配網(wǎng)自動化故障定位技術(shù)探討

黃院芳

（廣州市電力工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州510220）

1 配網(wǎng)自動化及故障定位的必要性

1.1 配網(wǎng)自動化概述

在電力系統(tǒng)中，配網(wǎng)是不可或缺的重要組成部分之一，而配網(wǎng)自動化具體是指以一次網(wǎng)架及相關(guān)設(shè)備為基礎(chǔ)，以配電自動化系統(tǒng)為核心，借助多種通信方式，實現(xiàn)對配電系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控，并通過與其他系統(tǒng)的信息集成，對配電系統(tǒng)進行科學化、規(guī)范化的管理。上述目標的實現(xiàn)憑借的是配電自動化系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備的功能包括饋線自動化、配電SCADA、通信監(jiān)視、故障處理、系統(tǒng)互聯(lián)、電網(wǎng)分析等。該系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：配電主站、終端、子站、通信通道等。其中，主站是核心部分，終端一般安裝在配網(wǎng)現(xiàn)場，子站可實現(xiàn)所轄范圍內(nèi)的信息匯集、故障處理以及通信監(jiān)視等功能。

1.2 故障定位的必要性

對于配網(wǎng)而言，可將其中的故障大體上分為兩種類型，一種是瞬時故障，也被稱為暫態(tài)故障，另一種是永久性故障。通常情況下，對配網(wǎng)故障進行處理時，需要區(qū)分故障類型，瞬時故障可利用變電站出口位置處的斷路器通過一次重合閘進行消除，而對于永久性故障，當重合閘失敗后，必須對配網(wǎng)進行故障處理。在配網(wǎng)當中，電纜線路發(fā)生瞬時故障的可能性相對較小，絕大部分故障均為永久性故障，當某個區(qū)段出現(xiàn)故障問題后，需要先對該故障區(qū)段進行準確定位，并第一時間分斷該故障區(qū)段的開關(guān)，以此來隔離故障，隨后再對非故障區(qū)段快速恢復供電，防止故障問題造成整條線路失電，影響用戶使用。如果是配網(wǎng)出現(xiàn)故障，相關(guān)饋線監(jiān)控終端會將相應分段及聯(lián)絡開關(guān)位置處的實時信息以數(shù)據(jù)的形式傳輸給主站系統(tǒng)，當主站系統(tǒng)接收到這些數(shù)據(jù)之后，會按照一定的故障區(qū)段定位算法自動定位出故障所在的位置，同時會對相關(guān)饋線監(jiān)控終端下發(fā)指令，操作開關(guān)設(shè)備將故障區(qū)段從整條線路中隔離出去，并恢復其他非故障區(qū)段供電，由此可防止變電站出線開關(guān)多次重合的情況發(fā)生，有助于縮小故障影響范圍。由上述分析可知，當配網(wǎng)發(fā)生故障之后，對故障進行準確的定位是消除故障的重要前提和基礎(chǔ)，也是故障排除的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，在配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，必須采用合理可行的故障定位技術(shù)，才能確保配網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行。

2 配網(wǎng)自動化故障定位技術(shù)

2.1 基于故障指示器的定位技術(shù)

配網(wǎng)若采用中性點不直接接地的連接方式，一旦相間出現(xiàn)短路故障，會造成極大的危害。相間短路時，電源供電回路的阻抗會隨之減小，從而導致短路回路中電流激增，并且該電流會超出回路中額定電流數(shù)倍。相關(guān)研究結(jié)果表明，短路電流的大小主要與短路點與電源之間的電氣距離有關(guān)，當配網(wǎng)中出現(xiàn)兩相短路時的故障電流較大，所以故障指示器能夠按照故障電流的具體流向準確判斷出故障所在位置。實踐證明，這種故障定位技術(shù)的可靠性相對較高。

2.1.1 故障指示器的原理

常規(guī)的故障指示器主要由傳感器、顯示器等組成，其基本工作原理如下：當傳感器采集電流信號并將該信號傳給顯示器后，顯示器會對該信號的性質(zhì)進行分析判定，并選擇是否顯示故障狀態(tài)。當配網(wǎng)中出現(xiàn)故障后，會有故障電流從系統(tǒng)側(cè)至故障位置處線路構(gòu)成的故障回路中流過，此時故障指示器便會產(chǎn)生報警信息。同時，其他分支線路與故障點后的故障指示器沒有故障電流流過，所以不會產(chǎn)生報警信息。這樣，通過邏輯判斷便可找出故障區(qū)段及分支線路。常用的故障指示器有架空型和電纜型兩種。

2.1.2 主干線與分支線的故障定位

（1）主干線故障定位。當配網(wǎng)主干線中的某處出現(xiàn)短路故障時，從系統(tǒng)側(cè)到該故障位置處便形成一條故障回路，同時會有故障電流流經(jīng)該回路，該回路中的故障指示器便會指示故障，而其余故障指示器均不會指示故障，由此可快速判定故障區(qū)間。（2）分支線故障定位。配網(wǎng)中的分支線故障定位與主干線基本類似，在此不重復介紹。

