試分析配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)對(duì)供電可靠性的影響

陳彥煒，王高賓

（張家港市供電公司，江蘇 張家港 215600）

1 配電網(wǎng)自動(dòng)化的定義與內(nèi)容

以網(wǎng)架和設(shè)備作為基礎(chǔ)條件，以現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備為手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行智能化的在線監(jiān)控管理與離線的監(jiān)控管理，應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)、控制和快速故障隔離，使配電網(wǎng)始終處于高效、可靠、優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)的一整套體系稱(chēng)為配電網(wǎng)自動(dòng)化。通過(guò)使用SCADA 系統(tǒng)的功能，可以對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行情況實(shí)施監(jiān)測(cè)，從而能夠提高供電可靠性和供電質(zhì)量，減少停電范圍，縮短事故處理時(shí)間，提高為用戶服務(wù)的水平，簡(jiǎn)單的可以概括為：客戶服務(wù)、配電運(yùn)行、抄表、配電管理和負(fù)荷管理全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等。

配電網(wǎng)自動(dòng)化的主要內(nèi)容包括多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)，比如面向用戶的自動(dòng)化抄表系統(tǒng)、用戶管理系統(tǒng)，智能分析管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、饋線自動(dòng)化系統(tǒng)以及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。

2 配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)中的常見(jiàn)故障

2.1 短路故障

短路故障是最常見(jiàn)的一種故障，根據(jù)短路故障影響時(shí)間的長(zhǎng)短，又可以分析瞬時(shí)性短路故障與永久性短路故障。瞬時(shí)故障下，通常通過(guò)將斷路器重合閘既可以恢復(fù)故障，而如果重合閘斷路器不能夠恢復(fù)供電，則被認(rèn)定為非瞬時(shí)性故障。

根據(jù)線路中具體的故障點(diǎn)，又可以將短路故障分為隔離開(kāi)關(guān)短路故障、跌或式熔斷器故障、線路金屬短路故障等。

以線路金屬性短路故障為例進(jìn)行分析。這種故障是因?yàn)榫€路中的絕緣設(shè)備損壞造成的。如瓷橫擔(dān)和絕緣瓷棒出現(xiàn)斷裂紋，或者起固定作用的螺絲松動(dòng)，導(dǎo)致原來(lái)的絕緣磁棒失去了原有的絕緣和支撐線路分離的作用，進(jìn)而導(dǎo)致線路之間相互碰撞，這樣會(huì)導(dǎo)致線路上的金屬短路。短路瞬間將產(chǎn)生較大的電動(dòng)力，這個(gè)點(diǎn)動(dòng)力也會(huì)引起線路相碰撞，造成線路金屬性短路故障。同時(shí)輸電線本身的因素也會(huì)導(dǎo)致該故障的產(chǎn)生。如線路質(zhì)量不合格、線路老化、強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求導(dǎo)致拉斷等等。在線路施工過(guò)程中，線路接觸點(diǎn)接觸不良等也會(huì)導(dǎo)致這種故障。

雷擊過(guò)電壓也會(huì)導(dǎo)致短路故障。10kV 架空線遭遇雷擊路事故會(huì)造成絕緣子擊穿或爆裂、配變燒毀等后果。當(dāng)設(shè)備本身有缺陷時(shí)，通常會(huì)加大雷擊事故的影響，造成惡劣的后果。因此，總結(jié)以往的生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提高絕緣子的質(zhì)量，淘汰質(zhì)量不合格或者存在缺陷的尤其是P-20 針式絕緣子。此外，要提高線路的防雷等級(jí)，并針對(duì)不同的區(qū)域遭受雷電的次數(shù)多少，分別采用不同的防雷等級(jí)，對(duì)于沒(méi)有加裝避雷器的線路要及時(shí)加裝避雷器。對(duì)于導(dǎo)線連接器接觸不良的情況，常常是由于并溝線夾連接不是10kV 線路的連接器的最佳連接，因?yàn)檫@種連接方式會(huì)造成導(dǎo)線連接不良，當(dāng)遭受強(qiáng)大雷擊電流的沖擊時(shí)候，往往經(jīng)不住考驗(yàn)。

2.2 接地故障

配電線路中的瞬時(shí)性接地故障常見(jiàn)的原因，如線路絕緣子臟污，這樣在空氣濕度較大的或者下雨天氣時(shí)，容易出現(xiàn)對(duì)地閃絡(luò)，產(chǎn)生接地故障，但是當(dāng)空氣濕度下降后立即消失。

