配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端防止自愈誤合閘判別方法的研究

［摘 要］配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端的自愈功能在提升供電可靠性方面起著重要作用，但自愈過(guò)程中存在的誤合閘問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。文章旨在研究防止自愈誤合閘的判別方法。分析了配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端自愈功能的原理及誤合閘問(wèn)題的成因和影響。提出了基于電壓和電流特征、信號(hào)處理技術(shù)以及智能算法的多種判別方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些判別方法能夠有效降低誤合閘的發(fā)生率，提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，該研究對(duì)配網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

［關(guān)鍵詞］配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端；自愈功能；誤合閘；判別方法

［中圖分類(lèi)號(hào)］TM76 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）09–0132–03

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端的自愈功能大幅提高了供電可靠性。然而，在自愈過(guò)程中，誤合閘問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)有研究多集中于自愈功能的實(shí)現(xiàn)，但針對(duì)防止誤合閘問(wèn)題的研究相對(duì)較少。文章將深入探討配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端自愈功能中的誤合閘問(wèn)題，分析其成因和影響，并提出有效的判別方法，旨在提高配網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端自愈功能概述

1.1 配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端簡(jiǎn)介

配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端是以實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)的監(jiān)控、控制和保護(hù)為主要功能的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，自動(dòng)化終端通常包括安裝在開(kāi)關(guān)柜、變壓器和配電線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的遠(yuǎn)程終端單元（RTU）、配電自動(dòng)化終端（DTU）等。自動(dòng)化終端通過(guò)對(duì)電壓、電流等電量參數(shù)的采集，可對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并向調(diào)度中心傳輸數(shù)據(jù)。配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端還具有遠(yuǎn)程控制功能，通過(guò)終端對(duì)故障隔離和恢復(fù)供電的開(kāi)關(guān)設(shè)備，調(diào)度員可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作。此外，自動(dòng)化終端內(nèi)置的防護(hù)功能，可快速響應(yīng)過(guò)電流、短路等故障，確?？焖俑綦x故障區(qū)域，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，同時(shí)也能有效地保護(hù)故障區(qū)域的安全防護(hù)功能。自動(dòng)化終端的應(yīng)用是現(xiàn)代配電網(wǎng)智能化的重要組成部分，大幅提高了配電網(wǎng)的自動(dòng)化水平和運(yùn)行效率。

1.2 自愈功能的實(shí)現(xiàn)原理

自愈功能主要依賴于故障檢測(cè)、隔離問(wèn)題，以及恢復(fù)電力供應(yīng)這3 個(gè)關(guān)鍵步驟，其是配電網(wǎng)饋線自動(dòng)化設(shè)備的一項(xiàng)核心特征。在配電系統(tǒng)遭遇故障時(shí)，借助持續(xù)監(jiān)測(cè)的電力參數(shù)迅速鎖定故障位置。當(dāng)感知到異常時(shí)會(huì)迅速啟動(dòng)故障分離流程，通過(guò)操控切斷機(jī)制，將出現(xiàn)問(wèn)題的部分與運(yùn)行正常的區(qū)域分開(kāi)，以避免問(wèn)題的擴(kuò)散。在障礙得到隔絕之后，激活電力恢復(fù)流程，采取使用替代能源或規(guī)避問(wèn)題節(jié)點(diǎn)等策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)故障區(qū)域的迅速電力重啟。自愈流程不依賴于手動(dòng)操作，反應(yīng)迅速，完全由機(jī)械化設(shè)備自主執(zhí)行，可顯著減少故障恢復(fù)時(shí)長(zhǎng)，增強(qiáng)電能供給的穩(wěn)定性。自愈功能的實(shí)現(xiàn)取決于對(duì)配電自動(dòng)化末端的嚴(yán)密監(jiān)測(cè)和迅速調(diào)節(jié)的能力，以及制訂的自修復(fù)方案和計(jì)算方法。配電網(wǎng)供電線路的自動(dòng)化恢復(fù)設(shè)備將通過(guò)持續(xù)改進(jìn)自愈算法和方案逐步提升其智慧化和效率。

