湖南電網(wǎng)配電自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)踐

張帝， 唐海國(guó)， 張志丹， 康童， 李紅青

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙410007)

0 引言

國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司在國(guó)家電網(wǎng)有限公司內(nèi)作為第二批17 個(gè)配電自動(dòng)化建設(shè)試點(diǎn)單位之一，在2011 年啟動(dòng)長(zhǎng)沙配電自動(dòng)化工程建設(shè)[1]， 相繼完成長(zhǎng)沙、 湘潭、 株洲、 衡陽(yáng)四個(gè)地市配電自動(dòng)化主站建設(shè)。 2017 年底啟動(dòng)省級(jí)配電主站建設(shè)， 并于2018 年11 月底上線試運(yùn)行， 實(shí)現(xiàn)全省配電終端集中接入和圖模集中管控[2]， 并開(kāi)展終端管理[3-4]、 故障綜合研判[5-6]等實(shí)用化應(yīng)用。 截至2020 年10 月， 全省主站共計(jì)接入配電自動(dòng)化終端設(shè)備32 185 套(其中一二次成套環(huán)網(wǎng)箱4 954 套，一二次成套柱上開(kāi)關(guān)8 772 套， 故障指示器18 459套)， 已基本具備實(shí)用化應(yīng)用條件。

1 技術(shù)路線

1.1 湖南電網(wǎng)技術(shù)路線選擇

饋線自動(dòng)化是配電自動(dòng)化建設(shè)的重要組成部分， 是指利用自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)， 監(jiān)視配電網(wǎng)的運(yùn)行狀況， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)故障， 進(jìn)行故障定位、 隔離和恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域的供電[7-11]。

饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)故障處理可采用集中型[12]和就地型模式。 其中， 集中型饋線自動(dòng)化借助通信手段， 通過(guò)配電終端和配電主站的配合， 在發(fā)生故障時(shí)依靠配電主站判斷故障區(qū)域， 并通過(guò)自動(dòng)遙控或人工方式隔離故障區(qū)域， 恢復(fù)非故障區(qū)域供電。 就地型饋線自動(dòng)化不依賴配電主站控制， 在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)， 通過(guò)配電終端相互通信、 保護(hù)配合或時(shí)序配合， 隔離故障區(qū)域， 恢復(fù)非故障區(qū)域供電， 并上報(bào)處理過(guò)程及結(jié)果， 就地型饋線自動(dòng)化包括分布式饋線自動(dòng)化、 不依賴通信的重合器方式、 光纖縱差保護(hù)等。

國(guó)家電網(wǎng)有限公司自2009 年開(kāi)展配電自動(dòng)化建設(shè)以來(lái)， 綜合應(yīng)用效益初步顯現(xiàn)。 不同電網(wǎng)公司均選擇了典型的饋線自動(dòng)化模式進(jìn)行應(yīng)用， 江蘇、浙江等發(fā)達(dá)地區(qū)已完成地市配電自動(dòng)化主站全覆蓋， 故障處理以集中型饋線自動(dòng)化為主， 1 min 內(nèi)可實(shí)現(xiàn)故障的定位、 自動(dòng)隔離和恢復(fù)。 北京、 山東等地在城郊架空線路區(qū)域采用了就地型饋線自動(dòng)化， 通過(guò)重合閘實(shí)現(xiàn)故障隔離與恢復(fù)。 廣東、 上海等地試點(diǎn)了智能分布式饋線自動(dòng)化， 可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)故障處理。

為深化配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)， 推廣應(yīng)用遙控、 饋線自動(dòng)化等技術(shù)決策部署， 結(jié)合湖南電網(wǎng)變電站出線開(kāi)關(guān)保護(hù)配置級(jí)差不夠、 地市主站建設(shè)覆蓋不全等現(xiàn)狀， 湖南電網(wǎng)配電自動(dòng)化應(yīng)用優(yōu)選為“主線饋線自動(dòng)化、 支線繼電保護(hù)” 的技術(shù)路線， 即通過(guò)主線饋線自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)主線故障自動(dòng)定位、 隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)， 通過(guò)支線繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)分支故障就地切除， 降低整線跳閘次數(shù)和縮小停電范圍， 支撐“兩降一控” 工作目標(biāo)。

