廣域信息智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)研究

張家紅,何國(guó)斌,黃滇生,束洪春,董俊

(1.云南電網(wǎng)公司大理供電局,云南 大理 671000;2.昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院,昆明 650051)

廣域信息智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)研究

張家紅1,何國(guó)斌1,黃滇生1,束洪春2,董俊2

(1.云南電網(wǎng)公司大理供電局,云南 大理 671000;2.昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院,昆明 650051)

針對(duì)將來(lái)智能配電網(wǎng)對(duì)供電可靠性不斷提高的發(fā)展需求,對(duì)智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)合當(dāng)前配電網(wǎng)故障停電范圍大、無(wú)法快速有效轉(zhuǎn)供等保護(hù)與控制問(wèn)題,基于智能配電網(wǎng)廣域測(cè)控系統(tǒng)、EPON無(wú)源開放式通信體系,采用分布式智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能配電終端之間的對(duì)等通信與數(shù)據(jù)交換,通過(guò)分析故障過(guò)流信息實(shí)現(xiàn)與變電站出線保護(hù)相配合的故障快速隔離、供電恢復(fù)等功能。通過(guò)在大理城區(qū)配電網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用,以及對(duì)項(xiàng)目開展過(guò)程中存在的若干關(guān)鍵問(wèn)題的研究分析,基于廣域信息的智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)能夠顯著地提高供電可靠性和電能質(zhì)量,減少用戶停電損失。

智能配電網(wǎng);故障自愈;廣域信息

1 前言

近年來(lái)以遠(yuǎn)距離、大容量、超特高壓輸電技術(shù)為基礎(chǔ)的輸電骨干網(wǎng)架在全國(guó)均得到了快速的發(fā)展,在輸電網(wǎng)側(cè)的智能化技術(shù)也已經(jīng)取得了較大的成果[1-3],我國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)重點(diǎn)未來(lái)將更多的針對(duì)電網(wǎng)的配電和用電側(cè)[4-5]。

自愈功能作為保證電網(wǎng)可靠、優(yōu)質(zhì)供電的關(guān)鍵功能,是智能電網(wǎng)技術(shù)研究的重點(diǎn)[6-9]。未來(lái)智能配電網(wǎng)的自愈技術(shù),將以保證供電質(zhì)量為目標(biāo)[10],建立起覆蓋高自愈能力配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、安全隱患預(yù)警與控制、故障自恢復(fù)與保護(hù)、供電恢復(fù)4個(gè)層次的自愈技術(shù)體系與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[11]。未來(lái)智能配電網(wǎng)具有高度的自愈能力,能夠滿足不同用戶對(duì)供電質(zhì)量的要求。

本文基于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展,研究對(duì)等通信的分布式智能控制技術(shù),通過(guò)廣域測(cè)控系統(tǒng)中智能配電終端實(shí)時(shí)獲取相關(guān)控制節(jié)點(diǎn)上的測(cè)量信息,實(shí)現(xiàn)分布式智能 (DI)控制,克服了就地與集中控制的缺點(diǎn),既擁有完善的控制功能,又具有較快的響應(yīng)速度,可以很好地滿足智能配電網(wǎng)對(duì)保護(hù)與控制技術(shù)的要求。介紹了該自愈技術(shù)在大理市配電網(wǎng)中的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了基于以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò) (EPON)通信模式下的配電網(wǎng)中相鄰智能終端 (FTU)的故障信息交換以實(shí)現(xiàn)故障快速隔離并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電等功能。其中,200 ms內(nèi)完成故障隔離,3s完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供,極大地縮短了停電時(shí)間,顯著提高了供電可靠性,減少了用戶停電損失。

2 智能配電網(wǎng)

智能配電網(wǎng)是未來(lái)整個(gè)電力行業(yè)技術(shù)發(fā)展和管理模式的轉(zhuǎn)型,在電網(wǎng)面對(duì)21世紀(jì)的各種挑戰(zhàn)面前,智能配電網(wǎng)無(wú)疑是各國(guó)配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展方向的共同選擇。

