探索基于配網(wǎng)自動化的事故判斷失敗原因及其改進(jìn)措施

殷一洲

（江蘇省電力公司蘇州供電公司,江蘇 南京 215000）

1 配網(wǎng)自動化的推廣與應(yīng)用

配電網(wǎng)自動化技術(shù)（Distribution Automation Technology，簡稱“DA技術(shù)”）是利用現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)實時信息、離線信息、用戶信息、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)、地理信息進(jìn)行集成，構(gòu)成完整的自動化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行及事故情況下的監(jiān)測、保護(hù)、控制和配電管理。它是實時的配電自動化與配電管理系統(tǒng)集成為一體的系統(tǒng)。其最終目的是提高供電可靠性和供電質(zhì)量、縮短事故處理時間、減少停電范圍、提高配電系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用成本，最大限度提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，提高整個配電系統(tǒng)的管理水平和工作效率，提升用戶服務(wù)水平[1]。

隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，城市生活水平、科技水平的迅速提高，城市配網(wǎng)日益復(fù)雜，用戶對用電可靠性和用電質(zhì)量的要求也日益提高。為此，各地相應(yīng)推出了配電網(wǎng)自動化技術(shù)，為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，國家電網(wǎng)公司安全運(yùn)行與發(fā)輸電運(yùn)營部公布了《配電系統(tǒng)自動化規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則（試行）》。該方案明確了配網(wǎng)自動化應(yīng)包括以下內(nèi)容：集成SCADA和GIS功能、配網(wǎng)管理系統(tǒng)、停電管理系統(tǒng)、需求側(cè)響應(yīng)、調(diào)度自動化功能、分布式發(fā)電管理。其中，配網(wǎng)管理系統(tǒng)又包括配電網(wǎng)電壓管理系統(tǒng)、配電網(wǎng)故障診斷和斷電管理系統(tǒng)、操作票專家系統(tǒng)。本文將就配電網(wǎng)故障診斷和斷電管理系統(tǒng)展開討論，重點在于對判斷失敗的幾個實例及其失敗原因進(jìn)行分析和檢討。

2 DA系統(tǒng)判斷事故的邏輯和方法

在形式上，DA（配電網(wǎng)自動化）系統(tǒng)包括SA（變電站與配電所自動化）系統(tǒng)和FA（饋線自動化）系統(tǒng)兩個部分，由于配電網(wǎng)事故以線路事故為主，因此主要依靠FA系統(tǒng)。

FA系統(tǒng)是DA系統(tǒng)的主要組成部分，主要目的是實現(xiàn)故障診斷和自愈。它由饋線控制及數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)、饋線自動隔離和恢復(fù)系統(tǒng)組成。其中，故障診斷系統(tǒng)處于承上啟下的核心地位。

圖1 DA系統(tǒng)故障診斷邏輯圖

DA系統(tǒng)的故障診斷是由圖1所示邏輯實現(xiàn)的。一旦事故發(fā)生，安裝在配電所的DTU設(shè)備和安裝在線路的FTU設(shè)備均會產(chǎn)生響應(yīng)，相應(yīng)電流互感器會檢測到故障電流，并發(fā)出保護(hù)啟動信號。在保護(hù)未投入跳閘情況下，主要以遙信和遙測的方式由光纖通道傳輸至服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)電流走向?qū)⒆詈笠患売泄收想娏鞯膮^(qū)域至第一級無故障電流的區(qū)域之間判斷為故障區(qū)域，并提供給調(diào)度員。調(diào)度員根據(jù)故障區(qū)域，實行隔離，然后恢復(fù)故障點前段送電，并在負(fù)荷允許時通過其他線路向故障點后段送電。同時，通知配電人員重點檢查故障區(qū)域，根據(jù)檢查結(jié)果做出相應(yīng)應(yīng)對[2]。

3 DA判斷失誤的原因分析與舉例

通過以上方法大多數(shù)情況下可以正確找出故障區(qū)域，從而加快故障點的發(fā)現(xiàn)，縮短停電時間。然而，有時也會出現(xiàn)判斷不正確的情況，其原因具有一定的多樣性，以下將就不同的原因各舉一例并就此展開討論。