1.3 自愈功能中的誤合閘問(wèn)題分析

盡管自愈功能在提高供電可靠性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中，自愈過(guò)程中出現(xiàn)的誤合閘問(wèn)題仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。誤合閘指開(kāi)關(guān)設(shè)備在故障隔離和恢復(fù)供電過(guò)程中，錯(cuò)誤地重新閉合，造成故障區(qū)重新閉合供電，造成二次故障或使故障范圍擴(kuò)大。造成誤合閘問(wèn)題的原因比較復(fù)雜，包括很多方面的因素，如設(shè)備故障、環(huán)境干擾、數(shù)據(jù)傳輸延遲和算法誤判等，具體體現(xiàn)如下：檢測(cè)到故障后，設(shè)備故障可能導(dǎo)致隔離或關(guān)閉操作不正確；自動(dòng)化終端的監(jiān)控精度和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性會(huì)受到雷擊、外部電磁干擾等環(huán)境干擾的影響；數(shù)據(jù)傳輸延遲可能造成調(diào)度指令不同步于實(shí)際切換狀態(tài)，從而造成誤操作。此外，復(fù)雜工況下的故障檢測(cè)和自我修復(fù)算法，在自我修復(fù)過(guò)程中可能存在誤判，從而導(dǎo)致錯(cuò)誤操作的執(zhí)行。

2 誤合閘問(wèn)題的影響

2.1 誤合閘問(wèn)題對(duì)配網(wǎng)的影響

誤合閘問(wèn)題對(duì)配網(wǎng)的影響是多方面的，可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性造成威脅。誤合閘導(dǎo)致故障區(qū)域重新合閘供電，可能引發(fā)二次故障，擴(kuò)大故障范圍，甚至引起設(shè)備損壞和線路損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大范圍停電事件。誤合閘問(wèn)題影響供電可靠性，使得用戶體驗(yàn)感下降，尤其是在重要負(fù)荷區(qū)域，如醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心等，誤合閘導(dǎo)致的瞬時(shí)斷電或多次斷電會(huì)造成重大影響。此外，誤合閘問(wèn)題增加了運(yùn)維成本，頻繁的誤合閘操作不僅增加了開(kāi)關(guān)設(shè)備的磨損，還需要運(yùn)維人員進(jìn)行更多的巡檢和維護(hù)，增加了人力和物力的投入。

2.2 常見(jiàn)的誤合閘案例分析

在實(shí)際運(yùn)行中，誤合閘問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，典型的案例有設(shè)備故障引發(fā)的誤合閘、環(huán)境干擾導(dǎo)致的誤判、操作錯(cuò)誤引發(fā)的誤合閘等。例如，某電力公司在一次雷雨天氣中，由于強(qiáng)雷電干擾，自動(dòng)化終端誤判線路發(fā)生故障，執(zhí)行了錯(cuò)誤的合閘操作，導(dǎo)致已經(jīng)隔離的故障區(qū)域重新供電，引發(fā)二次故障，造成大面積停電，損失嚴(yán)重。在另一案例中，某區(qū)域的配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)由于通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸延遲嚴(yán)重，導(dǎo)致自動(dòng)化終端無(wú)法及時(shí)接收到正確的故障信號(hào)，錯(cuò)誤地執(zhí)行了合閘操作，導(dǎo)致故障區(qū)域的再次合閘供電，擴(kuò)大了故障范圍。

3 防止自愈誤合閘的判別方法

3.1 判別方法的基本原理

防止自愈誤合閘的判別方法旨在通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析配電網(wǎng)中的電氣參數(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別故障狀態(tài)并做出相應(yīng)的控制決策，避免誤合閘的發(fā)生。判別方法的核心在于建立一套高精度、高可靠性的算法體系，這些算法能夠?qū)﹄妷?、電流等電氣信?hào)進(jìn)行深度分析，提取出故障特征，并結(jié)合配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，判斷當(dāng)前是否存在誤合閘的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 基于電壓和電流的判別算法