2.1 智能配電網(wǎng)的特點(diǎn)

智能配電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和原有的配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型電網(wǎng),它具有提高能源效率、減小對(duì)環(huán)境的影響、提高供電的安全性和可靠性、減少電網(wǎng)的電能損耗、實(shí)現(xiàn)與用戶間的互動(dòng)和為用戶提供增值服務(wù)等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

智能配電網(wǎng)的發(fā)展重點(diǎn)在智能化上。而智能化主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1)廣泛的采用先進(jìn)的量測(cè)、傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可觀測(cè)性;

2)對(duì)觀測(cè)狀態(tài)進(jìn)行有效控制;

3)大量廣泛的應(yīng)用嵌入式自主的處理技術(shù);

4)電網(wǎng)實(shí)時(shí)分析的能力達(dá)到由數(shù)據(jù)到信息的提升;

5)電網(wǎng)具有自適應(yīng)和自愈的能力等。

2.2 配電網(wǎng)保護(hù)與控制技術(shù)存在的問(wèn)題

配電網(wǎng)直接面向用戶,其內(nèi)部任何故障、擾動(dòng)都會(huì)影響供電質(zhì)量,給用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。結(jié)合將來(lái)智能配電網(wǎng)的發(fā)展需求,現(xiàn)有配電網(wǎng)的保護(hù)與控制技術(shù)面臨諸多問(wèn)題：

1)現(xiàn)有配電網(wǎng)的保護(hù)與控制主要側(cè)重于主干電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,對(duì)用戶側(cè)供電可靠性及供電質(zhì)量擾動(dòng)關(guān)注不夠,沒(méi)有建立起完整的智能配電網(wǎng)自愈技術(shù)體系。

2)現(xiàn)有的繼電保護(hù)配置功能以切除故障元件、保證電網(wǎng)安全為基本原則,致使故障停電范圍大,無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)非故障區(qū)域的快速有效轉(zhuǎn)供,恢復(fù)其正常供電,嚴(yán)重影響了用戶的供電質(zhì)量與供電可靠性。

3)需要建設(shè)開放的、可擴(kuò)展的統(tǒng)一測(cè)控平臺(tái)。目前,配電網(wǎng)的繼電保護(hù)、電壓無(wú)功控制、配電自動(dòng)化設(shè)備都是分別配置、單獨(dú)建設(shè),各種自動(dòng)化設(shè)備之間互操作性能差,即不利于信息的共享,又造成重復(fù)投資;配電終端功能單一、沒(méi)有智能化功能,不能支持分布式智能控制技術(shù),管理維護(hù)工作量大。

4)沒(méi)有把中性點(diǎn)非有效接地方式與小電流接地故障消弧控制納入自愈技術(shù)研究范圍。配電網(wǎng)故障絕大部分是單相接地故障,中性點(diǎn)采用非有效接地方式能夠?qū)⒐收弦鸬耐ｋ姕p少50%以上,是一種非常有效的自愈技術(shù)。但在我國(guó)城市電纜配電網(wǎng)中,有更多的采用小電阻接地技術(shù)的趨勢(shì),導(dǎo)致自愈能力下降。

3 智能配電網(wǎng)故障自愈理論體系

利用先進(jìn)的傳感測(cè)量與仿真分析技術(shù)在線監(jiān)視與診斷電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)是配電網(wǎng)線路故障得以與變電站出線保護(hù)相配合進(jìn)行有效快速自愈的基本前提,需要各處FTU的可靠通信與互聯(lián)。其控制目標(biāo)為：提高供電質(zhì)量,避免或減少供電質(zhì)量擾動(dòng)給用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失;實(shí)現(xiàn)基于廣域測(cè)控系統(tǒng)的智能配電網(wǎng)新型繼電保護(hù)技術(shù),實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的快速自愈技術(shù)。