由于外力破壞或者線路絕緣子老化、缺陷擊穿常常引起線路永久性接地故障，同時(shí)跌落式熔斷器、線路隔離開(kāi)關(guān)因絕緣老化擊穿也會(huì)引起線路永久性接地故障。在雷雨季節(jié)線路避雷器爆炸，直擊雷導(dǎo)致線路絕緣子炸裂，也會(huì)引起線路永久性接地故障。

3 配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)及其對(duì)供電可靠性的影響

3.1 自動(dòng)化故障定位

目前，常用的故障定位模式有兩種，分別為基于重合器或分段器的故障定位和基于FTU 的配電網(wǎng)故障定位。

3.1.1 基于重合器或分段器的故障定位

基于重合器或分段器的故障定位的故障處理模式，在這個(gè)過(guò)程中不需利用通信系統(tǒng)，因而，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障后，對(duì)故障的判斷、隔離以及恢復(fù)非故障區(qū)間的供電是通過(guò)分布在故障線路上的各個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)時(shí)序順序進(jìn)行分合閘操作實(shí)現(xiàn)相互配合。這種故障護(hù)理方法的前提是，要預(yù)先設(shè)定每臺(tái)重合器的重合次數(shù)，一旦預(yù)設(shè)的開(kāi)關(guān)的重合閘次數(shù)達(dá)到后，開(kāi)關(guān)的重合閘功能將會(huì)自動(dòng)閉鎖，發(fā)生故障的負(fù)荷點(diǎn)將會(huì)被隔離，在故障消除之前，不再進(jìn)行重合閘。

將每一條饋線看作基本的單元，通過(guò)分段器與重合器的合理配合，故障發(fā)生時(shí)的工頻量將會(huì)變化，利用這個(gè)變化產(chǎn)生的邏輯動(dòng)作，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障檢測(cè)、隔離及非故障線路供電功能恢復(fù)，可以發(fā)現(xiàn)，由于整個(gè)故障處理過(guò)程并沒(méi)有主站、子站或者通信系統(tǒng)的參與，因此這種故障處理模式又具有快速，高可靠性的特點(diǎn)。在電力的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，這種故障處理模式通常又可以分為以下兩種。

（1）過(guò)流脈沖計(jì)數(shù)型分段器與重合器相互配合的模式，要想實(shí)現(xiàn)分閘，這種分段器需要同時(shí)滿足下述三個(gè)條件：①線路失壓、線路電流低于指定大??；②計(jì)數(shù)次數(shù)到達(dá)整定值；③故障電流超過(guò)整定的額定啟動(dòng)電流值。在這三個(gè)條件同時(shí)滿足的情況下，線路就能自動(dòng)分閘。

（2）電壓一時(shí)序型分段器與重合器的配合。通過(guò)控制加壓、失壓的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)控制線路的分合閘，失壓分閘，加壓后延時(shí)合閘或閉鎖。

基于分段開(kāi)關(guān)和重合器相配合的故障定位模式結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，其本身不需要考慮供電電源的因素，也無(wú)須設(shè)備間的通信，因此無(wú)通信系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)成本較低，較適合于無(wú)通信網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)和沒(méi)有大量資金投入的場(chǎng)合。

需要注意的是，采用這種模式的系統(tǒng)切斷故障需要的時(shí)間較長(zhǎng)，并且不能對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況下的電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，這將造成無(wú)法準(zhǔn)確的分析客戶用電規(guī)律，進(jìn)而無(wú)法有效預(yù)測(cè)該地區(qū)的用電負(fù)荷。一旦發(fā)生停電故障時(shí)，無(wú)法快速準(zhǔn)確的確定網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的最優(yōu)恢復(fù)供電方案，導(dǎo)致恢復(fù)供電時(shí)間較長(zhǎng)。

3.1.2 基于FTU 的配電網(wǎng)故障定位

FTU 和DTU 都是智能終端設(shè)備，而FTU 通常安裝在柱上開(kāi)關(guān)上，DTU 通常安裝在電纜環(huán)網(wǎng)柜中。它們的共同特點(diǎn)是具備實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化的基本的通信功能，可以與遠(yuǎn)方配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站的通信，對(duì)配電設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。

