(guān)為72C04地塊箱變2，可由程序自動(dòng)執(zhí)行，也可人為確定執(zhí)行。故障下游區(qū)域供電恢復(fù)在此時(shí)屬于末端故障，沒(méi)有非故障區(qū)域需要恢復(fù)。

對(duì)環(huán)網(wǎng)中的每一段連接電纜和箱變10kV母線，都需要進(jìn)行模擬故障試驗(yàn)，以便全面的測(cè)試配電自動(dòng)化系統(tǒng)動(dòng)作的正確性［2］。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

截至2013年7月2日，已對(duì)在役的46個(gè)箱變環(huán)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試，共模擬故障試驗(yàn)580次，成功439次。46個(gè)箱變環(huán)網(wǎng)的成功率分布狀況，如圖1所示。

圖1 環(huán)網(wǎng)故障模擬試驗(yàn)成功率分布圖

從圖1可以看出，46個(gè)箱變環(huán)網(wǎng)中模擬故障試驗(yàn)成功率達(dá)到100%的有10個(gè)，成功率在80%～100%之間的有13個(gè)，成功率在60%～80%之間的有16個(gè)，成功率在40%～60%之間的有6個(gè)，成功率小于40%的有1個(gè)，從準(zhǔn)確數(shù)據(jù)計(jì)算得出的綜合成功率約為80%。

另外，還需要排除因載波通信故障而失敗的次數(shù)，除了載波通信引起配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障模擬試驗(yàn)失敗以外，少量的繼電器故障、電纜溝漏水引起的設(shè)備故障等問(wèn)題也會(huì)引起故障模擬試驗(yàn)的失敗。排除這些因素在外，故障模擬試驗(yàn)成功率在90%以上。

故障模擬試驗(yàn)用以測(cè)試配電自動(dòng)化系統(tǒng)動(dòng)作的正確性。為了確保今后浦東地區(qū)每個(gè)區(qū)塊內(nèi)配電自動(dòng)化系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定運(yùn)行，隨著故障模擬試驗(yàn)的不斷深入，對(duì)試驗(yàn)不成功、回路中曾經(jīng)發(fā)生問(wèn)題的載波通信設(shè)備、箱變故障診斷自動(dòng)化裝置等設(shè)備，進(jìn)行了維修和更換，并且重新進(jìn)行故障模擬試驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著浦東新區(qū)供電服務(wù)范圍的擴(kuò)大，用電客戶及用電負(fù)荷大幅度增長(zhǎng)，城區(qū)電網(wǎng)布局的日趨復(fù)雜，客戶對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量及優(yōu)質(zhì)服務(wù)要求在不斷提高，使原來(lái)的運(yùn)行維護(hù)方式很難適應(yīng)復(fù)雜的電網(wǎng)，運(yùn)行維護(hù)工作日益加重。因此，必須加快配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)步伐，提高配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)水平，將配電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行信息與地理信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)自開(kāi)始建設(shè)以來(lái)，有效地提高了城區(qū)中低壓配電網(wǎng)的供電可靠性，大大縮小了事故停電范圍和縮短了故障處理時(shí)間，同時(shí)也產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。為了提高供電可靠性，改善配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)環(huán)網(wǎng)箱變的故障模擬試驗(yàn)，并結(jié)合利用先進(jìn)的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)浦東城區(qū)的實(shí)際情況，能夠?qū)⑴潆娋W(wǎng)上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備參數(shù)和地理信息等諸多信息進(jìn)行綜合處理和集成，以實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的控制和監(jiān)測(cè)，及事故狀態(tài)下的快速故障定位、故障隔離和非故障區(qū)的恢復(fù)供電，并提供基于全封閉組合電器（GIS）的配電工作管理及設(shè)備管理。進(jìn)行和規(guī)范故障模擬試驗(yàn)?zāi)軌虿粩鄬?shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行和管理的現(xiàn)代化。

配電自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)是國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”計(jì)劃的重要組成部分，配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)和調(diào)試，必將為我國(guó)大范圍推廣配電自動(dòng)化技術(shù)，建設(shè)“智能配電網(wǎng)”積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］瞿燕，潘毅群，黃治鐘.上海世博園區(qū)空調(diào)動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)與研究［J］.暖通空調(diào)，2008，38（10）：9－17.

［2］吳琳，周煒，沈兵兵.配電自動(dòng)化幾種不同實(shí)現(xiàn)方式的探討［J］.電力信息化，2008，29（7）：74－77.