故障錄波數(shù)據(jù)在DS6000系統(tǒng)中的應(yīng)用

李德軍，申泉

(南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，南京 210000)

0 引言

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，用戶對(duì)供電可靠性的要求越來越高。在我國的電力系統(tǒng)架構(gòu)中，目前提高供電可靠性的關(guān)鍵點(diǎn)在于配電網(wǎng)，保證配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，減少配電網(wǎng)的故障，出現(xiàn)故障也能準(zhǔn)確定位并及時(shí)處理，是亟須解決的問題。

傳統(tǒng)配網(wǎng)系統(tǒng)中的饋線自動(dòng)化軟件對(duì)單相接地故障無法準(zhǔn)確判斷，但如果借助故障錄波信息，并采用有效的技術(shù)手段，即可準(zhǔn)確、可靠地判斷出饋線中的單相接地故障選線和定位，并對(duì)選線及定位結(jié)果的可靠性等進(jìn)行綜合分析，從而輔助饋線自動(dòng)化軟件實(shí)現(xiàn)故障定位與分析[1]。

1 DS6000系統(tǒng)概況[2]

DS6000系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮姆植际介_放式配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),適用于省級(jí)、地級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化。在設(shè)計(jì)上使用領(lǐng)先的開發(fā)理念和先進(jìn)的開發(fā)技術(shù),借助成熟的功能組件,搭建出穩(wěn)定的系統(tǒng)架構(gòu)。

饋線自動(dòng)化(FA)是DS6000系統(tǒng)的核心功能模塊，該模塊分為采集層、處理層和展示層。采集層借助DS6000系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)方饋線終端(開閉所終端設(shè)備(DTU)、饋線終端設(shè)備(FTU)、故障指示器等)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(開關(guān)的分合狀態(tài)、開關(guān)的故障信號(hào)、實(shí)時(shí)電流、實(shí)時(shí)電壓、零序電流、零序電壓、故障指示器的翻牌狀態(tài)等)采集，并在需要的情況下對(duì)遠(yuǎn)方開關(guān)設(shè)備進(jìn)行遙控操作。處理層分為故障定位、故障隔離、故障恢復(fù)3個(gè)功能，用以判斷配網(wǎng)的運(yùn)行情況，以及在故障情況下判斷故障點(diǎn)的范圍和故障類型。展示層使用DS6000系統(tǒng)中的通用圖元組件，將配電網(wǎng)絡(luò)按手拉手饋線分成一張張聯(lián)絡(luò)圖的圖模，并能顯示故障信息一覽表及故障分析策略。故障信息一覽表會(huì)顯示上傳的故障信號(hào)，并顯示相關(guān)的設(shè)備名稱、時(shí)間、故障影響范圍、負(fù)荷丟失情況等；故障分析策略則根據(jù)處理層中的故障定位功能，綜合判斷故障范圍并給出隔離故障范圍的策略，調(diào)度員可根據(jù)系統(tǒng)給出的策略，遙控操作現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，迅速判斷故障點(diǎn)，快速隔離故障范圍，并迅速恢復(fù)故障隔離范圍外的設(shè)備及負(fù)荷的正常供電。饋線自動(dòng)化功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 饋線自動(dòng)化功能架構(gòu)

受遠(yuǎn)方饋線終端上送采集信息的限制，傳統(tǒng)的饋線自動(dòng)化功能只能判斷短路故障，而對(duì)于接地故障，尤其是單相接地故障是無法準(zhǔn)確判別定位的。

2 故障錄波數(shù)據(jù)

故障錄波的作用是在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過故障量的啟動(dòng)，記錄故障前后一段時(shí)間內(nèi)電氣量與非電氣量的變化過程并生成錄波數(shù)據(jù)，以達(dá)到協(xié)助故障追憶分析的目的。

故障錄波的工作原理：正常運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)方饋線終端實(shí)時(shí)對(duì)接入的模擬電氣量(電壓、電流、功率等)進(jìn)行采集，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，根據(jù)預(yù)先的定值，記錄下故障前后模擬電氣量及開關(guān)量數(shù)據(jù)，并生成對(duì)應(yīng)的故障錄波數(shù)據(jù)。

目前，國內(nèi)普遍采用COMTRADE格式存儲(chǔ)故障錄波數(shù)據(jù)，COMTRADE格式是美國電子電機(jī)工程師協(xié)會(huì)(IEEE)標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式。每個(gè)COMTRADE記錄都有一組最多4個(gè)與其相關(guān)的文件，每個(gè)文件都具有不同的信息等級(jí)。4個(gè)文件分別為標(biāo)題文件、配置文件、數(shù)據(jù)文件和信息文件。

對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理的具體作用如下。

(1)故障選線、判相、故障測(cè)距。分析故障錄波裝置記錄的各種信息，不僅可以利用錄波圖迅速判明故障類型和相別，還可以利用錄波數(shù)據(jù)中提供的零序短路電流值，較準(zhǔn)確地計(jì)算出故障點(diǎn)，有利于迅速消除故障，及時(shí)恢復(fù)供電，減小經(jīng)濟(jì)損失。

(2)諧波分析、功率分析、序分量分析。利用故障錄波數(shù)據(jù)文件可檢測(cè)出信號(hào)中的諧波量，以此研究故障狀態(tài)下諧波的影響以及變化規(guī)律等；同時(shí)，還可以進(jìn)行短路容量的計(jì)算，使用對(duì)稱分量法計(jì)算序分量。