3.1 自動化改造不全面造成DA判斷失誤

215蘇繡#1線開關(guān)跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

2014年1月14日12時34分57秒，220 kV星港變215蘇繡#1線保護(hù)動作；

2014年1月14日12時34分59秒，220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器分閘。詳情見圖2。

圖2 215蘇繡#1線配網(wǎng)結(jié)線簡圖

（2）配網(wǎng)保護(hù)信息

本次事故中沒有保護(hù)信息。

（3）DA處理記錄

2014年1月14日12時34分59秒，220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器下游線路故障，系統(tǒng)等待5秒接收故障信號；

2014年1月14日12時35分04秒，系統(tǒng)完成5秒等待開始進(jìn)行故障定位；

2014年1月14日12時35分09秒，系統(tǒng)完成故障定位。

（4）DA故障區(qū)域判定

“215蘇繡#1線斷路器”與“英華配電所273”之間區(qū)域發(fā)生故障，導(dǎo)致“215蘇繡#1線斷路器”跳閘。

（5）事故處理

DA給出的事故區(qū)域判定范圍很大，對實際故障定位參考價值不大。

2014年1月14日13時40分07秒，合上220 kV星港變215蘇繡#1線斷路器后，恢復(fù)送電。

（6）事故分析

本次事故線路蘇繡#1線所連接的配電所均已進(jìn)行配網(wǎng)自動化改造，但蘇繡配電所、都市花園配電所、菁華苑配電所、都華苑配電所的保護(hù)尚未接入DTU，且不具備遙控條件。

DA處理過程中將這些沒有配置保護(hù)的配電所及相關(guān)線路與215蘇繡#1線等合成一條線路進(jìn)行故障定位，從而導(dǎo)致DA判定出的事故區(qū)域過大。

在實際應(yīng)用中此種情況最為常見，DA是基于線路范圍內(nèi)的各個配電所的保護(hù)信息判定出故障區(qū)域，因而DA有效工作的前提是區(qū)域內(nèi)配電所均經(jīng)過改造且保護(hù)等各類功能健全。區(qū)域內(nèi)配電所DA安裝不健全會導(dǎo)致系統(tǒng)將這些部分判定為一條線路，從而將給出的故障范圍擴(kuò)大。要解決這個問題，最主要是完善電網(wǎng)自動化的配置工作[3]。

3.2 通道或工況原因致使DA判斷失誤

246海德#4線開關(guān)跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線保護(hù)動作；

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線斷路器分閘。詳情見圖3。

（2）配網(wǎng)保護(hù)動作信息

本次事故沒有接收到配網(wǎng)保護(hù)動作信息。

圖3 246海德#4線配網(wǎng)結(jié)線簡圖

（3）DA處理記錄

2014年2月23日16時52分15秒，220 kV姚幕變246海德#4線斷路器下游線路故障，系統(tǒng)等待5秒接收故障信號；

2014年2月23日16時52分21秒，系統(tǒng)完成5秒等待開始進(jìn)行故障定位；

2014年2月23日16時52分26秒，系統(tǒng)完成故障定位。

（4）DA故障區(qū)域判定

“246海德#4線斷路器”與“海德魯配電所246”之間區(qū)域發(fā)生故障，導(dǎo)致“246海德#4線斷路器”跳閘。

（5）DA隔離恢復(fù)方案

斷開海德魯配電所246（故障隔離）；合上梁浦街南開閉所220（下游恢復(fù)）。

（6）實際事故處理

2014年2月23日17時47分21秒，斷開海德魯配電所246（故障隔離）；

2014年2月23日17時51分04秒，斷開海德魯配電所261（故障隔離）；

測量246、261間隔對地電阻后，2014年2月23日18時23分23秒，遙控合上海德魯配電所246，恢復(fù)送電。

（7）事故處理分析

實際故障為海德魯配電所261間隔與港田配電所263之間的聯(lián)絡(luò)線接地故障，事故前港田263間隔處于分閘狀態(tài)，故只需斷開海德魯261即可實現(xiàn)事故線路的隔離。檢修完成后，2014年2月24日15時02分03秒，遙控合上海德魯配電所261。

FA判定結(jié)果與實際不一致，是缺少海德魯配電所246、261間隔的過流保護(hù)信號所致。這是由于海德魯配電所所用電由246海德#4線供，246海德#4線跳閘后，又由于所內(nèi)蓄電池質(zhì)量不佳導(dǎo)致工況退出造成斷電。

