淺談電力系統(tǒng)配電自動化故障處理技術(shù)

王騰飛　呂思源

摘 要：為解決供配電過程中安全性不足、效率偏低的問題，以電力系統(tǒng)配電自動化為研究對象，分析電力系統(tǒng)配電自動化的構(gòu)成，指出目前電力系統(tǒng)配電自動化常見的故障及其表現(xiàn)與原因，并據(jù)此研究這些故障的處理方法，以期為未來的電力工程中提供創(chuàng)新技術(shù)的形式與路徑。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配電自動化；故障處理技術(shù)

中圖分類號：TM727? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）12-0101-03

0 引言

信息時代到來后，電力系統(tǒng)配電自動化改變了傳統(tǒng)的電力調(diào)度模式，具有很強(qiáng)的操作便捷性。但配電自動化雖具有傳統(tǒng)配電方式難以比擬的優(yōu)勢，但也會發(fā)生故障問題，給電力系統(tǒng)造成了較大風(fēng)險，引發(fā)安全事故。電力企業(yè)應(yīng)用配電自動化技術(shù)時，有關(guān)人員需立足實際情況，優(yōu)化配電自動化技術(shù)應(yīng)用路徑，將此技術(shù)與其他技術(shù)高效結(jié)合，針對可能出現(xiàn)的故障制定預(yù)防措施，保障電力系統(tǒng)配電自動化的應(yīng)用效果。

1 電力系統(tǒng)配電自動化的構(gòu)成

電力系統(tǒng)配電自動化中融合了許多現(xiàn)代化技術(shù)，為電力供應(yīng)、配送和調(diào)度等工作帶來了極大的便捷。依據(jù)配電自動化建設(shè)情況，電力系統(tǒng)配電自動化的構(gòu)成如圖1所示。

1.1 信息采集

1.1.1 配電主站層

電力配電自動化中主站層為關(guān)鍵構(gòu)成部分，位于最上層，在系統(tǒng)中的位置以及與其他層級之間的關(guān)聯(lián)決定了其在供配電中的重要作用。電力系統(tǒng)運(yùn)行中主站層可直接從不同子站獲取信息，通過分析采集的數(shù)據(jù)，能實時監(jiān)控配電網(wǎng)工作狀態(tài)，及時判定各部分是否存在異?，F(xiàn)象[1]。如主站層能正常工作，不僅能提高配電網(wǎng)運(yùn)行效率，還能保障系統(tǒng)最佳的運(yùn)行狀態(tài)，確保安全性。

1.1.2 配電子站層

個別區(qū)域內(nèi)的電力用戶多、用電量龐大，為滿足高效供配電需求，電力系統(tǒng)配電自動化的構(gòu)成十分復(fù)雜，其中包含了諸多的構(gòu)成要素。結(jié)合電網(wǎng)構(gòu)成，配電子站層必不可少。因為在配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，必須向主站層輸入信息。但直接輸入模式，需在配電系統(tǒng)中設(shè)置多個通信端口，無形中增大了設(shè)備負(fù)荷，而設(shè)置子站層可有效解決這一問題。

當(dāng)子站層投入使用后，系統(tǒng)可自動收集每一配電區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過專業(yè)化處理后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髡緦?，主站層進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)，判定系統(tǒng)是否存在故障。無故障時，直接向子站層發(fā)送操作指令；有故障時，要先排查和處理故障。

1.1.3 終端設(shè)備層

配電網(wǎng)中終端設(shè)備層配備有多種現(xiàn)代化設(shè)備，在這些設(shè)備的相互配合下，不僅能精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，還能同步采集系統(tǒng)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，為子站層提供更為完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)運(yùn)行期間終端設(shè)備層需精準(zhǔn)執(zhí)行主站和子站發(fā)出的操作指令。

