配電網(wǎng)故障分布式處理技術(shù)

李德平

摘 要：進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，對(duì)電能質(zhì)量與供電可靠性有著更為嚴(yán)苛的要求，一旦配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，需要在極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電，以便降低故障對(duì)供電的影響。配電網(wǎng)故障分布式處理技術(shù)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和好處，可以有效地完成故障隔離，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，是未來(lái)主流的配電網(wǎng)故障處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng) 故障 類別 分布式處理

中圖分類號(hào)：TM93 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）10（b）-0066-02

改革開放以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高速發(fā)展，導(dǎo)致電力生產(chǎn)難以滿足國(guó)計(jì)民生的需要，電力缺口問(wèn)題始終成為我國(guó)政府的首要解決問(wèn)題之一。所以我國(guó)在之前較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，持續(xù)加大了配電網(wǎng)和發(fā)電廠的建設(shè)力度，現(xiàn)已基本能夠?qū)崿F(xiàn)供需平衡。結(jié)合我國(guó)的現(xiàn)實(shí)國(guó)情來(lái)說(shuō)，配電環(huán)節(jié)的問(wèn)題已成為現(xiàn)階段最為主要的問(wèn)題之一，因?yàn)樵谶^(guò)去的一段時(shí)間里我國(guó)對(duì)于配電系統(tǒng)的投入相對(duì)不足，造成我國(guó)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在各種各樣的問(wèn)題。一方面配電線路輸電能力不足，另一方面配電技術(shù)較為落后，配電線路故障處理時(shí)間偏長(zhǎng)，對(duì)人民生產(chǎn)生活造成嚴(yán)重的影響，這也是筆者對(duì)配電網(wǎng)故障分布式處理技術(shù)進(jìn)行研究的主要原因之一。

1 配電網(wǎng)故障的主要類型

配電網(wǎng)內(nèi)存在繁多的設(shè)備和元器件，因此會(huì)產(chǎn)生各種各樣的故障和問(wèn)題，導(dǎo)致故障的原因也是非常多樣化的。主要包括斷線故障、單相接地故障和短路故障。其中，斷線故障主要指的是由于外部環(huán)境或者外力作用因素導(dǎo)致線路斷線造成電力傳輸中斷的故障。單線接地故障只有少量的接地電流可以流經(jīng)接地處，系統(tǒng)仍然能夠繼續(xù)保持運(yùn)行狀態(tài)。短路故障指的是不同類型的相間短路，涵蓋了不同類型的相間接地。導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題的原因也是相當(dāng)多樣化的，主要的原因有計(jì)劃?rùn)z修、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備老化、內(nèi)部過(guò)電壓、污閃、雷電過(guò)電壓等，都會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重的負(fù)面損害。

2 配電網(wǎng)故障處理技術(shù)

以線路故障保護(hù)方案中的通信處理方式、是否具有通信動(dòng)作、分段開關(guān)的類型等，可以制定不同的、差異化的配電網(wǎng)保護(hù)方案，具體可以分為分布式智能控制型、集中控制型、分段器控制型等不同類型，具體如下。

2.1 分布式智能控制型

通常情況下，F(xiàn)A供電恢復(fù)時(shí)間可以具備分鐘級(jí)的能力，但是如果采取C型FA（分布式智能控制型FA），就能夠具有更為強(qiáng)大的能力，即在僅僅幾秒時(shí)間內(nèi)就可以完成隔離與恢復(fù)供電、故障定位的功能，減少停電的時(shí)間和停電的影響。

通過(guò)圖1可以明顯地看出，主站、出口處的保護(hù)裝置以及配電終端均接入到相同的通信網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)。圖中左側(cè)的CP代表的是通信處理機(jī)，主要完成將DTU數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給主站的功能。較之傳統(tǒng)處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，分布式處理技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，智能終端能夠?qū)ζ涔茌牱秶鷥?nèi)的設(shè)備傳遞相應(yīng)的控制命令、獲取所需的狀態(tài)信息，并主動(dòng)地和其他智能終端完成通信，從而實(shí)現(xiàn)FLISR功能，徹底擺脫了集中式保護(hù)方式所采取的通過(guò)控制主站來(lái)進(jìn)行故障處理的方式。另外，智能終端無(wú)需學(xué)習(xí)和掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只需要在配置時(shí)設(shè)置相鄰終端的信息就可以了。

2.2 集中控制型

集中控制型FA也被稱作B型FA，采用該類型的保護(hù)方式，配電終端與主站之間的通信利用通信網(wǎng)絡(luò)開展信息傳輸工作，通過(guò)主站，智能終端完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌南螺d和收集，然后將測(cè)量的數(shù)據(jù)向主站進(jìn)行上傳，接著按照判斷邏輯對(duì)故障區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，在完成之后，進(jìn)行信息的下發(fā)和保護(hù)。

2.3 重合器-分段控制型

A型FA需要預(yù)先設(shè)定相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，以電流或者電壓的變化情況來(lái)進(jìn)行設(shè)備的相應(yīng)動(dòng)作。另外，重合器-分段控制型的特點(diǎn)在于不需要主站和通信通道作為基礎(chǔ)。

其中，電壓-時(shí)間控制型是A型FA的主要代表之一，利用對(duì)分段兩側(cè)的電壓檢測(cè)所獲得的信息數(shù)據(jù)是進(jìn)行合閘和分閘操作的基礎(chǔ)。

3 配電網(wǎng)故障分布式處理技術(shù)

