一種典型10 kV電纜線路饋線自動化動作分析

劉倩影，張啟亮

（國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司，山東 濟寧 272000）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，高壓用電負荷逐年增多，各種精密儀表不斷涌現(xiàn)，但電能質(zhì)量問題卻日益突出。城區(qū)配電網(wǎng)作為電力網(wǎng)絡(luò)“兩頭薄弱”的問題依然存在，配電系統(tǒng)也未實現(xiàn)持續(xù)高效、經(jīng)濟運行。目前，為監(jiān)控管理配電網(wǎng)，配電自動化系統(tǒng)（DAS）在各供電公司得到應(yīng)用，其饋線自動化功能（FA）可在短時間內(nèi)實現(xiàn)配電網(wǎng)線路故障定位、隔離及非故障區(qū)段負荷恢復(fù)等功能，城區(qū)配電網(wǎng)供電可靠性得到提高［1］。

鑒于電力電纜線路具有維護工作量少、使用壽命長、受氣候條件和周圍環(huán)境影響小、傳輸性能穩(wěn)定、可靠性高、占地少等優(yōu)點，城區(qū)配電網(wǎng)線路逐步改造為電力電纜線路［2-3］。在我國城區(qū)10 kV電纜網(wǎng)一般采用閉環(huán)設(shè)計、開環(huán)運行的供電模式［4］。配電自動化系統(tǒng)饋線自動化（FA）分為集中型FA和就地型FA［5］，其中集中型FA在電纜線路中應(yīng)用較為普遍。然而，10 kV電纜線路集中型FA實際應(yīng)用中存在動作不成功（含不啟動）的情況，原因大致可分為系統(tǒng)主站原因、配電設(shè)備或終端原因、繼電保護配合原因及配網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響等幾大類［6］。

針對集中型FA動作不成功（含不啟動）的情況，結(jié)合實際工作，對城區(qū)配電網(wǎng)典型10 kV電纜線路分別因配電終端離線、開關(guān)遙控失敗導(dǎo)致的2種故障進行原因分析，提出有效解決措施，并總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)。

1 城區(qū)配電網(wǎng)典型10 kV電纜線路

由于集中型FA電纜網(wǎng)故障一般為永久性故障，所以不考慮重合閘方式。城區(qū)配電網(wǎng)典型10 kV電纜線路如圖1所示。線路配備有3臺集中型環(huán)網(wǎng)柜，配置三遙終端設(shè)備；各環(huán)網(wǎng)柜進線開關(guān)為負荷開關(guān)、出線開關(guān)為斷路器；出線開關(guān)配置二遙動作型終端設(shè)備，均正確投入保護及自動功能。10kV寧一線與10 kV寧二線聯(lián)絡(luò)，聯(lián)絡(luò)開關(guān)為103環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)。

圖1 10 kV寧一線接線方式

2 集中型饋線自動化控制策略

集中型FA通過主站與終端設(shè)備（DTU）進行集中控制，實現(xiàn)故障點定位、故障區(qū)間隔離和非故障區(qū)段恢復(fù)供電等功能［7］。集中型FA功能啟動策略包括主線FA啟動策略和電纜線路故障處理策略。

2.1 主線FA啟動策略

主線FA故障啟動策略包括2個條件，一是變電站10 kV出線斷路器開關(guān)跳閘信號，二是該變電站和斷路器的相應(yīng)保護動作信號（包括事故總、過流信號、速斷信號等），2個條件均滿足時方可觸發(fā)FA動作，以避免FA誤啟動。

2.2 電纜線路故障處理策略

電纜線路FA控制策略共包括5個環(huán)節(jié)，分別為區(qū)間判定、區(qū)間隔離、電源側(cè)恢復(fù)供電、負荷側(cè)恢復(fù)供電及故障區(qū)間解除與恢復(fù)。

2.2.1 區(qū)間判定

當(dāng)電纜線路發(fā)生故障時，主站FA啟動后等待3 min，接收故障回路上開閉所DTU上送的過流故障告警信號，之后結(jié)合線路拓撲連接信息，將故障區(qū)間定位在最后一個上傳故障信號的DTU與第一個未上傳故障信號的DTU之間，該區(qū)間以正常通信的DTU為界限。