在變電站的出口斷路器上安裝住上FTU，同時(shí)戶外饋線分段開(kāi)關(guān)處也要安裝FTU。配電終端的FTU（或DTU）采集線路電流、電壓、功率、開(kāi)關(guān)分合閘狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)可靠的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，將所有節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集到配電網(wǎng)控制中心的SCADA 系統(tǒng)，結(jié)合配套的處理軟件，從而將采集到的信息發(fā)送到配電自動(dòng)化主站實(shí)現(xiàn)通信功能。在配電網(wǎng)系統(tǒng)正常工作的情況下，饋線電流、電壓情況與饋線分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)被實(shí)遠(yuǎn)程時(shí)監(jiān)控，對(duì)線路開(kāi)關(guān)合閘和分閘操作也可以遠(yuǎn)方進(jìn)行，這樣配電的運(yùn)行方式得以?xún)?yōu)化，這樣做也可以達(dá)到兩個(gè)目的，首先是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)備容量的充分利用；其次是降低線路損耗。當(dāng)配電網(wǎng)中發(fā)生故障以后，主站系統(tǒng)依托配電終端檢測(cè)到的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的故障告警信息，并與開(kāi)關(guān)分閘與變電站的運(yùn)行信息、開(kāi)關(guān)站的動(dòng)作保護(hù)信息等相關(guān)內(nèi)容相結(jié)合，全面的分析判斷，進(jìn)而針對(duì)各種不同的情況，啟動(dòng)故障處理程序，定位故障點(diǎn)所在的位置，確定故障的類(lèi)型，進(jìn)而采取措施實(shí)現(xiàn)故障區(qū)段隔離，并恢復(fù)非故障區(qū)段的供電。一旦計(jì)算出故障距離后，結(jié)合變電站的坐標(biāo)位置，則可以確定故障點(diǎn)的坐標(biāo)，這樣可以有效降低故障點(diǎn)查找的時(shí)長(zhǎng)。

自動(dòng)化故障定位的突出優(yōu)點(diǎn)在于：它不再采用人工拉閘的操作方式進(jìn)行故障點(diǎn)的查找和定位，也不再使用人工方式進(jìn)行非故障區(qū)域的排查和恢復(fù)供電，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)替代人工方式，大大縮短了故障排查的時(shí)間，同時(shí)降低了人力成本，使得平均故障停電時(shí)間指標(biāo)得以有效改善。

3.2 主站自動(dòng)化

3.2.1 地區(qū)變電站自動(dòng)化

地區(qū)變電站自動(dòng)化主要通過(guò)先進(jìn)的電氣設(shè)備、電力電子器件和控制終端來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)在地區(qū)變電站的各個(gè)節(jié)點(diǎn)安裝信息采集終端和通信設(shè)備，保證變電站內(nèi)部所有設(shè)備、配電網(wǎng)等的運(yùn)行數(shù)據(jù)都可以被實(shí)時(shí)的采集和檢測(cè)，通過(guò)通信設(shè)備將采集到的信息匯總的控制中心，在控制中心進(jìn)行信息的分析、計(jì)算和處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的自動(dòng)化運(yùn)行控制。而當(dāng)分析出采集到的信息不滿足運(yùn)行要求時(shí)，則可以輸出報(bào)警，通過(guò)其自動(dòng)檢測(cè)并隔離發(fā)生在該地區(qū)變電站內(nèi)部的故障，實(shí)現(xiàn)故障快速切除，恢復(fù)供電，實(shí)現(xiàn)地區(qū)變電站運(yùn)行自動(dòng)化。

這種變電站內(nèi)部全節(jié)點(diǎn)、全過(guò)程的信息采集和監(jiān)控可以迅速發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，同時(shí)也可以快速解決問(wèn)題。

3.2.2 配電變電站自動(dòng)化

地區(qū)變電站自動(dòng)化發(fā)展的較早，也取得了較好的成果，這也引發(fā)配電變電站的自動(dòng)化的升級(jí)改造。配電變電站連接用電負(fù)荷和饋線，但是因?yàn)樯婕敖?jīng)濟(jì)因素，目前并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)全面的配電變電站自動(dòng)化升級(jí)，盡在有重要意義的節(jié)點(diǎn)，如連接重要負(fù)荷的特殊配電變電站、饋線中點(diǎn)、開(kāi)接點(diǎn)等位置進(jìn)行了自動(dòng)化升級(jí)。

配電網(wǎng)自動(dòng)化升級(jí)改造后，通過(guò)采用故障自動(dòng)定位方式，可以實(shí)現(xiàn)故障的迅速隔離和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，進(jìn)而可以保證快速的恢復(fù)供電。