在饋線自動(dòng)化處理達(dá)到一定程度之后，就可以采取和實(shí)施分布式處理技術(shù)，可以不通過(guò)主站就可以完成非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，在極短時(shí)間內(nèi)完成故障的預(yù)判、隔離和定位，極大地增強(qiáng)了供電的可靠性。要實(shí)現(xiàn)以上功能，必須完成配電終端信息模型的構(gòu)建和完善，在終端故障的情況下系統(tǒng)所具備和可以實(shí)現(xiàn)的容錯(cuò)能力、終端網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞取?/p>

3.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別分析

對(duì)于電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要想進(jìn)行高級(jí)分析計(jì)算工作，必須開展拓?fù)浞治龉ぷ?。其主要功能是基于斷路器的狀態(tài)信息，對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算和分析，也就是確定母線—支路和節(jié)點(diǎn)—開關(guān)之間的關(guān)系。換言之，分析電網(wǎng)接線狀態(tài)是電網(wǎng)拓?fù)涞闹饕治龉δ堋?/p>

基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠獲得終端開關(guān)的狀態(tài)信息，并全程、實(shí)時(shí)地跟蹤終端開關(guān)的狀態(tài)信息，通過(guò)直觀的狀態(tài)顯示，可以掌握運(yùn)行情況以及連接狀態(tài)，維護(hù)電力系統(tǒng)持續(xù)、健康和穩(wěn)定的運(yùn)行。

現(xiàn)階段，主要采取離散處理法、樹搜索表示法、接點(diǎn)消去法和關(guān)聯(lián)表矩陣表示法等。為了便于配電網(wǎng)分布智能控制，應(yīng)當(dāng)選擇配電終端信息人工配置的方法，以便其可以進(jìn)行信息的交換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)識(shí)別?；诂F(xiàn)實(shí)需求，分布式智能控制要能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)變化，在負(fù)荷預(yù)判的基礎(chǔ)上開展負(fù)荷轉(zhuǎn)移工作，對(duì)主網(wǎng)電源進(jìn)行跟蹤需要用到孤島保護(hù)，對(duì)聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行動(dòng)態(tài)識(shí)別以便完成故障恢復(fù)工作。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別過(guò)程

（1）靜態(tài)配置開關(guān)屬性。

位置屬性以及自身屬性是最為主要的開關(guān)屬性，其中前者主要指的是不同開關(guān)之間的位置屬性，而后者主要指的是末端開關(guān)、分段開關(guān)以及電源開關(guān)。利用靜態(tài)配置開關(guān)屬性，實(shí)現(xiàn)所需應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的確定。

（2）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的查詢。

網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)DTU都能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建和完善，基于其事先設(shè)定的屬性來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。舉例來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)故障的有效隔離，必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用拓?fù)涞臉?gòu)建和完善；為了實(shí)現(xiàn)故障隔離后供電的及時(shí)恢復(fù)，要對(duì)位置進(jìn)行動(dòng)態(tài)確定然后構(gòu)建拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。endprint

操作者發(fā)起查詢申請(qǐng)，對(duì)鄰居DTU下發(fā)查詢指令，在接收到查詢指令之后，DTU把相應(yīng)的信息反饋給操作者，然后將指令向鄰近的DTU進(jìn)行傳遞，在到達(dá)末端開關(guān)或者電源開關(guān)后隨即終止。

（3）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建和完善。

在完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的收集之后，操作者要對(duì)信息的完整性進(jìn)行判斷，終端開關(guān)和末端開關(guān)應(yīng)當(dāng)成為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌慕K結(jié)點(diǎn)，在完成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的收集之后，操作者應(yīng)當(dāng)主動(dòng)放棄無(wú)關(guān)緊要的信息。如果出現(xiàn)應(yīng)用變化的情況，應(yīng)當(dāng)重新執(zhí)行查詢動(dòng)作，并不影響供電恢復(fù)控制的速度。

分布式智能系統(tǒng)示意圖見圖2。

4 配電網(wǎng)故障分布式處理功能的實(shí)現(xiàn)

在配電網(wǎng)存在故障的情況下，故障分布式處理功能的先后順序依次是故障定位、故障隔離和供電恢復(fù)。利用分布式處理技術(shù)，可以在極短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)有效的故障隔離，并確保最佳的供電可靠性，確保供電質(zhì)量能夠滿足現(xiàn)實(shí)需求。

4.1 聯(lián)絡(luò)開關(guān)的自動(dòng)識(shí)別

圖3顯示的是開環(huán)運(yùn)行線路，在系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)下，Q22如果處于未閉合狀態(tài)，智能終端可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，然后與相鄰的智能終端開展通信操作，基于拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別技術(shù)完成相應(yīng)的接力查詢動(dòng)作。

4.2 斷路器模式下的故障隔離與恢復(fù)

與負(fù)荷開關(guān)所采取的方式較為相近，在線路存在故障的情況下，故障區(qū)域的邊界開關(guān)能夠直接完成跳閘操作，不需要電源處的斷路器首先進(jìn)行動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)保持高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，對(duì)電能質(zhì)量與供電可靠性有著更為嚴(yán)苛的要求，一旦配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，需要在極短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電，以便降低故障對(duì)供電的影響。配電網(wǎng)故障分布式處理技術(shù)有著諸多的優(yōu)點(diǎn)和好處，可以有效地完成故障隔離，在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，是未來(lái)主流的配電網(wǎng)故障處理技術(shù)。

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