智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)研究

摘 要：智能配電網(wǎng)故障的復(fù)雜性給相關(guān)工作帶來了很大難題，選擇合理的故障處理策略尤為重要。文章主要對故障自愈控制技術(shù)及其系統(tǒng)處理過程和相關(guān)策略進(jìn)行分析和探討，以期提高對智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)的認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；故障自愈；處理流程；處理策略

1 配電網(wǎng)故障自愈控制技術(shù)及處理流程

1.1 故障自愈控制技術(shù)

所謂故障自愈計數(shù)，即借助先進(jìn)的保護(hù)和控制手段，實時掌握電網(wǎng)運行狀態(tài)，能夠及時發(fā)現(xiàn)、診斷和排除故障隱患，盡可能減少人為干預(yù)，最大限度降低對非鼓掌用戶正常供電的影響，相關(guān)技術(shù)的推廣，對保證電網(wǎng)運行穩(wěn)定性和提高供電可靠性具有重要的意義。概括來講，故障自愈體現(xiàn)在兩個方面，即自我預(yù)防和自我恢復(fù)，其中預(yù)防需要借助傳感測量與仿真分析技術(shù)，恢復(fù)則需應(yīng)用自動控制手段，這是配電網(wǎng)智能化的具體體現(xiàn)，能夠從整體上提升電網(wǎng)的運行能力。隨著科技的進(jìn)步以及數(shù)字設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力供應(yīng)的可靠性備受社會關(guān)注，目前供電企業(yè)都在著力發(fā)展故障自愈技術(shù)，其目的在于提高供電的可靠性、電能質(zhì)量以及降低線損率。就國內(nèi)配電網(wǎng)故障自愈控制技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r來看，可將其分為就地控制技術(shù)和集中控制技術(shù)兩大類，前者通過對重合器和分段器的重合控制來實現(xiàn)對故障的隔離，及時恢復(fù)供電，其中以電壓電流型較為常見；后者是通過接收主站集中處理饋線終端的故障檢測信息來對故障進(jìn)行定位，遠(yuǎn)程操控恢復(fù)供電。實踐證明，與就地控制技術(shù)相比，集中控制技術(shù)的應(yīng)用效果更為理想，其在確保系統(tǒng)正常供電的同時，能夠在一定程度上縮短停電時間，國內(nèi)更多應(yīng)用的是集中控制技術(shù)來進(jìn)行自愈。

1.2 故障自愈處理流程

智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)基礎(chǔ)層、支撐層和應(yīng)用層組成，并由此構(gòu)成了統(tǒng)一的技術(shù)體系，其中基礎(chǔ)層包括網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和先進(jìn)終端設(shè)備，支撐層復(fù)雜管控整個配電網(wǎng)的信息交互，而最終自愈處理策略的生成以及后續(xù)實施則在應(yīng)用層完成，其處理流程為：其一是故障啟動，配電網(wǎng)自愈功能的啟動需要具備四個條件，即分閘加保護(hù)、加事故總、分合分和非正常分閘；其二是故障定位，系統(tǒng)由開關(guān)、保護(hù)信號等構(gòu)成，通過對這些內(nèi)容所處狀態(tài)進(jìn)行拓?fù)浞治觯軌蚣皶r發(fā)現(xiàn)故障；其三是故障隔離，需要得出故障隔離最小區(qū)間，并在此基礎(chǔ)上制定隔離方案；其四是故障恢復(fù)，系統(tǒng)通過能夠自動別故障并選擇優(yōu)先級別進(jìn)行自愈，給出最優(yōu)恢復(fù)策略；其五是故障信息存儲，主要用于記錄用戶的操作記錄，如開關(guān)操作時間、操作結(jié)果等，當(dāng)事故處理完畢后，完成故障處理后，系統(tǒng)會將相關(guān)信息存入到歷史數(shù)據(jù)庫，以備不時之需；其六是互動信息，系統(tǒng)會通過語音告警等手段告警，重點對故障區(qū)域進(jìn)行著色顯示，以便于故障處理。

