電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化及其故障處理

黃金福

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

我國經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展中，傳統(tǒng)供電難以滿足生產(chǎn)生活需求，導(dǎo)致電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化成為電力行業(yè)發(fā)展重要趨勢。尤其我國電力需求較大，一旦電力系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)不良運(yùn)行，極容易影響正常工作。所以，對(duì)于電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化及對(duì)其故障的處理研究具有重要意義。

1 電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化構(gòu)成

1.1 信息采集

配電主站層從下屬子站獲取電力系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，恢復(fù)故障區(qū)正常供電。而配電子站層則是對(duì)配電區(qū)域數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，轉(zhuǎn)發(fā)給主站層，并根據(jù)主站層相關(guān)指令，落實(shí)配電網(wǎng)管理與調(diào)度工作[1]。作為配電系統(tǒng)主要采集數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，終端設(shè)備層提供子站層運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)，由FTU、DTU、FTU構(gòu)成終端層，直接影響配電自動(dòng)化運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 饋電自動(dòng)化

饋電自動(dòng)化作為監(jiān)控、采集數(shù)據(jù)重要環(huán)節(jié)，利用線路出現(xiàn)故障區(qū)域反饋信息調(diào)動(dòng)配電電壓、開關(guān)狀態(tài)，對(duì)線路開關(guān)進(jìn)行自動(dòng)開合閘控制。在系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)不均勻分布時(shí)，對(duì)負(fù)荷及時(shí)平衡，保障配電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量。而且饋電自動(dòng)化還可以對(duì)線路出現(xiàn)故障區(qū)域進(jìn)行隔離，限制故障范圍，提高恢復(fù)供電速度。

2 電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化技術(shù)

2.1 路載波通信技術(shù)

光纖通信，擁有可以傳輸大規(guī)模數(shù)據(jù)信息的通信能力，而且傳輸速率較高，不會(huì)被其他因素干擾。但是當(dāng)前終端設(shè)備數(shù)量逐漸上升，通信系統(tǒng)復(fù)雜性大幅度提高，需要對(duì)配電線路的載波通信應(yīng)用技術(shù)深度研究，對(duì)光纖通信進(jìn)行取代，也可以通過配電自動(dòng)化，為用戶提供實(shí)時(shí)電價(jià)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程讀表。

2.2 高度集成化

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)將信息高度集成，并實(shí)現(xiàn)綜合處理功能，可以有效降低運(yùn)營成本，降低功能重疊影響，提高業(yè)務(wù)經(jīng)濟(jì)效益。例如將SCADA與GIS兩種系統(tǒng)相互整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，功能高效應(yīng)用，以及優(yōu)化界面等能力，推動(dòng)作業(yè)一體化。同時(shí)，從GIS提取SCADA有關(guān)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而GIS也可以做到從SCADA提取配電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。

3 電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化常見故障

3.1 主變壓及110 kV進(jìn)線失壓

在供電系統(tǒng)中，主變壓故障主要在瓦斯保護(hù)動(dòng)作、主變差動(dòng)跳閘兩個(gè)方面體現(xiàn)。一旦出現(xiàn)進(jìn)線試壓，極容易發(fā)生110kV進(jìn)線出現(xiàn)瓦斯保護(hù)動(dòng)作。如果沒有及時(shí)采用合適方式進(jìn)行處理，則會(huì)讓主變壓35 kV母聯(lián)310開關(guān)發(fā)生自投現(xiàn)象，導(dǎo)致配電自動(dòng)化引發(fā)故障[2]。如果主變壓兩路110 kV進(jìn)點(diǎn)電壓為0，則會(huì)影響35 kV母聯(lián)電壓數(shù)值也會(huì)為零。

3.2 框架保護(hù)動(dòng)作

作為配電自動(dòng)化故障主要原因，框架保護(hù)動(dòng)作多在電流型框架保護(hù)中出現(xiàn)。如果框架泄漏，設(shè)備保護(hù)動(dòng)作將讓直流、交流進(jìn)線開關(guān)發(fā)生跳閘。但是直流饋線開關(guān)并不受影響，可以利用直流母線，為接觸網(wǎng)提供跨區(qū)供電渠道。這會(huì)影響配電網(wǎng)絡(luò)另外一個(gè)框架泄漏出現(xiàn)保護(hù)動(dòng)作，直流、交流進(jìn)線開關(guān)，以及整流變交流開關(guān)都會(huì)同時(shí)產(chǎn)生跳閘，不僅對(duì)配電自動(dòng)化產(chǎn)生影響，對(duì)于系統(tǒng)供電也同樣產(chǎn)生負(fù)面影響?？梢岳斫鉃槭褂秘?fù)極拒電壓的電壓型框架，當(dāng)整流電流變?yōu)殡娏?，將?huì)影響直流進(jìn)線、饋線的開關(guān)出現(xiàn)跳閘情況，供電系統(tǒng)從雙邊變?yōu)閱芜?。而電流型框架的EP-1與EP-2同時(shí)泄漏保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致接觸網(wǎng)塊在不同區(qū)域都出現(xiàn)失電現(xiàn)象。