2.2.2 區(qū)間隔離

當(dāng)線路故障為非相繼故障時，DAS主站發(fā)出控制信號，控分最后一個上傳故障信號的DTU與第一個未上傳故障信號的DTU，將故障隔離在兩個開關(guān)之間。相繼故障時不能進行故障區(qū)間的隔離和非故障區(qū)間的恢復(fù)。

2.2.3 電源側(cè)恢復(fù)供電

主站直接控合變電站出線開關(guān)，恢復(fù)線路故障區(qū)間前端負荷。操作過程中，若變電站出線開關(guān)拒動，DAS系統(tǒng)將變電站出線開關(guān)作為操作禁止開關(guān)處理，進入負荷轉(zhuǎn)供流程計算，尋找其他路徑對停電區(qū)間進行轉(zhuǎn)供。

2.2.4 負荷側(cè)恢復(fù)供電

故障區(qū)間前端負荷恢復(fù)后，主站需轉(zhuǎn)供負荷大小和聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供能力，生成操作策略進行轉(zhuǎn)供負荷。若在轉(zhuǎn)供負荷過程中開關(guān)拒動，主站將該開關(guān)認(rèn)定為操作禁止開關(guān)，隨后再次進入負荷轉(zhuǎn)供計算流程，計算出新的策略轉(zhuǎn)供負荷。負荷轉(zhuǎn)供策略以最大限度減少負荷損失為目的，并在一定程度上考慮線路負載均衡。

2.2.5 故障區(qū)間解除及恢復(fù)

故障經(jīng)處理消除后，主站優(yōu)先選用本線路對隔離區(qū)間供電，恢復(fù)故障前正常運行方式。

3 典型10 kV電纜線路故障分析

3.1 配電終端離線引起停電區(qū)間擴大

3.1.1 故障描述

如圖1所示，10 kV寧一線102環(huán)網(wǎng)柜終端為離線狀態(tài)，10 kV寧一線0104開關(guān)保護跳閘，配電自動化判斷故障區(qū)間為10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)至103環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)之間。配電自動化系統(tǒng)控分10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)、103環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)，控合10 kV寧一線0104開關(guān)、103環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)。經(jīng)現(xiàn)場巡線發(fā)現(xiàn)用戶乙配電網(wǎng)變壓器燒壞，同時10 kV寧一線102環(huán)網(wǎng)11開關(guān)分位（經(jīng)現(xiàn)場查看該環(huán)網(wǎng)柜DTU信息，發(fā)現(xiàn)11開關(guān)相間保護跳閘），因饋線自動化未準(zhǔn)確判斷故障區(qū)間導(dǎo)致用戶丙、?。ㄑ簿€無問題）停電，擴大停電范圍，故障后線路接線方式如圖2所示。

10 kV寧一線故障發(fā)生后，通過查詢配電自動化系統(tǒng)信息表，歸納關(guān)鍵事件信息如表1所示。

3.1.2 故障原因分析

10 kV寧一線102環(huán)網(wǎng)柜各出線開關(guān)現(xiàn)場已正確投入保護，但因終端離線，該環(huán)網(wǎng)柜保護動作及開關(guān)分位信息無法正確上傳主站，配電自動化系統(tǒng)故障處理時將該環(huán)網(wǎng)柜視為非自動化設(shè)備。10 kV寧一線故障跳閘后，配電自動化系統(tǒng)僅接收到10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜01、02進線開關(guān)的“線路故障告警”信號，根據(jù)集中型線路故障區(qū)間判定依據(jù)，線路上最后一個上傳故障信號的DTU（即10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)）負荷側(cè)至第一個未上傳故障信號的DTU（即10 kV寧一線103環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)）間線路即為故障區(qū)間。