1.2 饋線自動化

電力系統(tǒng)配電自動化也體現(xiàn)在饋線自動化方面。因為有饋線自動化技術(shù)的支持，在供配電過程中能自動采集數(shù)據(jù)，并完整系統(tǒng)中各設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測，依據(jù)采集的數(shù)據(jù)，完成線路開關(guān)的自動開閘與合閘操作。一旦配電網(wǎng)在運(yùn)行期間的負(fù)荷分布不均，自動化模塊需根據(jù)已有信息，自動調(diào)節(jié)負(fù)荷分配，以保障配電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。即使配電系統(tǒng)運(yùn)行期間存在故障，饋線自動化也能在識別到故障的第一時間，立即切斷發(fā)生故障的部分，避免故障在短時間內(nèi)擴(kuò)大到更大范圍，通過形成故障區(qū)與非故障區(qū)，為故障處理創(chuàng)造理想條件。

2 電力系統(tǒng)配電自動化中的常見故障

2.1 自動化處理故障

信息技術(shù)、人工智能等技術(shù)雖能有效促進(jìn)配電自動化，但在電力系統(tǒng)配電自動化運(yùn)行中卻常常面臨諸多問題。比較典型的問題為自動化處理故障，這類故障主要由電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、技術(shù)水平偏低、設(shè)備性能不佳等引發(fā)，從而造成配電自動化難以及時準(zhǔn)確地識別和處理故障，導(dǎo)致自動化模塊的響應(yīng)速度慢、動作失效。

2.2 框架保護(hù)動作

電力系統(tǒng)配電網(wǎng)自動化的故障類型多且原因也相對多樣，框架保護(hù)動作一般發(fā)生在電流型框架保護(hù)中。配電系統(tǒng)運(yùn)行期間一旦框架泄漏，設(shè)備保護(hù)動作將使直流、交流進(jìn)線開關(guān)出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。但即使如此，直流饋線開關(guān)依舊能維持在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，能直接通過直流母線，使接觸網(wǎng)具備跨區(qū)域供電條件。此情況下配電網(wǎng)另一框架泄漏將出現(xiàn)保護(hù)動作，直流、交流進(jìn)線開關(guān)、整流變交流開關(guān)均跳閘，配電自動化故障更為嚴(yán)重，供電過程中易出現(xiàn)安全事故[2]。如果在配電網(wǎng)中采用負(fù)極拒電壓的電壓型框架，一旦整流電流變?yōu)殡娏?，直流進(jìn)線、饋線開關(guān)的動作都有異?，F(xiàn)象，動作失效或者動作錯誤。

2.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障

環(huán)網(wǎng)電纜故障的出現(xiàn)頻次高，造成的危害較大，如在實際的工作中未有效預(yù)防這類故障，將給供配電帶來十分不利的影響，使電力企業(yè)遭受重大損失。結(jié)合實際的工作情況，環(huán)網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障的情況下，一旦有關(guān)模塊識別到異常問題，線路差動將快速啟動保護(hù)動作，引起跳閘。一旦電纜進(jìn)線異常，變電所35 kV母線開關(guān)將自投，給供配電帶來異常風(fēng)險。

2.4 配電終端通信中斷

配電終端為電力系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，其需要收集大量的信息，一旦其通信異常，將難以向上層傳輸數(shù)據(jù)，導(dǎo)致整個電力調(diào)度受到一定的影響。一般來說，通信光纜、ONU、OLT故障易引起通信異常，在實際的工作中有關(guān)人員必須定期、不定期檢查通信情況。

3 電力系統(tǒng)配電自動化故障處理

3.1 配電網(wǎng)自動化故障處理

針對配電自動化處理故障，在實際的工作中需合理應(yīng)用就地智能、分布智能與集中智能技術(shù)。就地智能故障自動處理技術(shù)不需要借助通信，也不需要配電自動化主站參與，只需要采集本地信息并控制本地執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可處理故障。其一般分為繼電保護(hù)、自動重合閘、備自投幾種。

分布智能故障自動處理技術(shù)無需配電自動化主站參與，一般分為無通道、有通道分布智能故障自動處理技術(shù)兩種。前者無需通信手段即可處理故障，電壓時間型饋線自動化技術(shù)、合閘速斷型饋線自動化技術(shù)相對常見。后者需借助通信手段來處理故障，比較常用的技術(shù)為鄰域交互快速保護(hù)技術(shù)。