1.2 繼電保護(hù)配置原則

配電網(wǎng)保護(hù)整定按照變電站10 kV 出線開(kāi)關(guān)(第一級(jí)保護(hù))、 分支開(kāi)關(guān)(第二級(jí)保護(hù))、 用戶分界斷路器(第三級(jí)保護(hù)) 配置整定原則考慮。 一般而言， 采用變電站10 kV 出線開(kāi)關(guān)、 分支開(kāi)關(guān)(或用戶分界斷路器) 兩級(jí)保護(hù)模式， 三級(jí)保護(hù)只針對(duì)長(zhǎng)分支線路帶專變用戶的情況。 設(shè)置成第二級(jí)保護(hù)的分支斷路器(含用戶分界斷路器)， 按電流Ⅰ段和電流Ⅲ段保護(hù)進(jìn)行配置， 電流Ⅰ段零時(shí)限切除故障電流， 電流Ⅲ段防止線路過(guò)負(fù)荷。 設(shè)置成第三級(jí)保護(hù)的用戶分界斷路器， 按電流Ⅰ段和電流Ⅲ段保護(hù)進(jìn)行配置， 電流Ⅰ段保護(hù)定值根據(jù)配變?nèi)萘縼?lái)確定， 電流Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作定值按躲本分支最大負(fù)荷電流整定， 動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與上一及分支斷路器電流Ⅲ段配合， 形成0.3～0.5 s 的級(jí)差。

1.3 饋線自動(dòng)化配置原則

根據(jù)湖南電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和城、 農(nóng)網(wǎng)特點(diǎn)， 在建有地市公司主站且有光纖的城網(wǎng)線路選擇集中型饋線自動(dòng)化， 無(wú)地市主站純電纜線路不投饋線自動(dòng)化， D 類地區(qū)架空線路宜采用就地式電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化， 具體配置見(jiàn)表1。

表1 饋線自動(dòng)化配置模式

1.4 重合閘配置原則

電纜線路、 電纜占比達(dá)30%以上混合線路，全線重合閘停用。 架空線路第一級(jí)開(kāi)關(guān)重合閘時(shí)間整定為2 s， 第二級(jí)開(kāi)關(guān)整定為3～5 s。 配置為第二級(jí)保護(hù)的分支斷路器， 當(dāng)其處于出線開(kāi)關(guān)Ⅰ段保護(hù)范圍內(nèi)時(shí)， 退出重合閘。

2 主要實(shí)踐內(nèi)容及成效分析

2.1 主要實(shí)踐內(nèi)容

1) 工作方案引領(lǐng)， 指導(dǎo)手冊(cè)支撐。 一是制定《配電自動(dòng)化實(shí)用化應(yīng)用工作方案》 《饋線自動(dòng)化及繼電保護(hù)整定方案》， 明確應(yīng)用技術(shù)原則， 以在線率和應(yīng)用率為抓手推進(jìn)實(shí)用化應(yīng)用， 以周通報(bào)、月度例會(huì)進(jìn)行管控。 二是編制《配電自動(dòng)化入門手冊(cè)》， 組織省級(jí)培訓(xùn)和市縣公司培訓(xùn)， 支撐基層班組現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展配電自動(dòng)化應(yīng)用。 三是推行設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收“一設(shè)備、 一卡片”， 通過(guò)項(xiàng)目竣工管控配電自動(dòng)化設(shè)備安裝、 接入和應(yīng)用。

2) 典型問(wèn)題解析， 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)。 一是針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)成套開(kāi)關(guān)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的TV 接線和參數(shù)配置不正確等典型問(wèn)題， 編制《配電自動(dòng)化實(shí)用工作手冊(cè)》， 組織開(kāi)展存量設(shè)備全面排查和整改。 二是赴典型縣公司集中檢修現(xiàn)場(chǎng)， 以實(shí)戰(zhàn)方式開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)服務(wù)， 覆蓋全省。

3) 持續(xù)推進(jìn)配電自動(dòng)化主站建設(shè)及應(yīng)用。 一是啟動(dòng)常德、 益陽(yáng)等5 地市獨(dú)立主站建設(shè)， 完成廠內(nèi)系統(tǒng)集成。 二是推進(jìn)地市主站與省級(jí)主站數(shù)據(jù)貫通工作， 完成長(zhǎng)沙、 湘潭主站遙測(cè)、 遙信和電量數(shù)據(jù)周期同步。 三是常態(tài)化開(kāi)展配電網(wǎng)故障綜合研判應(yīng)用， 實(shí)時(shí)推送設(shè)備主人和供電服務(wù)指揮系統(tǒng)， 支撐主動(dòng)搶修。