2.1.3 注意事項

采用故障指示器對配網(wǎng)進行故障定位時，應注意如下事項：（1）必須保持故障指示器的告警指示信息完整。線路中的故障指示器數(shù)量相對較多，可能導致上傳給主站的報警信息無法同步，這就可能導致單個采樣周期內(nèi)上傳數(shù)據(jù)丟失的情況。為避免此類問題發(fā)生，在對故障指示器報警信息進行采集時，可設(shè)置冗余時間，并以若干個周期為界，這樣便能夠保證所有來自于故障指示器的報警信息均可送達主站，即使線路中出現(xiàn)多重故障，也可完整采集到報警信息。（2）故障信息要與網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)保持高度一致。在具體應用的過程中，指示器的動作信息與開關(guān)動作傳至主站的時間也無法同步，邏輯分析是以故障前的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)狀態(tài)為主要依據(jù)，為此系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)時，必須保留故障前的開關(guān)狀態(tài)信息，并在采集到完整的指示器信息后，作為邏輯分析依據(jù)。

2.2 基于饋線終端的故障定位方法

饋線終端裝置簡稱FTU，其具備遙信、遙控和故障檢測等功能，可與配電自動化主站進行通信，該裝置的特點是體積小、抗高溫、耐嚴寒、可直接進行采樣?；陴伨€終端的故障定位方法主要是指由FTU對線路中的開關(guān)運行情況進行實時檢測，并采集線路中的各種信息，如電流、電壓、功率、開關(guān)分合閘狀態(tài)等，然后將采集到的信息傳給配電自動化主站。主站則會按照饋線終端檢測到的故障告警信息，結(jié)合保護動作信號等進行綜合判斷，進而啟動故障處理程序，判斷線路中的故障類型和區(qū)段，以此來實現(xiàn)對故障點的隔離及非故障區(qū)段恢復供電。基于饋線終端的故障定位方法的實現(xiàn)需注意以下事項：

2.2.1 快速定位與隔離

通過相關(guān)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)絕大多數(shù)配網(wǎng)自動化方案中，從故障定位到事故隔離直至恢復供電的時間約為1 min。隨著電力用戶對供電質(zhì)量要求的不斷提高，1 min的復電時間相對較長，很難滿足用戶的要求，尤其是一些電力大客戶，他們建議停電時間減少到0.2 s以內(nèi)，這樣可以在不設(shè)置不間斷電源的情況下，確保計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。故障停電時間主要取決于配電自動化主站采集現(xiàn)場FTU故障信息所耗費的時間，以太網(wǎng)技術(shù)的引入，將使停電時間縮短至10 s以內(nèi)。

2.2.2 網(wǎng)絡通信

近年來，隨著以太網(wǎng)的快速發(fā)展，各個地區(qū)的電力部門紛紛提出了網(wǎng)絡通信的要求，已有部分地區(qū)的供電部門將光纖鋪設(shè)到了變電站和柱上開關(guān)安裝處。若是各饋線終端均能直接采用10 M／100 M的以太網(wǎng)，并基于TCP／IP協(xié)議與主站和子站進行通信，便可使光纖的作用得到充分發(fā)揮。由于饋線終端本身是安裝在現(xiàn)場的智能終端，為確保其運行穩(wěn)定性和低功耗，很多廠商都采用了主控單元MCU實現(xiàn)通信處理功能。然而，實際應用表明，MCU的運行速率與計算能力均不如以太網(wǎng)，所以在基于饋線終端的配網(wǎng)自動化故障定位中，采用10 M／100 M的以太網(wǎng)進行通信更切實可行。

2.2.3 在線監(jiān)視

通常情況下，配網(wǎng)開關(guān)都設(shè)置在戶外，這給維護和檢修工作帶來了一定的困難，加之受外界環(huán)境因素的影響，很容易導致開關(guān)的使用壽命縮短。鑒于此，及時預測開關(guān)的使用壽命顯得尤為重要?，F(xiàn)階段，國外一些發(fā)達國家的饋線終端已經(jīng)能較為精確地預測出開關(guān)的使用壽命，國內(nèi)也有一些廠家生產(chǎn)的饋線終端具備此類功能，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了在線監(jiān)視功能，可對開關(guān)的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)視，通過相關(guān)數(shù)據(jù)的采集判斷開關(guān)的狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，國內(nèi)很多地區(qū)都實現(xiàn)了配網(wǎng)自動化，在這一背景下，網(wǎng)內(nèi)的線路和設(shè)備不斷增多，這些線路和設(shè)備在實際運行的過程中難免會受到各種因素的影響而出現(xiàn)故障問題。為此，應當采取一種科學合理的故障定位方法，當配網(wǎng)發(fā)生故障時，在最短的時間內(nèi)找出故障位置，并對其進行隔離處理，恢復非故障區(qū)段的供電，以此來確保供電可靠性。

［1］趙祖康，王偉.中國城市配電網(wǎng)自動化與網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)優(yōu)化［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000（19）.

［2］羅曉，王金鳳，李小偉，等.基于有向分層模型的配電網(wǎng)故障區(qū)域判斷［J］.電力系統(tǒng)及其自動化學報，2005（6）.