集中智能故障自動處理技術(shù)需利用相應(yīng)的通信手段來處理故障，在一定的通信技術(shù)支持下，將各配電終端采集的故障信息傳送到配電自動化主站，以這些信息作為基準(zhǔn)，集中智能處理故障。

在配電網(wǎng)自動化故障處理中，也需要根據(jù)故障類型來選擇恰當(dāng)?shù)墓收咸幚砑夹g(shù)。以相間短路故障為例，針對此故障的自動處理，可利用繼電保護(hù)動作驅(qū)動某一斷路器跳閘來實現(xiàn)。繼電保護(hù)可配合的級數(shù)有限，僅能粗略隔離和定位故障區(qū)域，在繼電保護(hù)下故障上游區(qū)域的供電不受影響，但難以恢復(fù)故障下游健全區(qū)域的供電。自動重合閘不具備故障定位、隔離功能，但在出現(xiàn)瞬時故障時，能快速恢復(fù)全部或部分饋線段的供電。

3.2 框架保護(hù)動作故障處理

許多公共設(shè)施的電力系統(tǒng)較為復(fù)雜，比如地鐵線路，為符合安全供電要求，變電所至少要配備2個電流保護(hù)裝置。當(dāng)電力系統(tǒng)投入使用后，如果整流器出現(xiàn)異常，系統(tǒng)將立即啟動保護(hù)裝置，直交流進(jìn)線開關(guān)出現(xiàn)跳閘時可間接保護(hù)線路。但因為直流饋線開關(guān)無跳閘現(xiàn)象，將伴隨著跨區(qū)供電條件，供電不受影響。一旦直流開關(guān)柜發(fā)生故障，直流饋線、直流與交流進(jìn)線、相鄰變電所直流饋線等均同步產(chǎn)生跳閘動作，電力系統(tǒng)將進(jìn)入異常供電狀態(tài)。

3.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障處理

許多因素都會誘發(fā)環(huán)網(wǎng)電纜故障，如在電力系統(tǒng)配電自動化過程中出現(xiàn)了環(huán)網(wǎng)電纜故障，最為關(guān)鍵的就是要確定故障類型及原因，以制定更為有效的解決措施。當(dāng)環(huán)網(wǎng)電纜異常時，電纜兩側(cè)開關(guān)自動跳閘，切除電纜故障，形成故障區(qū)與非故障區(qū)。35 kV母線開關(guān)遇到自投現(xiàn)象時，由一路進(jìn)線來滿足供電要求。如果技術(shù)人員檢查母聯(lián)開關(guān)時無自投現(xiàn)象，應(yīng)立即合閘。但如果在電纜頭部可明顯看到電暈，或者有一定的機(jī)械損傷現(xiàn)象，有關(guān)人員則需要根據(jù)實際情況對該段電纜實施跳閘處理，并切除此段電纜，使其作為進(jìn)線，創(chuàng)造變電所開關(guān)自投條件。

3.4 配電終端通信中斷故障

配電終端通信中斷故障對供配電的影響也相對較大，如配電網(wǎng)中出現(xiàn)了此類故障，應(yīng)立即安排專人檢查整個通信情況。如經(jīng)過檢查后發(fā)現(xiàn)DTU失電，則需要再排查空氣斷路器、配電房電壓互感空氣斷路器是否閉合。如其均處于正常位置，則需進(jìn)一步判定互感器柜熔絲是否熔斷，檢查DTU供電端子。有關(guān)人員若借助萬用表檢查端子的正負(fù)極電壓為48 V，說明無任何異常，但如電壓值過大或者過小，則說明存在異常現(xiàn)象，需緊固端子。緊固端子后如依舊供電異常，說明此故障可能由DTU電壓轉(zhuǎn)換裝置問題所引發(fā)，此時相關(guān)人員需立即將此問題上報給有關(guān)部門，由該部門安排專人來處理。