3.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障

環(huán)網(wǎng)電纜故障是配電自動(dòng)化最常見故障，環(huán)網(wǎng)電纜將會(huì)引起線路差動(dòng)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，產(chǎn)生跳閘現(xiàn)象。如果電纜進(jìn)線發(fā)生故障，將會(huì)引起變電所35 kV母線開關(guān)發(fā)生自投現(xiàn)象，將會(huì)影響配電系統(tǒng)正常工作。

3.4 配電終端通信中斷

如果主站系統(tǒng)終端出現(xiàn)“否”，則為緊急缺陷，應(yīng)該安排技術(shù)人員及時(shí)解決。通常會(huì)因?yàn)橥ㄐ殴饫|、ONU、OLT發(fā)生故障，產(chǎn)生通信中斷，也有可能是DTU本體發(fā)生故障。

4 電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化故障處理

4.1 主變壓及110 kV進(jìn)線失壓

雖然在主變壓器中安裝保護(hù)裝置，可以有效解決故障，但是卻會(huì)讓變壓器工作負(fù)荷增加，提升變壓器內(nèi)部溫度。一旦超過變壓器可承受高溫，就會(huì)出現(xiàn)配電自動(dòng)化故障。安裝瓦斯保護(hù)只能避免引起重大故障，仍然會(huì)被高溫影響，產(chǎn)生油氣分離情況。所以，需要在安裝瓦斯保護(hù)時(shí)，也一并將保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。如果出現(xiàn)變壓器運(yùn)行問題，瓦斯保護(hù)會(huì)發(fā)出報(bào)警，提示技術(shù)人員及時(shí)維修。而且在電力系統(tǒng)中，任何一臺(tái)變壓器發(fā)生故障，都對(duì)電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行帶來負(fù)面影響，嚴(yán)重可能會(huì)出現(xiàn)部分區(qū)域斷電。所以，當(dāng)電力調(diào)控中心接受故障信息，應(yīng)當(dāng)首先對(duì)開關(guān)動(dòng)作、跳閘報(bào)警具體情況確定，及時(shí)檢查主變壓器，并對(duì)當(dāng)前故障問題給出有效解決措施。例如由一路110 kV進(jìn)線失壓導(dǎo)致配電自動(dòng)化發(fā)生故障，開關(guān)跳閘會(huì)出現(xiàn)在主變壓器低壓側(cè)位置。所以，技術(shù)人員應(yīng)該檢查35 kV母聯(lián)開關(guān)是否發(fā)生自投。如果沒有出現(xiàn)自投現(xiàn)象，則立即將母聯(lián)開關(guān)閉合，保證配電自動(dòng)化平穩(wěn)運(yùn)行。

4.2 框架保護(hù)動(dòng)作

在一些公共設(shè)施，例如地鐵線路中，變電所都會(huì)設(shè)置2個(gè)或2個(gè)以上電流保護(hù)裝置。一旦出現(xiàn)整流器故障，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)裝置，直交流進(jìn)線開關(guān)發(fā)生跳閘也會(huì)起到保護(hù)線路效果。但是因?yàn)橹绷黟伨€開關(guān)不跳閘，所以會(huì)產(chǎn)生跨區(qū)變電所供電現(xiàn)象，觸網(wǎng)繼續(xù)維持正常電力供應(yīng)[3]。但是主流開關(guān)柜一旦出現(xiàn)故障，直流饋線，直流、交流進(jìn)線，以及相鄰變電所直流饋線，將會(huì)全部出現(xiàn)開關(guān)跳閘現(xiàn)象，直接影響電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化正常運(yùn)行。利用跨區(qū)供電開關(guān)提供短暫電力供應(yīng)，并立即組織技術(shù)人員團(tuán)隊(duì)，對(duì)線路故障進(jìn)行處理，可以保證本地區(qū)電力供應(yīng)穩(wěn)定。如果電位限制裝置出現(xiàn)問題，電壓元件會(huì)隨系統(tǒng)警報(bào)而發(fā)生跳閘，但是觸網(wǎng)可以使用單邊供電，繼續(xù)為配電網(wǎng)提供穩(wěn)定電壓，保障供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。通常情況下會(huì)以電流型框架作為主要處理對(duì)象，一旦框架整流器出現(xiàn)故障，EP-1保護(hù)裝置立刻啟動(dòng)，交流、直流在跳閘時(shí)，饋線不會(huì)產(chǎn)生影響，還可以繼續(xù)由其他區(qū)域維持正常供電。如果EP-2電流元件泄漏，則會(huì)導(dǎo)致線路交流、直流開關(guān)都出現(xiàn)閉合現(xiàn)象，通常使用跨區(qū)開關(guān)消除故障。