(3)提供轉(zhuǎn)換性故障和非全相運(yùn)行再故障的信息。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，很可能發(fā)生一種故障且該故障并未消除時(shí)又發(fā)生另外一種故障，或者在非全相運(yùn)行過程中再發(fā)生故障的狀況。這些情況發(fā)生在很短時(shí)間內(nèi)，只有使用故障錄波數(shù)據(jù)，了解線路故障時(shí)的故障類型轉(zhuǎn)換，以及非全相運(yùn)行過程中又發(fā)生事故的情況、特點(diǎn)、時(shí)間等。

由此可見，故障錄波數(shù)據(jù)已成為分析電力系統(tǒng)故障的重要依據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確判斷故障類型，故障相別，故障電流、電壓的數(shù)值以及斷路器的跳合閘時(shí)間和重合是否成功等情況，據(jù)此研究有效的防止措施，在以后的電網(wǎng)設(shè)計(jì)中可以做出合理的配置，對(duì)可能發(fā)生的故障做出有效預(yù)測(cè)，盡量避免此種故障再次發(fā)生，對(duì)保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的作用極其重要。

3 饋線自動(dòng)化中使用故障錄波數(shù)據(jù)

3.1 實(shí)現(xiàn)背景

2016年我國修訂了最新的配網(wǎng)饋線終端技術(shù)規(guī)范，新的技術(shù)規(guī)范中明確指出饋線終端需要具備暫態(tài)故障錄波功能，并相應(yīng)修訂了配網(wǎng)自動(dòng)化通信協(xié)議(《配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用DL/T 634.5101—2002實(shí)施細(xì)則》[3]、《配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用DL/T 634.5104—2009實(shí)施細(xì)則》[4])，在該協(xié)議實(shí)施細(xì)則中規(guī)定了配網(wǎng)自動(dòng)化主站與饋線終端之間故障錄波數(shù)據(jù)的交互實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

3.2 實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)

DS6000系統(tǒng)的接地故障分析功能由饋線自動(dòng)化模塊、DS6000采集模塊、遠(yuǎn)方饋線裝置3個(gè)部分共同完成，具體流程如圖2所示。

圖2 接地故障分析流程

(1)饋線自動(dòng)化模塊根據(jù)遠(yuǎn)方饋線終端上送的故障信號(hào)(過流信號(hào)和故障翻牌信號(hào))進(jìn)行拓?fù)浞治龊凸收吓袛?，初步確定故障發(fā)生范圍。

(2)在確定的故障發(fā)生范圍內(nèi)，遍歷所有饋線遠(yuǎn)方終端，向DS6000采集模塊發(fā)送召喚錄波數(shù)據(jù)請(qǐng)求。

(3)DS6000采集模塊根據(jù)饋線自動(dòng)化模塊下發(fā)的請(qǐng)求，產(chǎn)生若干個(gè)數(shù)據(jù)召喚任務(wù)，在其任務(wù)處理中將每個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的規(guī)約報(bào)文下發(fā)到遠(yuǎn)方饋線終端。

(4)遠(yuǎn)方饋線終端解析下發(fā)規(guī)約報(bào)文，響應(yīng)召喚任務(wù)，將符合條件的故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行上送。

(5)DS6000采集模塊對(duì)遠(yuǎn)方饋線終端上送的故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，整理后發(fā)給饋線自動(dòng)化模塊。

(6)饋線自動(dòng)化模塊判斷故障錄波數(shù)據(jù)是否符合條件，如果符合條件與此次故障相關(guān)則對(duì)錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，對(duì)比并分析暫態(tài)接地電流、穩(wěn)態(tài)接地電壓等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化情況，高效、準(zhǔn)確地判斷單相接地故障。

(7)饋線自動(dòng)化模塊根據(jù)接地故障分析結(jié)果，產(chǎn)生告警信息并在故障信息一覽表上進(jìn)行展示，生成對(duì)應(yīng)的故障分析策略，供調(diào)度員進(jìn)行選擇處理。

3.3 案例

陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司某地級(jí)DS6000配網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。主干線路F1發(fā)生接地故障，在L3和L4之間的主干線上發(fā)生接地故障，L1，L2，L3均檢測(cè)到故障電流，故障指示器翻牌，上送翻牌信號(hào)并進(jìn)行故障錄波處理。DS6000系統(tǒng)饋線自動(dòng)化模塊檢測(cè)到故障信號(hào)，進(jìn)行分析處理，啟動(dòng)接地故障分析流程，對(duì)L1，L2，L3進(jìn)行故障錄波數(shù)據(jù)召喚，整理全部故障錄波數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析處理，定位并選線，產(chǎn)生故障分析策略上報(bào)給調(diào)度維護(hù)人員，供故障搶修維護(hù)參考。

圖3 接地線路故障示意

4 結(jié)束語

綜上所述，在DS6000系統(tǒng)饋線自動(dòng)化中，通過使用故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助定位，分析判斷接地故障，可以縮短配網(wǎng)故障分析和決策所需的時(shí)間，減少人力資源消耗，實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的配電網(wǎng)管理。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，越來越成熟的DS6000系統(tǒng)會(huì)為配網(wǎng)接地故障處理提供更加強(qiáng)大的技術(shù)支撐。