2 典型故障處理策略以及自愈模塊演示

2.1 典型故障處理策略

智能配電網(wǎng)故障可分為簡單故障、復(fù)雜故障和含分布式電源故障處理，具體內(nèi)容下：

2.1.1 簡單故障處理

在斷路器出口故障中，一旦斷路器跳閘，故障啟動條件就已經(jīng)具備，通過故障定位可確定故障區(qū)域，并通過故障隔離來斷開故障線路，同時恢復(fù)故障下游供電，其具體路徑是根據(jù)線路剩余容量的大小來選擇優(yōu)先級恢復(fù)路徑，對于恢復(fù)路徑開關(guān)掛有檢修牌拒動的斷路器，系統(tǒng)不會將其列在恢復(fù)路徑中。除斷路器出口故障外，簡單故障還包括母線故障、電纜線故障和線路末端故障，故障處理策略在此不做一一列述。

2.1.2 復(fù)雜故障處理

包括故障不連續(xù)、本側(cè)多點故障、本側(cè)對側(cè)同時故障、擴大隔離范圍、甩負(fù)荷、聯(lián)絡(luò)開關(guān)故障和越級跳，以故障不連續(xù)和擴大隔離范圍為例，前者斷路器跳閘后，故障啟動，系統(tǒng)對有故障電流和無故障電流進(jìn)行定位，若故障電流信號不連續(xù)，可判定該區(qū)域存在故障，通過對開關(guān)、保護(hù)信號的模型以及狀態(tài)進(jìn)行拓?fù)浞治?，明確故障區(qū)域，并依次完成故障隔離和故障恢復(fù)；后者故障隔離最小區(qū)域即過流保護(hù)確定的故障區(qū)域，受到其他因素影響，根據(jù)過流保護(hù)確定的故障區(qū)域存在被擴大的可能，如掛有不可操作標(biāo)志牌的隔離開關(guān)，再有就是隔離開關(guān)上送拒動標(biāo)志信號和開關(guān)是否可遙控，出現(xiàn)這種情況后，將不可避免擴大隔離范圍，以實現(xiàn)最大范圍恢復(fù)非鼓掌區(qū)域的供電，其處理流程為：故障啟動后，將有故障電流附近區(qū)域視為故障區(qū)域，對于不可遙控開關(guān)，將故障區(qū)域進(jìn)行自動擴大，由下一個可控開關(guān)來完成，斷開故障區(qū)域后再恢復(fù)下游供電和上游供電。

2.1.3 含分布式電源故障處理

即網(wǎng)絡(luò)中含有分布式電源，開關(guān)分為分布式電源并網(wǎng)開關(guān)和同期開關(guān)，對于存在多種恢復(fù)路徑的處理，為確保供電的可靠性，應(yīng)優(yōu)先選擇主電網(wǎng)電源，通常故障發(fā)生后，主線路上會有短路電流產(chǎn)生，跳閘后，分布式電源并網(wǎng)控制開關(guān)的網(wǎng)靈敏度相對較高，會優(yōu)先跳開，此時應(yīng)優(yōu)先選擇主電網(wǎng)電源作為恢復(fù)方案；再有就是分布式電源參與自愈處理策略，包括三個原則：若分布式電源參與供電恢復(fù)，則應(yīng)對分布式電源容量進(jìn)行預(yù)測，維持原有供電能力，同時能夠保證系統(tǒng)計算供電范圍，若分布式電源參與供電并計算供電范圍，則應(yīng)優(yōu)先選擇準(zhǔn)同期開關(guān)作為聯(lián)絡(luò)點，經(jīng)此處理，故障恢復(fù)后便可進(jìn)行并網(wǎng)操作，若分布式電源僅參與供電，則應(yīng)先恢復(fù)負(fù)荷，從零開始。優(yōu)先選擇主電網(wǎng)電源作為恢復(fù)方案，其中只存在分布式電源這一唯一恢復(fù)路徑，通過該路徑參與恢復(fù)供電，先對分布式電源發(fā)電容量以及準(zhǔn)同期開關(guān)位置進(jìn)行預(yù)測和判定，明確分布式電源供電范圍，由于分布式電源參與供電，供電負(fù)荷應(yīng)從零開始逐漸累加，在恢復(fù)供電之前，應(yīng)先將可恢復(fù)區(qū)域的負(fù)荷開關(guān)拉開，對其進(jìn)行逐一恢復(fù)，具體應(yīng)完成分布式電源隔離負(fù)荷操作和分布式電源邊界控制。