3.1 廣域測(cè)控系統(tǒng)

智能配電網(wǎng)廣域測(cè)控系統(tǒng) (WAMCS)由主站、對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)與智能終端設(shè)備 (FTU)組成[12]。與常規(guī)的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的區(qū)別在于：

1)FTU能夠支持基于本站點(diǎn)測(cè)量信息的就地控制和基于FTU之間對(duì)等交換實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分布式智能控制應(yīng)用;

2)具有高度的開放性,支持主站、終端設(shè)備及其應(yīng)用軟件的即插即用。

WAMCS為配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)控制應(yīng)用提供開放性的統(tǒng)一支撐平臺(tái),其主要技術(shù)內(nèi)容可分為開放式通信體系、廣域測(cè)控支撐平臺(tái)與高級(jí)應(yīng)用三個(gè)層次。

開放式通信體系包括IP通信網(wǎng)絡(luò)、配電網(wǎng)公共信息模型與信息交換模型、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、通信服務(wù)映射等,為WAMCS提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),是保證系統(tǒng)中自動(dòng)化設(shè)備即插即用的關(guān)鍵。

廣域測(cè)控支撐平臺(tái)包括 FTU平臺(tái)、主站(SCADA)平臺(tái)、分布式智能控制 (或分布式控制)技術(shù)。FTU平臺(tái)為就地與分布式智能控制應(yīng)用提供支撐,主站平臺(tái)為集中控制應(yīng)用提供支撐;分布式智能控制技術(shù)解決控制策略與方法、配電網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖詣?dòng)識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)快速傳輸?shù)戎畏植际街悄芸刂茟?yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)問(wèn)題。

高級(jí)應(yīng)用包括基于主站SCADA平臺(tái)的集中控制應(yīng)用 (配網(wǎng)自動(dòng)化高級(jí)應(yīng)用)和基于FTU平臺(tái)的就地控制與分布式智能控制應(yīng)用。

3.2 開放式通信體系

為了滿足數(shù)據(jù)采集和控制、操作命令的上傳下達(dá),通信系統(tǒng)必須具有雙向通信的能力。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí),必須保證配電終端間通信系統(tǒng)也能正常工作。通信網(wǎng)絡(luò)由EPON構(gòu)成,它采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu),無(wú)源光纖傳輸,在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務(wù)。EPON是基于以太網(wǎng)技術(shù)的寬帶接入系統(tǒng),它在物理層采用了PON技術(shù),在鏈路層使用以太網(wǎng)協(xié)議,利用PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)的接入。因此,它綜合了PON技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：低成本,數(shù)據(jù)通信速度快 (傳輸延遲不大于10 ms),實(shí)現(xiàn)和維護(hù)簡(jiǎn)單,擴(kuò)展和升級(jí)方便,靈活快速的服務(wù)重組,與現(xiàn)有以太網(wǎng)的兼容性,更廣的網(wǎng)管服務(wù)能力等等。

EPON系統(tǒng)由光線路終端 (OLT)、光分配網(wǎng)絡(luò) (ODN)和用戶側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元 (ONU)構(gòu)成。圖1為開環(huán)配網(wǎng)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)示意圖,OLT安裝在配網(wǎng)自動(dòng)化主站側(cè),主要為應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與本地內(nèi)容服務(wù)器之間的接口,并經(jīng)ODN與用戶側(cè)ONU通信。每臺(tái)FTU處均安裝有ODN和ONU等設(shè)備,能實(shí)現(xiàn)相鄰FTU間的對(duì)等通信,并及時(shí)交換故障信息,協(xié)同控制,不依賴主站或子站的控制,以快速完成故障隔離 (200 ms內(nèi)發(fā)出跳閘或其他控制命令)。