3.3 饋線自動(dòng)化

饋線自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合了配電變電站自動(dòng)化、地區(qū)變電自動(dòng)化以及故障定位，能夠快速的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，但是在遠(yuǎn)程控制操作上仍然需要人工手動(dòng)完成，同時(shí)幕后的維修人員調(diào)度也需要電力企業(yè)統(tǒng)一安排才能快速的解決故障。通過(guò)在配電變電站中裝設(shè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化，系統(tǒng)故障自動(dòng)隔離、供電自動(dòng)恢復(fù)，也就是說(shuō)，不需要人力調(diào)動(dòng)，也不需調(diào)度中心的人工干預(yù)，單相接地短路電流可以自動(dòng)切斷。大大縮短了隔離故障以及恢復(fù)供電的時(shí)間，使這兩個(gè)短時(shí)停電時(shí)間指標(biāo)遠(yuǎn)比規(guī)定值要小。因此，系統(tǒng)平均停電頻率指標(biāo)SAIFI和系統(tǒng)平均停電時(shí)間指標(biāo)SAIDI 指標(biāo)有較大改善。

4 提高配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)中供電可靠性的措施

4.1 選擇合理的中性點(diǎn)接地方式

配電網(wǎng)絡(luò)中最主要的故障是單相接地故障，其占到電網(wǎng)所有故障類(lèi)型的60%以上，當(dāng)前，我國(guó)配電網(wǎng)的中性點(diǎn)大部分都是采取不接地的模式，這種模式當(dāng)遇到電容或電流變大的情況時(shí)，其產(chǎn)生的電弧會(huì)很難熄滅，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)電壓等問(wèn)題。就目前來(lái)看，為了避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，大多數(shù)情況會(huì)采取消弧線圈接地的方式進(jìn)行應(yīng)對(duì)過(guò)電壓。

預(yù)調(diào)式與隨調(diào)式是配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地經(jīng)常使用的兩種方式。具體而言，預(yù)調(diào)式是以配電網(wǎng)中最大可能纏上的電容電流為依據(jù)來(lái)選取消弧線圈容量并使得中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)也就是隨調(diào)式，根據(jù)反饋的實(shí)時(shí)狀態(tài)來(lái)調(diào)整消弧線圈，使其處于正確的位置上，在瞬時(shí)性單相接地故障發(fā)生的時(shí)候，將消弧線圈投入使用，對(duì)電容電流進(jìn)行快速補(bǔ)償。在電容電流變化相對(duì)穩(wěn)定的地方應(yīng)優(yōu)先選擇預(yù)調(diào)式，在電容電流波動(dòng)較大的情況下優(yōu)先選擇隨調(diào)式。

4.2 提高配電網(wǎng)絕緣水平

近年來(lái)，我國(guó)城市綠化水平不斷地提升，輸電線和大樹(shù)之間的位置成為一大難題，由于城市的空氣高氮氧化物和高粉塵環(huán)境的存在，使得增強(qiáng)配電網(wǎng)電氣設(shè)備的絕緣性能迫在眉睫。首先應(yīng)提升線路的絕緣能力，通過(guò)在絕緣子串中增加“零值”儲(chǔ)備增強(qiáng)線路的絕緣性；其次應(yīng)大力宣傳采用架空的絕緣電纜，與電纜線路相比較，架空絕緣電纜是一種更為經(jīng)濟(jì)劃算的方式。

4.3 防止外力破壞導(dǎo)致的停電事故

除了電力系統(tǒng)自身的因素外，一些外力因素也會(huì)導(dǎo)致安全隱患。對(duì)于車(chē)輛破壞的現(xiàn)象，應(yīng)減少在路口進(jìn)行安置電線桿。另外在拉線上要增加明顯的提示牌，最大程度的降低車(chē)輛撞桿、撞拉線情況的發(fā)生，并且在特殊的路段還要增加保護(hù)網(wǎng)。由工地施工引起的挖斷地下電纜、倒桿事故，必須在電纜敷設(shè)的地方設(shè)置醒目的標(biāo)識(shí)，特殊情況下更要派專(zhuān)業(yè)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)。對(duì)于偷盜行為導(dǎo)致的停電事故，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)百姓的安全教育普及，增強(qiáng)人民群眾對(duì)供用電設(shè)施的安全保護(hù)意識(shí)。

5 結(jié)語(yǔ)

配電網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)一項(xiàng)復(fù)雜艱巨且需要大量資金投入的工程。在我國(guó)，區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)不平衡，不同的省份、城市之間，甚至同一個(gè)地區(qū)的城市與農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也極不平衡，這導(dǎo)致了配電網(wǎng)自動(dòng)化在不同地區(qū)之間的應(yīng)用與覆蓋的差異。在研究配網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方法的同時(shí)，也需要對(duì)他的可靠性進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。本文主要研究了配網(wǎng)自動(dòng)化對(duì)供電可靠性的影響，該研究將有效降低故障的影響范圍，縮短故障時(shí)間，提升電網(wǎng)的可靠性。