配電網(wǎng)斷線智能診斷方法芻議

邱桂華 湯志銳 劉俊濤

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528000)

配電網(wǎng)斷線智能診斷方法芻議

邱桂華 湯志銳 劉俊濤

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528000)

針對(duì)目前配電網(wǎng)斷線無(wú)有效手段監(jiān)測(cè)的情況，提出了一種配電網(wǎng)斷線智能診斷方法，該方法可大大提升搶修效率，提高供電可靠性，具有良好的推廣和應(yīng)用前景。

配電網(wǎng)；斷線；缺相；智能診斷

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)電力供應(yīng)的需求越來(lái)越高，電力技術(shù)也得到了空前快速的發(fā)展。配電網(wǎng)系統(tǒng)處于電力系統(tǒng)的最末端，直接負(fù)責(zé)對(duì)客戶(hù)的供電，其運(yùn)行水平直接影響客戶(hù)的用電質(zhì)量。

當(dāng)配電網(wǎng)斷線或配變高壓側(cè)熔絲熔斷發(fā)生一相或兩相缺相時(shí)，將對(duì)高壓和低壓客戶(hù)的用電造成嚴(yán)重影響。特別是對(duì)于如魚(yú)塘用戶(hù)所使用的三相電機(jī)，當(dāng)一相或兩相缺相時(shí)，配電網(wǎng)將產(chǎn)生負(fù)序及零序電壓，如不及時(shí)斷開(kāi)三相電源，將會(huì)對(duì)電機(jī)設(shè)備造成重大損壞。當(dāng)前，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生缺相事件時(shí)，一般需用戶(hù)報(bào)障才能進(jìn)行維修，這種故障處理方式大大延長(zhǎng)了用戶(hù)停電時(shí)間，可靠性低，甚至還會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞用戶(hù)設(shè)備，因而不能滿(mǎn)足電力可靠供應(yīng)的要求。

1 斷線運(yùn)行及原因分析

1.1 斷線運(yùn)行分析

配電網(wǎng)目前主要采用的是10 kV電壓等級(jí)供電，相對(duì)于輸電網(wǎng)線路，其線路總公里數(shù)較長(zhǎng)，路徑也較復(fù)雜，易發(fā)生斷線故障。

配電網(wǎng)一般使用Dyn11接線的配電變壓器為低壓用戶(hù)供電，以配變高壓側(cè)發(fā)生一相斷線為例進(jìn)行分析，變壓器高壓側(cè)A相斷線時(shí)的接線圖如圖1所示。

圖1 配變高壓側(cè)A相斷線示意圖

從圖中連接關(guān)系中可以看出，配變高壓側(cè)A相斷線時(shí)，其高壓側(cè)A、C兩相繞組為串聯(lián)后與B相繞組并聯(lián)運(yùn)行，AB相線電壓與BC相線電壓相等并等于BC相電壓的一半，A相磁通和C相磁通為B相正常磁通的一半。因此，根據(jù)電磁關(guān)系及配變低壓側(cè)為中性點(diǎn)直接接地連接關(guān)系可知，配變低壓側(cè)a相電壓和c相電壓為b相正常電壓的一半。

因此，對(duì)于Dyn11連接組別的配電變壓器，當(dāng)其高壓側(cè)發(fā)生一相斷線時(shí)，其低壓側(cè)該相及相鄰另外一相電壓變?yōu)樵瓉?lái)的一半，低壓系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的不平衡現(xiàn)象，產(chǎn)生負(fù)序電壓及電流。該現(xiàn)象將導(dǎo)致三相電機(jī)的出力不平衡，長(zhǎng)期運(yùn)行還可能燒毀設(shè)備；配變局部溫度將會(huì)升高，影響其使用壽命[1]。

1.2 斷線原因分析

對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的斷線故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)造成配電網(wǎng)斷線的原因主要有：雷擊斷線、設(shè)備缺陷以及外力破壞[2]。

1.2.1 雷擊斷線

雷擊斷線是配電網(wǎng)斷線的主要原因之一，特別是在我國(guó)南方地區(qū)，經(jīng)常會(huì)在雷暴活動(dòng)劇烈的天氣發(fā)生斷線故障。配電網(wǎng)線路一般采用針式絕緣子，無(wú)避雷器保護(hù)，絕緣水平較低，因而容易受到感應(yīng)雷和直擊雷的危害，發(fā)生雷擊斷線故障。