圖1 EPON通信系統(tǒng)示意圖

考慮到以后網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容、改造和升級(jí),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇赡軙?huì)發(fā)生變化,OLT需預(yù)留一部分光功率裕量,所以初期規(guī)劃OLT的PON口所帶ONU數(shù)量不超過(guò)12個(gè)。根據(jù)實(shí)際配電環(huán)網(wǎng)的地理結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),線路基本采用雙總線型結(jié)構(gòu)組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)雙鏈路保護(hù)。

3.3 智能終端設(shè)備

傳統(tǒng)配電終端針對(duì)具體需求設(shè)計(jì),軟硬件資源有限,開發(fā)性差,硬件不能靈活擴(kuò)展,軟件不能即插即用,難以支撐智能配電網(wǎng)的高級(jí)應(yīng)用需求。而針對(duì)智能配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用需求的智能終端采用PZK-56A系列配電自動(dòng)化監(jiān)控器,適用于配電線路上柱上斷路器的監(jiān)視與控制,采集處理當(dāng)?shù)卦O(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù),與相關(guān)智能終端、高級(jí)配電自動(dòng)化主站通信交換數(shù)據(jù),運(yùn)行就地控制與分布式智能控制應(yīng)用軟件,實(shí)現(xiàn)保護(hù)與控制功能的集成。

PZK-56A由核心單元PZK-56A配電自動(dòng)化監(jiān)控器、開關(guān)操作控制回路、操作面板、交流雙電源切換、充電電源以及免維護(hù)可充電蓄電池組等部分組成,電氣原理框圖如圖2所示。它配合無(wú)線電臺(tái)、光纖等通信終端與數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化控制主站以及變電站監(jiān)控系統(tǒng)通信,主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量監(jiān)視功能、開關(guān)操作控制功能、供電電源與交流電源的切換功能、通信功能,完成對(duì)配電線路上開關(guān)設(shè)備的故障定位、隔離以及監(jiān)視與控制等。

該終端通用性好,模塊可升級(jí)、可擴(kuò)展,采樣類型、通道數(shù)量可配置,控制輸出靈活可靠,通信方式多樣,滿足各種通信規(guī)約應(yīng)用需求;將數(shù)據(jù)與應(yīng)用分離;對(duì)底層資源和數(shù)據(jù)進(jìn)行歸類、封裝,應(yīng)用程序通過(guò)API接口訪問(wèn)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了軟件設(shè)計(jì)的層次化、模塊化;提供類似 “PC”機(jī)的開發(fā)環(huán)境,能夠動(dòng)態(tài)加載、卸載應(yīng)用程序;支持分布式智能控制應(yīng)用。

圖2 PZK-56A電氣原理框圖

4 關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

基于廣域信息的智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)在大理市配電網(wǎng)中進(jìn)行了示范工程的實(shí)施。整個(gè)示范工程涉及110 kV變電站2座,10 kV配電線路4條;應(yīng)用工程安裝智能終端11臺(tái),建設(shè)后臺(tái)系統(tǒng)1套。

大理市二號(hào)橋線—市西線由110 kV新七五變電站出口的兩條10 kV配電線路分別向不同片區(qū)供電,并經(jīng)雙電源聯(lián)絡(luò)點(diǎn)構(gòu)成環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)處斷路器為常開狀態(tài)。該環(huán)網(wǎng)共6個(gè)站點(diǎn),所有FTU均位于10 kV配電線路主干上,還包括通信通道及相關(guān)設(shè)備。其配電環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 配電環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.1 過(guò)流信息的故障自愈

4.1.1 故障自愈分析

線路發(fā)生故障時(shí) (不包括變電站出口死區(qū)內(nèi)故障),通過(guò)相鄰FTU的對(duì)等通信,交換故障時(shí)的過(guò)流信息,以判斷故障區(qū)間,并與變電站出線保護(hù)相配合,在變電站出線保護(hù)動(dòng)作前故障區(qū)段兩側(cè)FTU快速啟動(dòng)保護(hù)裝置隔離故障,同時(shí)通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供,恢復(fù)非故障區(qū)域供電。因此,在不改變變電站原有保護(hù)整定體系的基礎(chǔ)上基于上述自愈技術(shù)亦可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的快速自愈。