基于電壓和電流的判別算法是防止自愈誤合閘的基礎(chǔ)方法，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)中電壓和電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析其變化特征，判斷是否存在故障以及故障的類(lèi)型。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，配電網(wǎng)中的電壓和電流波動(dòng)較小，呈現(xiàn)出穩(wěn)定的特征[3]。然而，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，電壓和電流會(huì)發(fā)生顯著變化，例如，短路故障會(huì)導(dǎo)致電流劇增、電壓驟降等。通過(guò)對(duì)這些特征變化的分析，可準(zhǔn)確識(shí)別故障的發(fā)生。通常，基于電壓和電流的判別算法包括穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析兩部分。

3.3 基于信號(hào)處理的判別算法

基于信號(hào)處理的判別算法，是對(duì)配電網(wǎng)中的電氣信號(hào)進(jìn)行深度分析并提取故障特征的判別算法，利用信號(hào)處理技術(shù)從電壓電流信號(hào)中提取出更為細(xì)致的特征信息，以在處理復(fù)雜故障時(shí)能夠提高判別的精確度。常用的信號(hào)處理技術(shù)有傅里葉變換、小波變換、希爾伯特變換等，可將電氣信號(hào)分解成不同的頻率成分或時(shí)間– 頻率成分，從中提取出故障發(fā)生時(shí)的特征信息。例如，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)電流信號(hào)中的高頻成分會(huì)明顯增大，而利用小波變換可識(shí)別出這一變化特征從而判斷故障發(fā)生情況。通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)的運(yùn)用，可使配電網(wǎng)故障診斷工作更加準(zhǔn)確[4]。信號(hào)處理技術(shù)還能對(duì)噪聲進(jìn)行濾波，以增加信號(hào)的清晰度和特征提取的精確度。

3.4 基于智能算法的判別方法

通過(guò)引入人工智能技術(shù)，以智能算法為基礎(chǔ)的判別方法，可使故障識(shí)別和判別的精確度以及智能化程度進(jìn)一步提高。智能算法包括能從大量歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)故障特征和模式，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)故障識(shí)別和判別的機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專(zhuān)家系統(tǒng)等。智能算法可通過(guò)訓(xùn)練大量的故障案例建立故障識(shí)別模型，模型可通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸入，在實(shí)際應(yīng)用中快速判斷故障。作為一種深度學(xué)習(xí)算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理復(fù)雜的非線性關(guān)系時(shí)，顯示出了較高的故障識(shí)別精確度，具有強(qiáng)大的特征提取和模式識(shí)別能力。專(zhuān)家系統(tǒng)則建立故障診斷規(guī)則庫(kù)，通過(guò)人工經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的整合進(jìn)行推理判別。

4 防止誤合閘判別方法的應(yīng)用與效果驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)平臺(tái)與測(cè)試方法

為了驗(yàn)證防止誤合閘判別方法的有效性，試驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬真實(shí)配電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境的系統(tǒng)。試驗(yàn)對(duì)象包括配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端、模擬故障點(diǎn)、監(jiān)測(cè)設(shè)備以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。試驗(yàn)平臺(tái)在試驗(yàn)室條件下搭建，通過(guò)配置不同類(lèi)型的模擬故障點(diǎn)，包括短路、接地和斷線故障，來(lái)測(cè)試判別方法的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)設(shè)備如電壓傳感器和電流傳感器安裝在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)采集電氣參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過(guò)高速數(shù)據(jù)傳輸鏈路將數(shù)據(jù)傳輸至中央處理系統(tǒng)[5]。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)利用信號(hào)處理技術(shù)和智能算法對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取故障特征，并與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行對(duì)比，以判定是否存在誤合閘風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 判別方法的應(yīng)用案例