自動化配電所工況退出也是DA判斷不準(zhǔn)的主要原因之一，導(dǎo)致工況退出的原因很多，其中失去交流所用電后，蓄電池質(zhì)量不佳是最常見的原因，除此以外通信光纜故障也是比較常見的原因。目前，全國其他地區(qū)采用超級電容的方式替代蓄電池，其效果尚未見到明確報道，改善蓄電池質(zhì)量仍是目前亟待解決的核心問題。

3.3 多重事故造成DA判斷失敗并伴有站用電異常

221歐城#2線開關(guān)跳閘事故DA處理分析報告。

（1）事故記錄

第一次事故記錄：

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關(guān)保護(hù)動作；

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關(guān)分閘。

第二次事故記錄：

2014年3月2日06時07分42秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關(guān)保護(hù)動作。詳情見圖4。

圖4 221歐城#2配網(wǎng)結(jié)線簡圖

（2）配網(wǎng)保護(hù)動作信息

第一次事故保護(hù)動作記錄：

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所263開關(guān)C相過流告警動作；

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所283開關(guān)C相過流告警動作。

第二次事故的保護(hù)動作記錄：

2014年3月2日06時07分39秒，東湖大郡#8配電所244開關(guān)A相過流告警動作；

2014年3月2日06時07分39秒，歐洲城#1配電所221開關(guān)A、B相過流告警動作；

2014年3月2日06時07分39秒，歐洲城#1配電所243開關(guān)A、B相過流告警動作。

歐洲城#1配電所合上母聯(lián)開關(guān)時的記錄：

2014年3月2日07時28分59秒，東湖大郡#8配電所244開關(guān)C相過流告警動作；

2014年3月2日07時28分59秒，歐洲城#1配電所243開關(guān)C相過流告警動作。

（3）DA處理記錄

第一次事故后的DA處理記錄：

2014年3月2日04時10分24秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關(guān)下游線路故障，系統(tǒng)等待5秒接收故障信號；

2014年3月2日04時10分30秒，系統(tǒng)完成5秒等待開始進(jìn)行故障定位；

2014年3月2日04時10分36秒，系統(tǒng)完成故障定位。

第二次事故后的DA處理記錄：

2014年3月2日06時07分53秒，110 kV湖東變221歐城#2線開關(guān)保護(hù)動作信號在有效時間內(nèi)未匹配到開關(guān)分閘；

2014年3月2日06時16分00秒，點擊DA界面的“再次分析”按鈕后的DA處理記錄；

2014年3月2日06時16分43秒，系統(tǒng)完成5秒等待開始進(jìn)行故障定位；

2014年3月2日06時16分49秒，獲取04：09：54時刻遙測方式數(shù)據(jù)斷面失?。?/p>

2014年3月2日06時16分49秒，系統(tǒng)完成故障定位。

（4）DA故障區(qū)域判定

發(fā)生多處故障導(dǎo)致221歐城#2線開關(guān)跳閘，故障區(qū)域分別為：第一次事故后的DA區(qū)域判定結(jié)果為“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間區(qū)域發(fā)生故障；再次分析后的DA區(qū)域判定結(jié)果為“東湖大郡#8配電所263”“東湖大郡#8配電所265”“東湖大郡#8配電所269”“東湖大郡#8配電所273”“東湖大郡#8配電所244”之間區(qū)域發(fā)生故障。

（5）DA隔離恢復(fù)方案

第一次事故后觸發(fā)的DA隔離恢復(fù)方案未能記錄，點擊了“再次分析”后的DA隔離恢復(fù)方案為：斷開“東湖大郡#8配電所263”“東湖大郡#8配電所265”“東湖大郡#8配電所269”“東湖大郡#8配電所273”“東湖大郡#8配電所244”。

