配电电网自动化故障处理技术的研究

2020-01-08袁娴枚

通信电源技术 2020年6期

袁娴枚

（贵阳金阳供电局，贵州贵阳 550001）

1 配电电网自动化故障处理技术的意义

配电电网自动化故障处理技术就是在如今的配电系统逐渐智能化的背景下，通过进一步利用智能化技术实现自动对配电电网中存在的问题进行检测，甚至对可能出现的问题进行预测，并最终对这些问题进行及时反馈和报警，且自动采取一定的措施完成对故障的初步处理的技术。该技术最直接的目的就是保障供电的稳定性，即使配电网出现一定问题，也可以保障配电可以继续供电；即便发生大规模的故障，也可以尽可能的将停电范围缩小。

2 配电电网自动化故障处理技术基本原理

当前的配电电网自动化故障处理技术大多是利用信息系统和辅助设备完成对电网运行状况的实时监测，并利用智能化系统进行计算模拟，从而对可能出现的状况和潜在的问题如设备缺陷等进行预测，并予以相应的提醒的同时对这些潜在的可能影响到安全和供电稳定的问题进行自动、自主的处理。整个配电电网自动化故障处理往往分为三步，首先是当电网发生故障的瞬间，立刻完成对故障开端的清除。这一步大多是通过高压断路器和继电保护自动化设备在100 ms 内完成，从而最大程度的保护配电电网，比过去传统的继电保护设备对电网的恢复更快、安全性更高。传统的继电保护设备想要对电网功能进行恢复往往存在很多局限性，如对多开关级联的优点利用不充分导致在进行断电保护时发生较大面积的停电。第二步是在完成故障开端的清除后会迅速对故障问题的起因进行诊断，从而对故障区和非故障区完成划分，并在对故障区实行隔离自动维护的同时使非故障区迅速恢复供电。最后是当供电服务恢复后，进一步对隔离的故障区进行排查，从而找出故障点的位置和故障原因[1]。

3 配电电网自动化故障处理技术

3.1 网络式保护技术

当前网络式保护技术大多基于通信网络，且被分为两种，一种是经常用在配电网线路上的主从式网络形式，另一种则是常被用在变电站的内部通信网络的对等式通信网络形式。

主从式通信网络形式是在通信网络中使得各个单元分别与主单元进行通信来获取信息，各个单元之间想要通信也只能通过主单元进行。而对等式通信网络则是使得每个单元之间都可进行通信来获得所需的数据。

3.1.1 基于主从式网络的网络式保护技术

配电网结构复杂，但其本质是一种由总到分的结构，在利用基于主从式网络的网络式保护技术时每个用户都类似于一个小单元。配电网中每一个用户都有自己对应的配电线路和单元点，但每个用户的配电线路上几乎都有不止一个开关。所以当发生故障时，可以通过上下级开关器件的保护功能在发生故障时通过一个主单元进行通信，从而收集到相应开关器件的情况信息，并进而对故障问题进行分析和解决。通常解决方案是对开关器件的状态进行调整，如使得距离故障最近的开关元器件立刻跳闸，其他开关转为后备[2]。

3.1.2 基于对等式网络的网络式保护技术

对等式相较于主从式网络具有更广泛的实用性和功能性，但成本略高于主从式，不适用于设备较为分散、距离较远的情况，但其十分适用于开关设备多、且设施设备集中、距离短的变电站。如若配电线路的通信方式可以满足对等式网络保护技术的要求，则其对配电线路来说也是一个更好的选择。基于对等式网络的网络式保护技术大多是通过双绞线在开关之间组成CAN 网，这正是利用了CAN 网为总线式可以通过CAN 接口与其他接口进行互联的特点。在传输距离较短时只通过双绞线即可满足该技术的组网需要，当传输距离较远时则可以通过使用CAN 光纤发收设备来满足通信需要保障通信的稳定性和可靠性。对于一些要求稳定很高的地区，如商业中心、住宅小区等常常使用电缆线路并使用对等式网络技术进行保护。在这样的电缆应用环境下，出线开关和分段开关都大多集中在开闭所内部，使得分布集中结构稳定十分适合应用对等式网络式保护技术。而在变电站中，通过对等式网络式保护技术可以将变电站内各种种类的开关完成软件上的统一，在进行安全保障时可以统一调配。

3.2 故障区自动隔离与恢复技术

在实际的配电及电力输送过程中，想要绝对防止故障的发生是不可能的。但如今随着配电电网的智能化不断发展，利用配电电网自动化故障处理技术中的隔离区域自动隔离与恢复技术可以通过对电力系统进行改进，增加相应的开关器件后，使其可以自行完成对故障的隔离清除，在故障发生后短时间内自动完成重构恢复供电，从而达到降低停电时间、提升供电恢复速度的目的。当前的电力系统配网中，主要有两种开关器件，即常开型开关和常闭型开关。前者多负责馈线和变电站之间的连接，后者则是多用于输电线路之间的连接和分段。而故障区自动隔离与恢复技术中的配电电网的网络重构就是通过对开关器件的状态进行相应的改变来对馈线的网络拓扑结构做出调整来完成的。其分为集中式和分布式两种控制类型[3]。