防止誤合閘的判別方法在某電力公司配網(wǎng)改造工程中得到實(shí)際應(yīng)用，成效顯著。項(xiàng)目覆蓋包括1 個(gè)工業(yè)園、兩個(gè)大型住宅小區(qū)在內(nèi)的多個(gè)重點(diǎn)負(fù)荷區(qū)域，總用戶5 000 余戶。設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控判別了多起故障案例。在一次短路故障中，判別方法成功偵測(cè)到故障發(fā)生后20 ms 內(nèi)的異常信號(hào)，避免了誤合閘的發(fā)生，并將故障隔離操作在50 ms 內(nèi)完成。此故障造成電流驟升至500 A，電壓降至80 V，系統(tǒng)對(duì)故障特征識(shí)別準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速。該系統(tǒng)在一次雷雨天氣中，為避免執(zhí)行兩次錯(cuò)合閘作業(yè)，保證供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，成功識(shí)別了雷擊引發(fā)的瞬時(shí)電磁干擾信號(hào)。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)防止誤合閘判別方法的應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可以看出，防止誤合閘的判別方法在不同類(lèi)型故障下均表現(xiàn)出較高的檢測(cè)和隔離效率。短路故障和雷擊干擾的檢測(cè)時(shí)間分別為20 ms 和15 ms，故障隔離時(shí)間為50 ms 和45 ms，均未發(fā)生誤合閘事件，供電可靠性分別提升了15% 和20%[6]。接地故障和斷線故障的檢測(cè)時(shí)間略長(zhǎng)，分別為25 ms 和30 ms，故障隔離時(shí)間分別為55 ms 和60 ms，雖然發(fā)生了1 次誤合閘，但供電可靠性仍分別提升了10% 和12%。

數(shù)據(jù)表明，在處理短路故障和雷擊干擾方面，判別法表現(xiàn)出色，能夠快速檢測(cè)并隔離故障，從而有效避免誤合閘現(xiàn)象的發(fā)生。雖然對(duì)接地故障和斷線故障的試驗(yàn)中也出現(xiàn)了誤合閘現(xiàn)象，但整體供電可靠性有較大幅度提高。綜合來(lái)看，防止誤合閘的判別法對(duì)提高配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全性和可靠性有顯著效果，可對(duì)多種復(fù)雜故障情況有效地應(yīng)用。今后，可針對(duì)接地和斷線故障對(duì)算法進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，以在降低誤合閘發(fā)生率方面取得更進(jìn)一步的成效。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了基于電壓電流特征、信號(hào)處理和智能算法的綜合判別方法的有效性，研究了配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端防止自愈誤合閘的判別方法。試驗(yàn)結(jié)果顯示，提出的方法可顯著提高識(shí)別故障的精確性和實(shí)時(shí)性，減少誤合閘的發(fā)生，增加電力供應(yīng)的可靠性。本研究對(duì)于增強(qiáng)配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端的安全性和穩(wěn)定性意義重大，可為今后的進(jìn)一步優(yōu)化提供技術(shù)借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚芳，陳建鈿，丘冠新，等.AVC 技術(shù)支持下的智能電網(wǎng)調(diào)控一體自動(dòng)化建設(shè)[J]. 微型電腦應(yīng)用，2023，39（12）：49-52，57.

[2] 彭鎮(zhèn)華. 常見(jiàn)配網(wǎng)饋線自動(dòng)化終端不正確動(dòng)作案例分析[J]. 技術(shù)與市場(chǎng)，2022，29（12）：88-91.

[3] 黃銳東，郭思偉，周宗杰. 基于配網(wǎng)自動(dòng)化的故障處理技術(shù)研究與應(yīng)用[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2022（21）：47-49.

[4] 趙東輝，師恩達(dá)，何永濤. 基于5G 的配電網(wǎng)自協(xié)商配電終端應(yīng)用研究[J]. 科技與創(chuàng)新，2022（20）：90-92，95.

[5] 王亮. 滕州市某線路配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的研究與優(yōu)化[D].濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)，2021.

[6] 魯成. 基于5G 通信的配網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ蜕煞椒ㄑ芯縖J]. 光源與照明，2021（5）：41-42.