（6）實際事故處理分析

2014年3月2日05時13分09秒，斷開榮域#1配電所263（故障隔離）；

2014年3月2日05時22分14秒，斷開水墨江南#4配電所265（故障隔離）；

2014年3月2日06時07分00秒，試送221歐城#2線開關(guān)失敗，保護(hù)動作；

2014年3月2日06時47分17秒，斷開榮域#1配電所283（故障隔離）；

2014年3月2日07時16分57秒，斷開歐洲城#1配電所221（故障隔離）。

而后通過合上歐洲城#1配電所母聯(lián)、水墨江南#4配電所母聯(lián)等開關(guān)改變運(yùn)行方式，由214歐城#1線送電，在處理“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間電纜故障及“221歐城#2線開關(guān)”與“榮域#1配電所283”“歐洲城#1配電所221”之間電纜故障后，合上221歐城#2線開關(guān)，并通過遙控操作恢復(fù)該區(qū)域原有運(yùn)行方式。

實際故障為“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間電纜單相接地故障及“221歐城#2線開關(guān)”與“榮域#1配電所283”“歐洲城#1配電所221”之間的單相接地電纜故障。

第一次事故時，F(xiàn)A僅接收到榮域#1配電所的保護(hù)信號，因而給出“水墨江南#4配電所265”與“榮域#1配電所263”之間故障區(qū)域判定，是準(zhǔn)確的，現(xiàn)場工作人員也及時隔離故障并嘗試恢復(fù)供電。

試送失敗時主站接收到歐洲城#1配電所和東湖大郡#8配電所的保護(hù)信號，F(xiàn)A因此定位故障位于東湖大郡#8配電所母線，與實際故障不符。若由實際故障推斷，“東湖大郡#8配電所244”及“歐洲城#1配電所的243、221”間隔過流保護(hù)信號可能為毛刺或者不正確整定值導(dǎo)致的誤動，需要檢查現(xiàn)場保護(hù)裝置。

（7）事故中FA的問題及建議

本次事故實際是一條線路先后發(fā)生的兩次故障導(dǎo)致，由于第一次事故處理過程沒有及時將FA歸檔，并在第二次事故后點擊過“再次分析”，造成FA將兩次事故合成為同一次事故，對研判造成一定影響。在以后的類似事故中，調(diào)度員可以在合上線路開關(guān)恢復(fù)送電之前先將FA記錄歸檔，這樣如果試送失敗可以更清晰地分析試送失敗原因。

本次事故中的第二次故障接收到的“東湖大郡#8配電所244”及“歐洲城#1配電所的243、221”間隔過流保護(hù)信號以及歐洲城#1配電所合上母聯(lián)開關(guān)后的一系列配網(wǎng)保護(hù)記錄，可能為毛刺或者不正確整定值導(dǎo)致的誤動，需要檢查現(xiàn)場保護(hù)裝置。

事故后榮域#1配電所的兩臺DTU在2014年3月2日10時左右因為電池耗盡退出，電池壽命僅在6小時左右，遠(yuǎn)低于正常值，需要檢查原因。

2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所263開關(guān)C相過流告警動作；2014年3月2日04時10分19秒，榮域#1配電所283開關(guān)C相過流告警動作；2014年3月2日06時07分39秒，東湖大郡#8配電所244開關(guān)A相過流告警動作；2014年3月2日07時28分59秒，東湖大郡#8配電所244開關(guān)C相過流告警動作。這四條過流告警未復(fù)歸。這次DA判斷不正確主要是因為多重事故發(fā)生時間間隔太短引起，目前要改善此種情況尚無較好的辦法，需待DTU設(shè)備及自動化系統(tǒng)進(jìn)一步提高質(zhì)量和技術(shù)水平才能改善。

4 結(jié)語

綜上所述，DA判斷失靈主要因自動化系統(tǒng)不健全、自動化配電所工況退出及短時間內(nèi)多重故障互相影響引起。健全自動化網(wǎng)絡(luò)、提高蓄電池質(zhì)量、升級自動化系統(tǒng)是目前值得繼續(xù)發(fā)展和研究的主要方向。其中就健全網(wǎng)絡(luò)自動化而言，正在不斷展開的重要工程隨著時間的推移會逐漸彌補(bǔ)此項缺陷。提高蓄電池質(zhì)量是目前比較值得關(guān)注的方向，也是難點，遺憾的是目前隨著超級電容的普遍應(yīng)用，并沒有看到提高蓄電池質(zhì)量的相關(guān)科研項目，蓄電池質(zhì)量未能得到明顯的改進(jìn)，超級電容也沒有顯示出意料中的優(yōu)越性。好在自動化系統(tǒng)的升級正在不斷地進(jìn)行，在很大程度上可以彌補(bǔ)以上不足。