雷擊架空線路發(fā)生接地?cái)嗑€故障可分解成2個(gè)過(guò)程：一是雷擊過(guò)電壓擊穿絕緣，使導(dǎo)線對(duì)地放電；二是持續(xù)的系統(tǒng)工頻電壓施加于雷電放電通道上，持續(xù)的工頻短路電流建弧燃燒。導(dǎo)線上的放電點(diǎn)即為工頻持續(xù)電流的起弧點(diǎn)，如果該起弧點(diǎn)能量集中在很小的范圍內(nèi)，將導(dǎo)致導(dǎo)線瞬間局部熔化，配電網(wǎng)斷線[3-4]。

1.2.2 設(shè)備缺陷

配電網(wǎng)眾多設(shè)備的生產(chǎn)廠家良莠不齊，配變、避雷器、開(kāi)關(guān)等設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題很可能會(huì)導(dǎo)致某相斷線。常見(jiàn)的設(shè)備缺陷造成配電網(wǎng)斷線的現(xiàn)象有：瓷橫擔(dān)斷裂、導(dǎo)線接頭銹蝕以及絕緣子損壞等。

1.2.3 外力破壞

隨著城市建設(shè)施工工程越來(lái)越多，施工吊機(jī)容易撞擊附近架空線路，使配電網(wǎng)發(fā)生斷線；同時(shí)地下施工建設(shè)過(guò)程中，由于不清楚電纜敷設(shè)情況，很可能導(dǎo)致電纜受到機(jī)械損害，發(fā)生某相斷線。

2 斷線智能診斷原理

配電網(wǎng)斷線智能診斷分為3部分：報(bào)文抽取及并組、報(bào)文數(shù)據(jù)分析、斷線綜合判斷。

2.1 報(bào)文抽取及并組

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生斷線或斷線故障恢復(fù)正常時(shí)，其所連接的配變將發(fā)生缺相或缺相恢復(fù)告警，該缺相告警報(bào)文通過(guò)GPRS裝置發(fā)送至計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)主站，通過(guò)主站將配變?nèi)毕喔婢瘓?bào)文以主動(dòng)推送的方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕渥內(nèi)毕喔婢盘?hào)。

對(duì)獲取的配變?nèi)毕喔婢瘓?bào)文剔除重復(fù)的內(nèi)容，篩選出有效的配變?nèi)毕喔婢瘓?bào)文，同時(shí)對(duì)報(bào)文進(jìn)行并組處理，具體為：對(duì)于同一發(fā)生時(shí)間、同一資產(chǎn)編號(hào)、同一來(lái)源、同一停電類(lèi)型、同一相別的原始重復(fù)報(bào)文進(jìn)行剔除，只保留一條原始報(bào)文，然后進(jìn)行報(bào)文并組處理。報(bào)文并組規(guī)則為如果報(bào)文的停電類(lèi)型為發(fā)生，則將該報(bào)文記錄單獨(dú)列為一組，并通過(guò)訪問(wèn)其他系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)生產(chǎn)ID、客戶(hù)ID、GIS編號(hào)、營(yíng)銷(xiāo)ID、出線變電站ID等字段信息；如果報(bào)文的停電類(lèi)型為恢復(fù)，則與存在于報(bào)文中的同資產(chǎn)編號(hào)且停電類(lèi)型為發(fā)生，同來(lái)源、同相別且復(fù)電時(shí)間為空的記錄進(jìn)行并組，否則將該報(bào)文記錄單獨(dú)列為一組，并通過(guò)訪問(wèn)其他系統(tǒng)獲取配電網(wǎng)生產(chǎn)ID、客戶(hù)ID、GIS編號(hào)、營(yíng)銷(xiāo)ID、出線變電站ID等字段信息。

2.2 報(bào)文數(shù)據(jù)分析

根據(jù)并組報(bào)文字段信息，對(duì)20天內(nèi)及90天內(nèi)配變?nèi)毕喔婢瘓?bào)文記錄數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，頻發(fā)記錄數(shù)可反映最近配變發(fā)生缺相的情況。頻發(fā)數(shù)1定義：同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、到發(fā)生時(shí)間為止20天內(nèi)的記錄數(shù)；頻發(fā)數(shù)2定義：同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、到發(fā)生時(shí)間為止90天內(nèi)的記錄數(shù)。