當(dāng)相鄰FTU之間的配電線路或負(fù)荷分支故障時(shí),如FTU1與FTU2之間的配電線路或負(fù)荷分支發(fā)生故障,FTU1檢測(cè)到過(guò)流信息,而FTU2未能檢測(cè)到過(guò)流。因此在10 kV I段母線出口保護(hù)動(dòng)作之前,通過(guò)交換兩者的過(guò)流信息,快速判斷出故障區(qū)間,FTU1發(fā)指令跳開斷路器QF1,FTU2發(fā)指令跳開斷路器QF2,完成故障隔離,同時(shí)聯(lián)絡(luò)斷路器QF4合閘,完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供,恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。聯(lián)絡(luò)點(diǎn)與其上游或下游相鄰的FTU之間配電線路或負(fù)荷分支故障時(shí),即FTU3與FTU4之間的配電線路或負(fù)荷分支故障時(shí),QF3跳開后, QF4不能合閘;FTU4與FTU5之間的配電線路或負(fù)荷分支故障時(shí),QF5跳開后,QF4不能合閘。

4.1.2 FTU的保護(hù)整定及其與出線保護(hù)的配合問(wèn)題

基于廣域信息的智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)要求在不改變變電站原有出線保護(hù)整定體系的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)故障的快速自愈。

變電站出線保護(hù)一般為電流三段式保護(hù)：I段為電流速斷保護(hù),沒(méi)有時(shí)限,按躲過(guò)本段線路末端最大短路電流整定;II段為限時(shí)電流速斷保護(hù),比I段多時(shí)間t時(shí)限;III段為過(guò)電流保護(hù),時(shí)限更長(zhǎng)。為提高供電質(zhì)量,避免非故障區(qū)域的停電,自愈方案中FTU的保護(hù)整定必須與變電站出線保護(hù)相配合,在線路故障不足以引起變電站出線I段保護(hù)動(dòng)作的前提下,在II段保護(hù)動(dòng)作之前跳開故障兩側(cè)的斷路器,將故障快速隔離,即FTU配置的保護(hù)在時(shí)限t內(nèi)完成。

FTU保護(hù)定值的整定依循電流三段式保護(hù)原理,并與之相配合。根據(jù)兩者的配合要求,FTU的保護(hù)定值設(shè)在線路三段式電流保護(hù)的II段保護(hù)定值與III段保護(hù)定值之間,考慮到實(shí)際最大負(fù)荷電流,并給予一定的可靠系數(shù),完成整定。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況,一個(gè)環(huán)網(wǎng)中各FTU的保護(hù)定值整定一致。

4.1.3 檢修停電對(duì)FTU保護(hù)配置的影響

FTU的保護(hù)配置是基于各相鄰FTU及時(shí)交換故障過(guò)流信息實(shí)現(xiàn)的,其關(guān)鍵特征在于故障過(guò)流信息。而當(dāng)配網(wǎng)線路因定期檢修需要對(duì)線路進(jìn)行人工拉閘停電時(shí),流過(guò)FTU的電流并不包含故障信息,因此FTU的保護(hù)不會(huì)動(dòng)作,即線路檢修停電對(duì)FTU的保護(hù)配置沒(méi)有影響。

