配電網自動化開關故障診斷方案探究

麥宇恒

(廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000)

1 引言

自動化、智能化作為配電網發(fā)展的重要方向，能夠從根本上減少停電故障率，縮小停電范圍。尤其是在自動化開關投入使用后，能夠從配電網狀態(tài)數(shù)據(jù)出發(fā)快速檢測系統(tǒng)異常，實現(xiàn)故障區(qū)域斷電保護，有效改善了配電網運行效益。但受設備因素、人員操作、自然環(huán)境等影響，自動化開關非常容易出現(xiàn)動作不到位、靈敏度不夠、設備誤動等問題，給正常輸配電產生一定的負面影響，需結合實際情況開展針對性監(jiān)測和維護，以提升其可靠性和穩(wěn)定性。

2 配電網自動化開關故障現(xiàn)狀

本次研究過程中以廣東省東莞市某區(qū)域配電網為例，對其2018-2019年的自動化開關故障情況進行統(tǒng)計，分析其自動化開關使用現(xiàn)狀、故障情況等，現(xiàn)結果如下。

2.1 故障概述

調查數(shù)據(jù)顯示:2017年底廣東省東莞市某區(qū)域實現(xiàn)全面配電網改革，形成以自動化開關為核心的智能配網體系，覆蓋率超過98%。2018-2019年該區(qū)域共出現(xiàn)自動化開關故障187次，其中嚴重事故7起，均造成大面積斷電且停電時間超過24h，但未導致人員傷亡，其他均為一般故障(見表1)。

表1 某區(qū)域配電網自動化開關故障情況

2.2 影響因素

(1)設計因素。配網自動化開關設計過程中選材不合理、投切動作不到位、安裝方案不達標等均會影響開關開閉效果，造成開關拒動或誤動。此外，配電網超負荷、電網架構不合理等也會影響自動化開關的穩(wěn)定性和可靠性。

(2)環(huán)境因素。陽光暴曬、雨水雷電等均會影響自動化開關的性能，長此以往很容易引起關鍵零部件老化。嚴重時甚至導致開關內部閃絡，造成裝置擊穿或燒毀，加大了配電網運行的風險。

(3)人為因素。惡性操作很容易造成配電網自動化開關損壞，尤其是暴力操作，如未設置電氣保護直接操作、閉合開關等。這些操作均會影響其整體性能，部分甚至造成開關元器件受損，使其無法正常運行。

3 配電網自動化開關故障診斷方案

3.1 系統(tǒng)框架

配電網自動化開關故障診斷過程中可以從IED系統(tǒng)和DTU模塊出發(fā)，形成雙向狀態(tài)數(shù)據(jù)采集體系，對自動化開關運行過程中的數(shù)據(jù)進行處理和分析。并通過GOOSE與DTU互動，完成預警信息與配網自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)的整合，在配網自動化分析基礎上形成可靠診斷決策，其具體見圖1。

圖1 配電網自動化開關智能監(jiān)測系統(tǒng)架構

3.2 功能實現(xiàn)

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

使用傳感器、狀態(tài)檢測器等采集電流、電壓、溫度、濕度、行程參數(shù)，為系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測提供有效數(shù)據(jù)支撐。以電流數(shù)據(jù)采樣為例，將傳感器與IED系統(tǒng)接口連接，通過實時采樣采集自動化開關分合閘中的回路電流、時間信息等。

3.2.2 通信傳輸

使用RS485總線、通信電纜等將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綘顟B(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，分析配網自動化開關設備機械特性、熱特性和絕緣特性。本系統(tǒng)中選用的為MODBUS規(guī)約。

3.2.3 狀態(tài)監(jiān)測

(1)行程監(jiān)測。該功能主要借助光柵位移曲線實現(xiàn)。終端將采集到的光柵位移傳感器數(shù)據(jù)以算法處理后并可視化顯示成動態(tài)的行程曲線。人員可直接根據(jù)曲線中的各點數(shù)據(jù)計算分合閘時間，分析自動化開關是否正常；

(2)電流監(jiān)測。該功能則通過分合閘線圈電流采樣數(shù)據(jù)實現(xiàn)。按照所需情況提取采樣數(shù)據(jù)峰值、線圈電流有效值、配置信息等，對比歷史數(shù)據(jù)，確定該開關是否存在運行風險。一旦超過開關性能閾值，系統(tǒng)通過可視化裝置、音頻裝置等報警，提醒人員及時處理和防范；

(3)熱特性監(jiān)測。將溫度傳感器安裝在各個自動化開關運行區(qū)域，根據(jù)傳感器中的數(shù)據(jù)確定電載體溫度變化情況，形成可視化溫度圖像。超過閾值后，溫度圖像呈現(xiàn)紅色預警；

(4)絕緣監(jiān)測。該功能可通過傳感器采集前置模塊和監(jiān)測IED高頻信號處理組件模塊實現(xiàn)，通過DSP模塊實施采樣數(shù)據(jù)分析，在CPU中對比處理，形成在線監(jiān)測結果，包括設備使用年限數(shù)據(jù)、局部放電趨勢等，形成可靠判斷依據(jù)。

3.3 智能決策

按照區(qū)域中各自動化開關的實際狀況形成智能決策。該智能決策一般由專家決策和故障經驗兩部分組成，包括常見自動化開關的基本處理方案，如表2所示。

表2 智能監(jiān)測系統(tǒng)中不同決策方案

3.4 其他功能

配電網自動化開關智能監(jiān)測系統(tǒng)報警功能包括聲音報警、指示燈報警和圖像報警三種。根據(jù)不同功能需求分別設置，功能單元中已經說明。監(jiān)測過程中系統(tǒng)可以實現(xiàn)遙信外向發(fā)布，并根據(jù)狀態(tài)評估結果形成整體的監(jiān)測報告供人員查詢、調取。

4 配電網自動化開關故障處理及維護

根據(jù)智能診斷系統(tǒng)，人員可以快速確定配電網自動化開關的故障原因，在該基礎上對癥下藥，從而減少快速恢復區(qū)域輸配電，提升用戶用電質量。常見故障處理時可以直接采用系統(tǒng)決策進行針對性處理，而日常維護時則應做好:

(1)定期巡檢和維護。按照自動化開關性能指標設定日常巡檢計劃，檢查開關外觀完好狀況、開合情況等，定期開展性能測試。對出現(xiàn)老化的開關要及時更換，損壞開關應及時修復。

(2)增加防護保護。在鳥獸出沒地區(qū)應在自動化開關區(qū)域增設隔離網、驅鳥器等；雷電頻發(fā)區(qū)域應設置避雷針、避雷器等；潮濕區(qū)域應增設通風扇、干燥劑等。結合不同情況開展相應防護和保護，從根本上改善配電網自動化開關運行質量。

5 總結

配電網自動化開關投入使用后應按照區(qū)域情況、開關性能等做好巡檢和保護，在智能監(jiān)測系統(tǒng)基礎上實施分析開關運行狀態(tài)，確定開關是否能夠高質量地完成輸配電調控任務。在出現(xiàn)故障后，應第一時間根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)中的各項信息與智能決策，快速開展現(xiàn)場檢查和故障處理，有目的性、有針對性地展開自動化開關維修并完整記錄，以減少同類型事故發(fā)生率，從根本上推動配電網建設和發(fā)展進程。