2.2 應(yīng)用成效

1) 支撐降低10 kV 整線停電。 通過(guò)應(yīng)用主線饋線自動(dòng)化和分支繼電保護(hù)， 全省10 kV 線路整線跳閘減少32.29%。 株洲、 長(zhǎng)沙等地市積極開(kāi)展饋線自動(dòng)化應(yīng)用， 其中， 株洲城區(qū)(配電檢修公司)降低10 kV 整線停電50.68%。

2) 支撐降低配電臺(tái)區(qū)停電。 通過(guò)主線故障分段隔離和分支故障就地切除， 大幅縮小停電范圍，全省臺(tái)區(qū)故障停電減少31.77%。 其中， 懷化、 永州等地市積極開(kāi)展配電自動(dòng)化設(shè)備消缺和接入應(yīng)用， 臺(tái)區(qū)停運(yùn)率分別降低46.56%和42.17%。

3) 支撐控制配變停運(yùn)時(shí)長(zhǎng)。 通過(guò)饋線自動(dòng)化和故障綜合研判應(yīng)用， 可準(zhǔn)確定位故障區(qū)間， 改變了傳統(tǒng)人工巡線、 經(jīng)驗(yàn)勘察的工作模式， 極大縮短故障查找和搶修恢復(fù)時(shí)間， 全省通過(guò)配電自動(dòng)化應(yīng)用， 配電臺(tái)區(qū)停電時(shí)長(zhǎng)減少34.16%， 其中， 長(zhǎng)沙故障臺(tái)區(qū)平均停電時(shí)間縮短為3.2 h。

2.3 典型應(yīng)用案例

1) 案例1

永州地區(qū)某10 kV 線路， 全線共764 基桿塔，主線226 基桿塔， 支線眾多， 近乎70%線路穿梭在樹(shù)竹之間， 日常運(yùn)維及故障巡線難度極大。 于3 月10 日開(kāi)展集中檢修， 在P090、 P147 桿裝設(shè)兩臺(tái)一二次成套開(kāi)關(guān)， 實(shí)現(xiàn)主干線三分段， 并投入就地型饋線自動(dòng)化， 具體如圖1 所示。

圖1 永州某10 kV 線路開(kāi)關(guān)安裝位置

6 月15 日17 時(shí)00 分， 該10 kV 線路發(fā)生斷樹(shù)壓線短路故障， 經(jīng)變電站出線開(kāi)關(guān)322 斷路器兩次重合閘后， 最終P147 桿開(kāi)關(guān)分閘， 正向閉鎖合閘， P147 桿前段線路均恢復(fù)供電。 此次故障影響公變臺(tái)區(qū)15 臺(tái)、 專變臺(tái)區(qū)1 臺(tái)， 前段73 個(gè)臺(tái)區(qū)恢復(fù)供電， 損失負(fù)荷124.8 kW， 占比14.6%。 歷時(shí)95 min 供電所查找到故障點(diǎn)位于P153 桿， 搶修后恢復(fù)供電。 相比以往故障巡線耗時(shí)半天甚至一整天， 節(jié)約故障查找時(shí)間10 h 以上。

2) 案例2

懷化地區(qū)某10 kV 314 線， 全長(zhǎng)153.406 km，共安裝變壓器88 臺(tái)， 容量4 425 kVA， 其中公變78臺(tái)容量3 215 kVA， 專變10 臺(tái)容量1 210 kVA，2019 年全線跳閘8 次。 于6 月30 日進(jìn)行了集中檢修， 新裝(更換) 柱上斷路器3 臺(tái)， 移位柱上斷路器1 臺(tái)， 在主干線安裝成套柱上斷路器2 臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)主干線3 分段， 并投入了就地型饋線自動(dòng)化功能， 如圖2 所示。