4.2 變電站出口死區(qū)故障自愈

當(dāng)變電站10 kV I段母線出口至鄰近首個(gè)FTU之間的配電線路發(fā)生故障時(shí),由于故障點(diǎn)左側(cè)變電站內(nèi)沒(méi)有配備FTU,原有故障自愈方案中通過(guò)相鄰FTU交換過(guò)流信息來(lái)實(shí)現(xiàn)與變電站出線保護(hù)相配合的故障快速定位并隔離無(wú)法完成,導(dǎo)致該段線路形成死區(qū)。當(dāng)該段死區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時(shí),10 kV I段母線出口的整條配電線路上各FTU均檢測(cè)不到過(guò)流信息,即認(rèn)為各自的下游都沒(méi)有故障,各斷路器均無(wú)動(dòng)作。待死區(qū)內(nèi)故障引起變電站10 kV I段母線出線保護(hù)動(dòng)作跳閘后,造成其出口整條線路停電,此時(shí)FTU1檢測(cè)到失壓且無(wú)流,同時(shí)獲取其下游FTU2的失壓無(wú)流信息,即可判斷上游10 kV I段母線出線保護(hù)QFI已動(dòng)作,于是FTU1發(fā)指令跳開斷路器QF1,完成故障隔離。同時(shí)雙電源聯(lián)絡(luò)點(diǎn)處FTU4檢測(cè)到其一端進(jìn)線失壓且無(wú)流,另一端正常,則FTU4發(fā)指令啟動(dòng)聯(lián)絡(luò)斷路器QF4合閘,完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供,恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。同理當(dāng)變電站10 kV II段母線出口至鄰近首個(gè)FTU之間的配電線路死區(qū)內(nèi)故障時(shí),故障自愈的分析方法與上述一致。

本方法中通過(guò)與變電站相鄰的FTU1及FTU2檢測(cè)信息準(zhǔn)確可靠判斷死區(qū)內(nèi)故障,避免了只靠FTU1檢測(cè)其失壓無(wú)流信息所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。若FTU1由于自身設(shè)備故障原因引起失壓無(wú)流信息,還必須通過(guò)FTU2的檢測(cè)信息進(jìn)行校驗(yàn),若同時(shí)檢測(cè)到失壓且無(wú)流,則FTU1才發(fā)指令跳開斷路器QF1;不然,FTU1保持原態(tài)不動(dòng)作,避免其因非死區(qū)故障原因而引起誤動(dòng)作。

4.3 異地兩點(diǎn)接地短路故障自愈

對(duì)于中性點(diǎn)不直接接地的配網(wǎng)系統(tǒng),當(dāng)配電線路某處發(fā)生單相接地故障時(shí),流過(guò)故障相的電流與正常運(yùn)行時(shí)變化不大,沒(méi)有達(dá)到FTU設(shè)定的過(guò)電流整定值,FTU不動(dòng)作。在此單相接地故障允許運(yùn)行期間內(nèi),健全相對(duì)地電壓升高為原來(lái)的倍,若某健全相絕緣薄弱點(diǎn)被擊穿,就構(gòu)成了異地兩點(diǎn)接地故障。當(dāng)?shù)诙€(gè)單相接地故障發(fā)生后,兩接地點(diǎn)之間通過(guò)大地構(gòu)成回路,導(dǎo)致對(duì)應(yīng)故障相電流急劇增大,超過(guò)了FTU的過(guò)電流整定值,此時(shí)FTU即認(rèn)為系統(tǒng)線路發(fā)生了故障,并立即做出響應(yīng),交換相鄰FTU檢測(cè)到的故障信息,若某兩個(gè)相鄰FTU檢測(cè)到的過(guò)流相數(shù)不同,即認(rèn)為這兩個(gè)FTU之間的線路發(fā)生了故障,隨即跳開其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)斷路器,將故障隔離。

故障區(qū)段的識(shí)別依賴于相鄰FTU檢測(cè)到的過(guò)流相數(shù)信息,具體情況分析如表1所示。

當(dāng)開環(huán)系統(tǒng)的其中一條配電出線發(fā)生異地兩點(diǎn)接地短路故障時(shí),位于故障下游的負(fù)荷在故障隔離后處于失電狀態(tài),則通過(guò)聯(lián)絡(luò)斷路器的合閘恢復(fù)可轉(zhuǎn)供部分負(fù)荷的供電。而當(dāng)系統(tǒng)中異地兩點(diǎn)接地短路故障發(fā)生在不同出線上時(shí),先后發(fā)生的兩處單相接地故障位于不同出線時(shí),故障隔離后,其下游區(qū)段負(fù)荷將無(wú)法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)供。