根據(jù)并組報(bào)文字段信息對(duì)異常報(bào)文進(jìn)行判斷，該類(lèi)告警現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際往往并無(wú)配變?nèi)毕菔录l(fā)生。異常事件判斷規(guī)則為：

(1) 同一資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、同一發(fā)生時(shí)間前后15 min內(nèi)存在多條記錄，如果該記錄不是最早記錄則為異常；

(2) 如果頻發(fā)數(shù)1或者頻發(fā)數(shù)2大于相應(yīng)的閾值則為異常；

(3) 停電原因?yàn)榭諡楫惓！?/p>

根據(jù)并組報(bào)文字段信息對(duì)規(guī)定時(shí)間內(nèi)同一線路缺相配變數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同一線路缺相配變數(shù)可反映一條線路或其某個(gè)部分是一臺(tái)還是多臺(tái)配變發(fā)生缺相事件。配變非異常數(shù)量：同一線路、同一變電站、同來(lái)源、同一發(fā)生時(shí)間前后15 min內(nèi)，停電時(shí)間非空的非異常記錄數(shù)，同一資產(chǎn)編號(hào)記為一個(gè)；配變異常數(shù)量：同一線路、同一變電站、同來(lái)源、同一發(fā)生時(shí)間前后15 min內(nèi)的異常記錄數(shù)量。

根據(jù)并組報(bào)文字段信息對(duì)反復(fù)動(dòng)作的配變進(jìn)行判斷，該類(lèi)告警一般表明配變實(shí)際上并未發(fā)生缺相事件，可用于后續(xù)配變?nèi)毕嗍录呐袛?。判斷配變?nèi)毕喔婢磸?fù)動(dòng)作的規(guī)則為：

(1) 同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、發(fā)生時(shí)間向前推15 min～3 h之間有停電時(shí)間非空的記錄，為反復(fù)動(dòng)作。

(2) 同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、到發(fā)生時(shí)間為止(不包括該發(fā)生時(shí)間)3天內(nèi)有非異常記錄，為反復(fù)動(dòng)作。

(3) 發(fā)生時(shí)間向前推15 min～3 h，同資產(chǎn)編號(hào)的最近一條記錄為命中或已命中，且缺相類(lèi)別為A或B或C，為反復(fù)動(dòng)作。

(4) 如果發(fā)生時(shí)間早于6月：同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同缺相類(lèi)別、1～5月內(nèi)非異常記錄數(shù)大于等于10為反復(fù)動(dòng)作。如果發(fā)生時(shí)間遲于6月：同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同缺相類(lèi)別、6月至當(dāng)前非異常記錄數(shù)大于等于10為反復(fù)動(dòng)作。

(5) 同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、非異常記錄數(shù)大于等于20為反復(fù)動(dòng)作。

(6) 同資產(chǎn)編號(hào)、同來(lái)源、同相別、到發(fā)生時(shí)間為止30天內(nèi)、頻發(fā)數(shù)1總和大于等于20或頻發(fā)數(shù)2大于等于50為反復(fù)動(dòng)作。

根據(jù)并組報(bào)文字段信息，訪問(wèn)能量管理系統(tǒng)及配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)獲取相應(yīng)出線開(kāi)關(guān)、自動(dòng)化開(kāi)關(guān)、故障指示器、變電站失壓、重合閘、配變失壓等信息，可知缺相配變相關(guān)停電事件。根據(jù)上述獲取的相關(guān)設(shè)備動(dòng)作信息，對(duì)非異常的配變?nèi)毕鄨?bào)文進(jìn)行停電原因分析，停電原因按以下邏輯進(jìn)行判斷：

(1) 事故停電：配變失壓數(shù)為空，有變電站失壓；

(2) 永久故障：配變失壓數(shù)為空，出線開(kāi)關(guān)和自動(dòng)化開(kāi)關(guān)任意一個(gè)跳閘；

(3) 重合跳分段：配變失壓數(shù)為空，配變非異常數(shù)量大于3，出線開(kāi)關(guān)和自動(dòng)化開(kāi)關(guān)任意一個(gè)故障跳閘并重合；