圖2 配電終端離線時10 kV寧一線接線方式

表1 配電終端離線10 kV寧一線事件信息一覽表

3.1.3 解決措施

加強配電自動化設(shè)備的監(jiān)控與調(diào)度巡視，充分利用配電自動化系統(tǒng)中設(shè)備通訊監(jiān)視模塊，及時發(fā)現(xiàn)并處理配電自動化設(shè)備通訊異常問題，防止故障信號無法上傳而影響?zhàn)伨€自動化正確動作。

加強配電自動化設(shè)備的接入調(diào)試管理，新增加的配電自動化設(shè)備必須在送電前完成調(diào)試，同時設(shè)備調(diào)試應(yīng)執(zhí)行“全遙信、全遙測、全遙控”要求，避免抽檢調(diào)試，防止信號誤傳影響?zhàn)伨€自動化正確動作。

3.2 2次遙控失敗導(dǎo)致饋線自動化終止

3.2.1 故障描述

10 kV寧一線0104開關(guān)保護跳閘，配電自動化判斷故障區(qū)間為10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)至102環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)間線路，配電自動化連續(xù)控分10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)、102環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)失敗，饋線自動化動作終止，故障后線路接線方式如圖3所示。經(jīng)現(xiàn)場巡線發(fā)現(xiàn)10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)至102環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)間電纜中間接頭燒壞。

圖3 開關(guān)遙控失敗時10 kV寧一線接線方式

10 kV寧一線故障發(fā)生后，通過查詢配電自動化系統(tǒng)信息表，歸納關(guān)鍵事件信息如表2所示。

表2 開關(guān)遙控失敗時10 kV寧一線事件信息一覽表

3.2.2 故障原因分析

集中型FA在故障區(qū)間判定結(jié)束后，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負荷情況將故障區(qū)間邊界所有自動化開關(guān)進行控分以隔離故障區(qū)間。遇有隔離操作發(fā)生拒動后（如10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)遙控失敗），將重新進行負荷計算，再次執(zhí)行擴大區(qū)間的隔離操作（如控分10 kV寧一線101環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)）。當(dāng)一次饋線自動化動作過程中遇到2個開關(guān)遙控失敗后，整個饋線自動化動作過程將終止。

集中型饋線自動化一般先恢復(fù)電源側(cè)非故障區(qū)間，再恢復(fù)負荷側(cè)（聯(lián)絡(luò)側(cè)）非故障區(qū)間，若前一過程因故終止將不再進行后一過程操作。因此，在線路電源側(cè)非故障區(qū)間恢復(fù)送電失敗后，DAS未通過控分10 kV寧一線102環(huán)網(wǎng)柜01進線開關(guān)、控合10 kV寧一線103環(huán)網(wǎng)柜02進線開關(guān)完成102環(huán)網(wǎng)柜、103環(huán)網(wǎng)柜非故障區(qū)間的負荷恢復(fù)操作，該故障最終擴大為全線停電。

3.2.3 解決措施

按照配電自動化運行要求，定期開展配電開關(guān)的合環(huán)遙控試驗，實際集中型饋線自動化對開關(guān)的遙控均發(fā)生在線路一次設(shè)備失電情況下，因此應(yīng)加強對集中型設(shè)備電池的運維管理，做好電池的定期更換工作，必要時通過模擬失電的方式進行開關(guān)遙控，確保線路主干線分段開關(guān)遙控功能正常。

完善配電自動化動作策略，將電源側(cè)與負荷側(cè)故障恢復(fù)操作互相獨立，任一項操作無法進行時不影響其他項正常操作，實現(xiàn)故障情況下最大限度減少負荷損失。

4 結(jié)語

結(jié)合實際工作，針對一種城區(qū)典型10 kV電纜線路，在詳細介紹集中型饋線自動化控制策略的基礎(chǔ)之上，對配電終端離線（或未完成調(diào)試）引起停電區(qū)間擴大、因開關(guān)遙控失敗導(dǎo)致饋線自動化動作異常終止等常見問題進行故障原因分析，提出解決措施，并總結(jié)了經(jīng)驗教訓(xùn)。對今后的實際工作，有一定借鑒作用，可有效縮短調(diào)度員處理此類故障的時間，不斷提高城區(qū)配電網(wǎng)供電可靠性。