圖2 懷化10 kV 314 線開(kāi)關(guān)安裝位置

7 月10 日晚21 時(shí)32 分， 314 線路由于分支樹(shù)障導(dǎo)致出線開(kāi)關(guān)過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作跳閘， 出口浪支線(T 接在主干線53 號(hào)桿) 柱上斷路器跳閘(18 個(gè)臺(tái)區(qū)失電)， 實(shí)現(xiàn)分級(jí)故障隔離， 變電站出線開(kāi)關(guān)2 s 后重合， 主干線46 號(hào)桿、 148 號(hào)桿柱上斷路器在線路來(lái)電后依次來(lái)電延時(shí)合閘成功， 避免了一次支線故障導(dǎo)致全線停電故障， 減少停電臺(tái)區(qū)數(shù)70臺(tái)， 根據(jù)故障定位區(qū)間指導(dǎo)巡線和搶修， 節(jié)約供電恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)6 h。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化應(yīng)用建議

配電自動(dòng)化技術(shù)是減少線路跳閘次數(shù)和縮小停電范圍最有效的技術(shù)應(yīng)用。 針對(duì)應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和積累的經(jīng)驗(yàn)， 將重點(diǎn)開(kāi)展各項(xiàng)工作， 充分發(fā)揮已建設(shè)配電自動(dòng)化設(shè)備的成效， 提升故障處理效率。

1) 加強(qiáng)配電自動(dòng)化隊(duì)伍建設(shè)和培訓(xùn)。 開(kāi)展配電自動(dòng)化取證培訓(xùn)考核， 將配電終端調(diào)試運(yùn)維工作納入設(shè)備主人日常工作， 組織開(kāi)展配電自動(dòng)化專業(yè)競(jìng)賽， 以賽促培， 不斷提升配電自動(dòng)化人員專業(yè)技術(shù)水平和培訓(xùn)質(zhì)量。

2) 強(qiáng)化配電自動(dòng)化全過(guò)程線上管控。 充分應(yīng)用數(shù)字化管理手段， 通過(guò)停電區(qū)域圖、 配網(wǎng)工程驗(yàn)收等線上業(yè)務(wù)流程， 管控新增設(shè)備的圖模異動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試上線， 全面落實(shí)成套開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收“一設(shè)備一卡片”， 避免“前清后亂”； 對(duì)于存量設(shè)備， 加強(qiáng)維護(hù)， 建立問(wèn)題缺陷庫(kù)， 通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用巡視和業(yè)務(wù)工單閉環(huán)管控逐步“銷號(hào)”。

3) 推進(jìn)新一代配電自動(dòng)化主站建設(shè)和無(wú)線公網(wǎng)遙控應(yīng)用。 開(kāi)展無(wú)線公網(wǎng)遙控功能和信息安全測(cè)試， 按照“試點(diǎn)應(yīng)用-總結(jié)提升-全面推廣” 有序放開(kāi)無(wú)線公網(wǎng)遙控應(yīng)用， 提升遙控使用率， 縮短倒閘操作和故障處理時(shí)間。

4) 加快饋線自動(dòng)化投運(yùn)。 結(jié)合配電自動(dòng)化建設(shè)和設(shè)備消缺情況， 以集中型饋線自動(dòng)化為主， 就地型饋線自動(dòng)化為輔， 按照“具備一條、 投運(yùn)一條” 的原則， 加快饋線自動(dòng)化投運(yùn)和分支繼電保護(hù)應(yīng)用， 提升故障隔離水平。

5) 積極開(kāi)展單相接地故障快速處置。 依托配電自動(dòng)化成套開(kāi)關(guān)的零序功能， 開(kāi)展配電網(wǎng)單相接地故障的就地研判及切除[13-16]， 同步開(kāi)展站內(nèi)單相接地選線裝置梳理和整改， 融合站內(nèi)接地選線信號(hào)和線路單相接地告警、 動(dòng)作信息， 推進(jìn)基于配電自動(dòng)化系統(tǒng)的單相接地故障綜合研判應(yīng)用， 實(shí)現(xiàn)單相接地故障的精準(zhǔn)研判和快速處置。

6) 提升設(shè)備智能化和可靠性水平。 規(guī)范各全檢中心管理， 嚴(yán)把設(shè)備質(zhì)量， 避免問(wèn)題設(shè)備流向現(xiàn)場(chǎng)， 同時(shí)甄選優(yōu)質(zhì)合格供應(yīng)商和優(yōu)化配電自動(dòng)化設(shè)備選型應(yīng)用原則， 從可靠性設(shè)計(jì)、 材料、 工藝、 運(yùn)維等方面提高標(biāo)準(zhǔn)， 推廣應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化、 高可靠、 易(免) 維護(hù)的技術(shù)產(chǎn)品， 確保設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行可靠。