目前我國的智能配電網(wǎng)供電可靠性與發(fā)達(dá)國家相比仍存在很大的差距，在現(xiàn)有情況下大力發(fā)展智能配電網(wǎng)和推廣應(yīng)用故障自愈技術(shù)是適應(yīng)配電網(wǎng)智能化、國家電網(wǎng)管理現(xiàn)代化的必然趨勢和發(fā)展要求，其中故障啟動、故障定位、故障隔離和故障恢復(fù)這一基本自愈流程，充分體現(xiàn)了故障自愈技術(shù)的原理及相關(guān)處理策略，將分布式電源接入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，實現(xiàn)故障自愈，具有一定的可行性，可進(jìn)一步提高供電的可靠性。

2.2 故障自愈模塊演示

以暢路變電站為例，對其故障自愈系統(tǒng)進(jìn)行模塊演示，現(xiàn)將啟動條件設(shè)為開關(guān)非正常分閘+保護(hù)動作，對出口開關(guān)故障、母線故障、負(fù)荷側(cè)故障和多點故障的自愈策略進(jìn)行分別演示。對于出口開關(guān)故障，其啟動條件即發(fā)現(xiàn)和暢路出口短路斷路器分閘信號，自愈策略實現(xiàn)過程為故障區(qū)域判定、故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供和處理結(jié)束，系統(tǒng)處于實時在線狀態(tài)，暢路開關(guān)跳閘后，相關(guān)區(qū)域發(fā)生故障，進(jìn)行斷開隔離，此時無上游恢復(fù)方案，即行下游恢復(fù)方案，合上標(biāo)線，恢復(fù)供電；對于母線故障，其啟動條件為和暢路某斷線路開關(guān)跳閘，自愈策略實現(xiàn)過程為故障區(qū)域判定、故障隔離、上游恢復(fù)和下游恢復(fù)，其中上游恢復(fù)方案即將斷開和暢路合上，下游恢復(fù)方案是將和暢路暢標(biāo)線合上，這也是唯一處理方案；對于負(fù)荷側(cè)故障，仍為上述啟動條件，屬于非正常分閘，自愈策略實現(xiàn)過程，為故障區(qū)域判定、故障隔離和上游恢復(fù)，將斷開和暢路合上，并無下游恢復(fù)方案；對于多點故障，即兩個或多個故障同時發(fā)生，采用某一故障處理策略時，需同時啟動另外相應(yīng)故障處理策略，同時列入處理隊列中，啟動條件同上，自愈策略實現(xiàn)過程為故障區(qū)域判定、故障隔離、負(fù)荷轉(zhuǎn)供和處理結(jié)束，系統(tǒng)處于實時在線狀態(tài)，上游恢復(fù)方案和下游恢復(fù)方案均是將和暢路斷開標(biāo)線合上。故障自愈模塊演示的是和暢路變電站的暢標(biāo)和暢準(zhǔn)，均為出線。通過故障自愈模塊演示，可進(jìn)一步明晰智能配電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，即應(yīng)用智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)，實現(xiàn)配電網(wǎng)故障點的快速定位和自愈處理，從而縮小故障處理即停電時間。

作者簡介：劉慧芳（1982，7-），女，河北省玉田縣，大學(xué)本科，國網(wǎng)天津市電力公司濱海供電分公司運檢部，工程師，專業(yè)方向：配電自動化系統(tǒng)。