表1 故障區(qū)段識(shí)別

4.4 勵(lì)磁涌流問(wèn)題

在故障隔離后的負(fù)荷轉(zhuǎn)供過(guò)程中,開環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)在閉合的一瞬間,由于空載合閘或較大不平衡負(fù)荷的存在,系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)很大的勵(lì)磁涌流,當(dāng)勵(lì)磁涌流引起的過(guò)電流流過(guò)各分段開關(guān),且超出其整定值,則會(huì)造成分段開關(guān)的誤動(dòng)作,引起非故障事故停電,這是運(yùn)行規(guī)程所不允許的。所以需要對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行有效識(shí)別,將其與短路故障區(qū)分開,通過(guò)閉鎖勵(lì)磁涌流時(shí)的保護(hù)以避免受其影響。

經(jīng)分析研究,勵(lì)磁涌流所引起的過(guò)電流會(huì)經(jīng)2～3個(gè)周波后逐漸衰減至零,若能讓各分段開關(guān)的保護(hù)整定值躲過(guò)這段時(shí)間,就能有效避免勵(lì)磁涌流的影響。所以,在產(chǎn)生勵(lì)磁涌流同時(shí),閉鎖各分段開關(guān)的保護(hù)直至勵(lì)磁涌流結(jié)束,考慮一定余量,閉鎖時(shí)間取100 ms。其中閉鎖信號(hào)是由開環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)發(fā)出的,即當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)發(fā)出合閘命令進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)供的同時(shí),各分段開關(guān)也將收到保護(hù)閉鎖信號(hào)。

由于實(shí)際配網(wǎng)系統(tǒng)中的聯(lián)絡(luò)開關(guān)不確定,因此需要對(duì)聯(lián)絡(luò)開關(guān)的身份加以識(shí)別,利用實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行線路實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕恿Σ樵?在系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中,處于分位的開關(guān)如果檢測(cè)到其兩側(cè)線路均有電源開關(guān)相連,則確認(rèn)自己的聯(lián)絡(luò)開關(guān)身份。當(dāng)有開關(guān)變位時(shí),再一次啟動(dòng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳樵儭?/p>

5 糾錯(cuò)方式

通過(guò)采用KH-8000P主站系統(tǒng),利用其先進(jìn)的面向?qū)ο蠹夹g(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和圖庫(kù)一體化技術(shù),在基本SCADA應(yīng)用的基礎(chǔ)上,可集成故障管理、線路自動(dòng)化、WEB服務(wù)等功能,配置靈活,擴(kuò)展性好,可靠性高。

KH-8000P系統(tǒng)除具有完備的SCADA功能外,還將調(diào)度管理、設(shè)備管理、變電所管理等功能集成到常規(guī)的SCADA功能中,使之成為綜合調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。此外還增加了動(dòng)態(tài)著色,事故重演等多種富有特色的功能。并通過(guò)與PZK系列FTU配合,在完成SCADA的基礎(chǔ)上,針對(duì)不同的接地方式、不同的線路類型和開關(guān)類型,能夠?qū)崿F(xiàn)故障檢測(cè)、故障隔離和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等線路自動(dòng)化功能。通過(guò)主站監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)掌握配網(wǎng)系統(tǒng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)各種異常及故障信息及時(shí)作出響應(yīng)并發(fā)出告警信號(hào)。

6 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目采用了基于廣域信息的故障快速隔離與供電恢復(fù)通用控制策略,通過(guò)智能終端對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視與控制,并通過(guò)EPON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相鄰FTU間快速交換故障信息,協(xié)同控制,克服其對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的依賴性,實(shí)現(xiàn)故障快速自愈功能。