一些情況下配電終端電源板上有問題，需要準(zhǔn)確判定故障類型，并解決故障。同樣可采用上述方式。如DTU電源指示燈正常，有關(guān)人員需檢查通信網(wǎng)線是否有斷開問題，插入是否符合規(guī)定，并同步檢查DTU死機(jī)、ONU過熱，如無異常情況，重新啟動系統(tǒng)。如DTU投入時間短，在早期有掉線問題，有關(guān)人員需遵循行業(yè)要求重新設(shè)置主站配置波特率、IP地址?？紤]到OLT服務(wù)異常可能因變電站其他工作所引起，在具體工作中相關(guān)人員需動態(tài)監(jiān)測變電站工作，督促相關(guān)人員執(zhí)行操作規(guī)范，避免錯誤操作現(xiàn)象。

4 配電自動化故障處理相關(guān)措施

4.1 確定故障源頭

近年來，配電自動化建設(shè)雖取得了一定的成就，但其整體水平還相對偏低，在系統(tǒng)投入使用后的故障頻發(fā)，嚴(yán)重干擾了正常的供配電。為此，相關(guān)人員需根據(jù)電力需求，合理優(yōu)化配電網(wǎng)絡(luò)線路，提高線路的電力輸送能力。如配電自動化投入使用后發(fā)生故障，相關(guān)人員必須分析造成此故障的源頭性因素。在鎖定了該因素后，需采用新技術(shù)、新設(shè)備，以改變原先的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電力調(diào)度方式。

4.2 判斷故障類型

電力系統(tǒng)配電自動化中涉及了多種專業(yè)化設(shè)備，想要減小故障造成的損失，降低風(fēng)險，電力企業(yè)必須構(gòu)建完善的配電自動化管理制度，重視安全管理。電力系統(tǒng)配電自動化建成初期，有關(guān)技術(shù)人員需進(jìn)行試運(yùn)行，根據(jù)運(yùn)行過程及結(jié)果，預(yù)測后續(xù)投入使用后可能出現(xiàn)的問題，針對幾種故障制定對應(yīng)的解決措施。

配電自動化電路系統(tǒng)中一旦出現(xiàn)故障，自動化系統(tǒng)需率先整合與分析數(shù)據(jù)，分析故障問題的類型，并及時切斷故障電路或者設(shè)備，將故障設(shè)備與非故障設(shè)備隔離開來。當(dāng)相關(guān)人員解決了設(shè)備故障后，再重新啟動設(shè)備，將此設(shè)備與其他設(shè)備之間建立連接關(guān)系，重新開始運(yùn)行設(shè)備及電力系統(tǒng)[3]。

4.3 謹(jǐn)慎管理故障類型

如果電力系統(tǒng)中某一設(shè)備或者某些設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生了故障，相關(guān)人員又未采取專業(yè)化處理措施，將引起電力損耗或者安全事故。針對故障設(shè)備的處理，有關(guān)人員必須全面記錄和處理設(shè)備信息，將此信息作為故障排查、原因分析的參考。配電自動化系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，在系統(tǒng)投入使用后自動化模塊可自動采集相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)信息，并將這些信息保存在相關(guān)文件中。

5 結(jié)束語

當(dāng)前電力工程配電自動化取得了明顯進(jìn)步，不僅相關(guān)技術(shù)有所發(fā)展，也在工作中產(chǎn)生了大量的實踐，為轉(zhuǎn)變電力供應(yīng)、配送與調(diào)度方式提供了技術(shù)保障。但電力系統(tǒng)配電自動化過程中依舊存在各種故障，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，針對于此，相關(guān)人員需重視故障分析與處理，合理采用故障處理新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊偲.配電自動化技術(shù)在智能配電網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].電子測試，2022，36（20）：113-115.

[2] 劉玉溪，孫小雯.配電自動化系統(tǒng)中相間短路故障的判斷與處理[J].電子技術(shù)，2022，51（9）：236-237.

[3] 許冰，王滿意，李斌，等.配電自動化系統(tǒng)單相接地故障定位分析與改進(jìn)[J].大眾用電，2022，37（8）：60-61.

收稿日期：2023-09-20

作者簡介：王騰飛（1991—），男，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。