(4) 瞬時(shí)故障：配變失壓數(shù)為空，出線開(kāi)關(guān)和自動(dòng)化開(kāi)關(guān)任意一個(gè)故障跳閘并重合；

(5) 帶電接口：配變失壓數(shù)為空，有重合閘退出；

(6) 短時(shí)動(dòng)作：配變失壓數(shù)為空，短時(shí)停電。

2.3 斷線綜合判斷

根據(jù)報(bào)文數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)配變?nèi)毕喔婢瘓?bào)文告警類(lèi)型進(jìn)行綜合判斷，對(duì)于診斷為已命中告警類(lèi)型的報(bào)文判斷為多臺(tái)配變發(fā)生缺相事件，根據(jù)多臺(tái)缺相配變進(jìn)行GIS拓?fù)浞治?，用于判斷可能斷線的上游開(kāi)關(guān)，同時(shí)將生成搶修工單并發(fā)送短信到搶修人員的手機(jī)；對(duì)于診斷為命中的告警報(bào)文判斷為單臺(tái)配變發(fā)生缺相事件，將生成搶修工單并發(fā)送短信至相關(guān)搶修人員手機(jī)，指導(dǎo)搶修人員進(jìn)行快速搶修，實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)電；對(duì)于告警報(bào)文診斷為有效及無(wú)效類(lèi)型，將不進(jìn)行任何處理。具體應(yīng)按照以下優(yōu)先順序來(lái)對(duì)配變?nèi)毕鄨?bào)文進(jìn)行告警類(lèi)型判斷：

(1) 已命中：配變失壓數(shù)為空，停電事件非空，頻發(fā)數(shù)1小于5，配變非異常數(shù)量大于1，停電原因非短時(shí)動(dòng)作、非帶電接口、非瞬時(shí)故障、非重合跳分段、非永久性故障、非事故停電；

(2) 命中：配變失壓數(shù)為空，停電事件非空，頻發(fā)數(shù)1小于5，配變非異常數(shù)量等于1，停電原因非短時(shí)動(dòng)作、非帶電接口、非瞬時(shí)故障、非重合跳分段、非永久性故障、非事故停電；

(3) 有效：出線開(kāi)關(guān)、自動(dòng)化開(kāi)關(guān)、變電站失壓、重合閘任意一個(gè)動(dòng)作，或者停電原因非空；

(4) 無(wú)效：停電時(shí)間為空。

3 結(jié)語(yǔ)

本配電網(wǎng)斷線智能診斷方法能全程自動(dòng)分析及診斷，無(wú)需人工參與，節(jié)省了大量人力及物力，實(shí)現(xiàn)了調(diào)度員減負(fù)，同時(shí)具有實(shí)時(shí)性高、準(zhǔn)確度高及效率高等特點(diǎn)；該方法能夠很好地彌補(bǔ)配電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法監(jiān)控配變?nèi)毕嗍录娜毕?，使傳統(tǒng)的配變?nèi)毕嘈栌脩?hù)報(bào)障后搶修人員才開(kāi)始相應(yīng)搶修轉(zhuǎn)變?yōu)閾屝奕藛T先知配變?nèi)毕嗍录瑥摹氨粍?dòng)接收”故障事件轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)發(fā)現(xiàn)”故障，減少了用戶(hù)停電時(shí)間及設(shè)備損失，大大提高了供電可靠性。

[1]楊萌.10 kV配電變壓器斷線運(yùn)行分析[J].黑龍江電力，2012(3)

[2]劉毅彬，鄧鶴鳴，葉征，等.東莞地區(qū)10 kV配網(wǎng)斷線事故分析及應(yīng)對(duì)措施[J].電瓷避雷器，2012(3)

[3]李世民，王巨豐，閆仁寶，等.一種降低10～35 kV架空線路雷擊斷線率的方法研究[J].廣東電力，2013(3)

[4]徐興發(fā)，聶一雄，徐亮，等.10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線原因分析與解決對(duì)策[J].廣東電力，2012(12)

2014-05-27

邱桂華(1987—)，男，江西贛州人，工程師，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)行工作。