3.2.1 集中式控制

集中式控制方式与分布式控制方式的区别主要在于完成网络重构进行设置这一过程的主体不同。集中式网络控制方式完成重构的过程主要在控制中心，控制中心通过SCADA 系统对出现的故障的有关信息进行收集进而进行分析处理。在这个过程中通常是由FTU负责将故障数据信息通过逻辑通道递交到控制中心，之后控制中心进行分析后向外传递相关命令进行重构，使非故障区的供电得以恢复。该方法对相关计算机的系统稳定性和计算能力以及逻辑通道的传递能力都有较高的要求，但其的优点在于可以精准施控。

3.2.2 分布式控制

分布式控制也被称为就地式控制，其特点就在于网络重构是通过临近故障处的开关器件的控制装置进行的，无需配电网中主站和子站的参与，相对于集中式控制方式更为简便快速。该方法的应用是在如今配电电网开关器件自身的性能不断提升的基础上实现的。分布式控制主要通过两种方式完成网络重构，一种是只通过重合器完成，另一种是通过重合器加分段器完成。但两种方式殊途同归，都是当馈线发生永久性故障时，由馈线配电终端对相邻的配电终端进行通信完成相关故障信息的传输，使之进行相关的判定，并根据相关数据如电压、电流等信息确定故障类型和大概位置，最终再将故障的信息如位置等交由配电终端。在这个过程中，如果使用重合器的分布式控制方式，重合器会在进行一次分闸闭锁后再次进行合闸，从而恢复供电。分段器并不具备断开短路电流的功能，所以在使用时往往是与重合器一起配合进行使用，二者配合使用更能充分的对馈线的自动化功能进行发挥[4]。

3.3 故障检测及定位技术

当前故障检测及定位技术手段主要有4 种：（1）通过在线路上安装重合器、分段器、断路器等器件来对故障位置进行判定和隔离；（2）通过继电器进行保护并判断故障位置；（3）使用故障指示器；（4）在各个分支线路上安装相关熔断器件。本文主要对故障指示器技术进行阐述。故障指示器技术主要是对发生短路后的故障进行检测，凡是出现故障电流特性的线路都会触发自动指示器，所以在发生故障后，故障点就会被确定在触发的指示器和未触发的指示器之间的区域。且现在以故障指示器为基础的故障定位系统的反映更为迅速，可以对故障完成快速的定位，更能满足配电电网智能化的要求。在以故障指示器为基础的故障的定位系统中故障定位算法也十分重要，当前较为常用的方法有行波算法、神经网络算法、基于FTU 的故障定位算法等。而要确保故障检测和定位技术功能的正常发挥还要确保即时通信技术可以对信息传输过程做出保障，目前主要的解决方式是使得故障指示器和数据采集器之间只有一个地址，从而使得故障定位更加快速、简便。

4 配电电网自动化故障处理技术应用问题与发展趋势

我国的配电电网自动化、智能化技术的研究起步较晚，是从20 世纪90 年代开启的，并且在1998 年正式开启了城市电网改造计划。虽然近年来的研究和应用也取得了十分不错的成果，但和西方发达国家相比，仍然有很大的差距。初期我国的配电电网自动化技术应用出现了很多问题，使得其发展受到了一定的阻碍，导致我国如今的配电电网自动化技术仍然处于初级的现况，并且存在很多问题。

4.1 当前配电电网自动化故障处理技术中存在的问题

当前我国的配电电网自动化故障处理技术中存在的问题主要有4 个，具体如下。（1）很多地方仍然在使用传统的配电电网保护配置思路，即电力系统的安全正常运行为主要目标，忽视了电能稳定的重要意义，导致在使用的过程中会出现电压不稳的现象，并且一旦发生故障往往会引发大面积的停电。（2）现在的集中式故障区隔离与恢复控制技术的稳定性和可控性受限于通信通道和主站没有得到充分保障，使其没有发挥出应有的功能性。（3）当前的故障检测技术手段对接地故障的检测较差。（4）缺乏对小电流接地故障的定位技术。

4.2 配电电网自动化故障处理技术发展趋势

为了满足社会生产的需要，供电必须要更加稳定。如今的用户已不是单单需要电能可以供应，更对供电的稳定性、电能的质量和出现故障后的解决速度都有了更高的要求。而传统的电网管理模式已经无法满足当前用户对供电的稳定性和质量以及安全的需求。此外，配电电网自动化故障处理技术更直接影响着电网供电的稳定和可靠，所以配电电网自动化故障处理技术未来一定会朝着更快的反应与解决速度和更灵敏的故障检测方向发展。文中的网络式保护技术因具备可以完成信息共享和协调保护的优点，能够为配电电网的稳定提供重要的保障，是未来重要的发展方向之一。而文中的分布式控制方式与基于故障指示器的故障检测及定位系统，都在一定程度上解决了现在对于接地故障检测不灵敏、无法快速排除、恢复供电的问题。事实上，一切配电电网自动化故障处理技术的发展都是为了确保故障可以被迅速地自动化地排查出来并进行解决，从而满足社会对稳定供电的需要[5]。