本自愈技術(shù)與原有系統(tǒng)保護(hù)相配合,在不改變?cè)凶冸娬境隹诒Ｗo(hù)整定體系基礎(chǔ)上,在變電站出口保護(hù)動(dòng)作之前便將故障隔離并通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供,快速恢復(fù)非故障區(qū)域的供電,避免了傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中饋線故障均引起變電站出口保護(hù)先動(dòng)作而導(dǎo)致整條饋線全部暫時(shí)停電的缺陷。不僅減少了停電區(qū)域,縮短了停電時(shí)間,極大地提高了供電質(zhì)量,降低了配電網(wǎng)故障 (擾動(dòng))對(duì)用戶正常供電的影響。

實(shí)現(xiàn)故障快速自愈功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求,首先應(yīng)有可實(shí)現(xiàn)手拉手轉(zhuǎn)供電的環(huán)網(wǎng)線路;其次,可實(shí)現(xiàn)手拉手轉(zhuǎn)供電的環(huán)網(wǎng)線路中任一條線路均應(yīng)可供整個(gè)環(huán)網(wǎng)線路的所有最大用電負(fù)荷。否則任一條線路首端故障隔離后,由另一條線路恢復(fù)全部用電負(fù)荷時(shí),線路將會(huì)過(guò)載。

文中研究的故障自愈技術(shù)對(duì)于配電網(wǎng)饋線主干故障有良好的效果,但考慮到實(shí)際配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分支眾多的特點(diǎn),出現(xiàn)分支故障的可能性也較大,因此對(duì)于如何采用經(jīng)濟(jì)有效的辦法實(shí)現(xiàn)定位、隔離分支故障需做進(jìn)一步深入研究。針對(duì)變電站出口死區(qū)故障,若能在變電站內(nèi)引入無(wú)線傳感器裝置,實(shí)現(xiàn)與其相鄰的第一個(gè)FTU之間的無(wú)線通信,則能有效解決死區(qū)問(wèn)題。勵(lì)磁涌流問(wèn)題目前只能通過(guò)延時(shí)閉鎖解決,其他更為有效實(shí)用的方法有待發(fā)展研究。對(duì)于配網(wǎng)中最常見(jiàn)的小電流接地故障若是也能實(shí)現(xiàn)快速故障自愈,則將改觀配電網(wǎng)運(yùn)行水平。

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Research on Self-healing Technology for Smart Distribution Network Based on Wide-area Information

ZHANG Jiahong1,HE Guobin1,HUANG Diansheng1,SHU Hongchun2,DONG Jun2
(1.Yunnan Dali Power Supply Bureau,Dali,Yunnan 671000; 2.Kunming University of Science and Technology,Kunming 650051)

For the future needs of smart distribution network for increasing the reliability of power supply development,the selfhealing technology for smart distribution network fault were studied.Combined with the current range with large power grid failure, unable to quickly and efficiently turn for protection and control problems,base on Wide Control System of smart distribution network and EPON passive open communication system,using distributed intelligent control technology for communication and data exchange between intelligent power distribution terminals,by analyzing the fault overcurrent information and cooperating substation outlet protection to achieve fast fault isolation,power recovery and other functions.Through the practical application of the distribution network in the city of Dali,as well as research and analysis a number of key issues carried out during the project,the self-healing technology for smart distribution network fault based on wide-area information can significantly improve the reliability and power quality,thus reducing power losses.

smart distribution network;self-healing;wide-area information

TM76

B

1006-7345(2014)03-0015-06

2014-02-18

張家紅 (1977),男,本科,工程師,大理供電有限公司,從事技術(shù)管理工作 (e-mail)dlzjh945@163.com;

何國(guó)斌 (1979),男,?？?大理供電有限公司,從事技術(shù)管理工作 (e-mail)48724728@qq.com;

黃滇生 (1956),男,高級(jí)工程師,云南電網(wǎng)公司大理供電局,繼電保護(hù)三級(jí)助理技術(shù)專家,從事生產(chǎn)設(shè)備管理部配網(wǎng)管理工作 (e-mail)hds1791@163.com。