4.3 環(huán)網(wǎng)電纜故障

因?yàn)榄h(huán)網(wǎng)電纜極易發(fā)生故障，而且原因復(fù)雜，所以需要針對(duì)故障類型進(jìn)行分析。一旦出現(xiàn)環(huán)網(wǎng)電纜故障，電纜兩側(cè)開關(guān)發(fā)生自動(dòng)跳閘現(xiàn)象，自行對(duì)電纜故障進(jìn)行切除，等待技術(shù)人員恢復(fù)正常電力供應(yīng)。而且35 kV母聯(lián)開關(guān)會(huì)在自投現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由一路進(jìn)線為供電網(wǎng)提供電力。所以，技術(shù)人員如果在檢查母聯(lián)開關(guān)時(shí)未發(fā)生自投現(xiàn)象，則需要及時(shí)合閘。如果電纜頭部可以用肉眼看到電暈，或者出現(xiàn)機(jī)械損傷，則需要對(duì)該段電纜進(jìn)行跳閘，并對(duì)故障電纜進(jìn)行切除，并將問題電纜作為進(jìn)線使用，讓變電所開關(guān)發(fā)生自投，保障管線范圍正常供電。

4.4 配電終端通信中斷

如果出現(xiàn)配電終端通信中斷，則需要對(duì)通信故障進(jìn)行核實(shí)，盡快安排技術(shù)人員對(duì)DTU進(jìn)行故障排除。如果DTU失電，則需要依次排查其空氣斷路器、配電房電壓互感空氣斷路器是否閉合。如果均在正常位置，則需要檢查互感器柜熔絲是否熔斷，并對(duì)DTU供電端子進(jìn)行檢查。如果使用萬用表檢查端子正負(fù)極電壓為48V，則為正常，如果電壓不正常，則需要對(duì)端子進(jìn)行緊固。如果仍然無法恢復(fù)正常供電，極可能是DTU電壓轉(zhuǎn)換裝置出現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)將問題及時(shí)上報(bào)。如果配電終端電源板發(fā)生故障，也可以使用如上方法進(jìn)行檢查。如果DTU電源指示燈正常，應(yīng)當(dāng)對(duì)通信網(wǎng)線檢查是否完好，是否正常插入，并對(duì)DTU死機(jī)、ONU過熱等情況進(jìn)行檢查，通常重啟后即可恢復(fù)正常通信。如果剛投入運(yùn)營的DTU出現(xiàn)掉線情況，則需要對(duì)主站配置波特率、IP地址進(jìn)行重新配置。變電站正常運(yùn)行的部分工作也有可能對(duì)OLT服務(wù)產(chǎn)生中斷影響，進(jìn)而影響配電中斷產(chǎn)生掉線。如果配電網(wǎng)斷路器遙控失敗，則需要對(duì)故障DTU掛牌，對(duì)其遙控壓板、電源斷路器是否正常進(jìn)行檢查，并檢查端子接線是否松動(dòng)。如果回路接線正常，有可能是斷路器自身出現(xiàn)故障，需要將斷路器操作到開路位置，申請(qǐng)部分地區(qū)停電，并對(duì)斷路器進(jìn)行檢修，檢修完畢后恢復(fù)正常供電。

5 強(qiáng)化電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化措施

5.1 重點(diǎn)強(qiáng)化信息管理

信息管理體系可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行問題解決效率。配電自動(dòng)化模式存在各種功能，可以看作另一種模式的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫，并且實(shí)時(shí)進(jìn)行信息讀寫與查找工作。強(qiáng)化利用信息系統(tǒng)處理信息的實(shí)時(shí)性，可以及時(shí)找到問題根源，并按照規(guī)范操作對(duì)目標(biāo)進(jìn)行處理。需要注意，信息管理過程中，需要從遠(yuǎn)至近完成數(shù)據(jù)收集，減少因數(shù)據(jù)變化造成分析產(chǎn)生失誤。而且作為電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化基礎(chǔ)內(nèi)容，信息管理需要落實(shí)信息收集，提高信息管理工作效率與質(zhì)量。

5.2 落實(shí)安全管理

強(qiáng)化安全管理對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行具有重要意義，需要及時(shí)檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)安全問題，就應(yīng)當(dāng)將危險(xiǎn)控制在合理范圍內(nèi)，避免對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)造成惡性影響。而且配電自動(dòng)化如果出現(xiàn)永久性問題，則需要組織技術(shù)人員對(duì)問題進(jìn)行分析，從而及時(shí)解決，并重新構(gòu)建配電系統(tǒng)，避免對(duì)正常生產(chǎn)生活造成影響。如果在單一線路發(fā)生問題，則需要在處理問題后對(duì)反饋線路斷路裝置進(jìn)行閉合，成功閉合則表示問題徹底解決。電源如果被斷開，電力系統(tǒng)可以跳轉(zhuǎn)到新系統(tǒng)，從而保證供電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。

5.3 提高電網(wǎng)改造力度

我國相較于歐美等發(fā)達(dá)國家，電網(wǎng)架設(shè)工作起步相對(duì)較晚，還有很大的進(jìn)步空間。所以，在進(jìn)行電網(wǎng)改造時(shí)，要根據(jù)城市發(fā)展情況提升電網(wǎng)輸送容量，并且保證電網(wǎng)安全與供電質(zhì)量，從而對(duì)電網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，使其符合我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展基本標(biāo)準(zhǔn)。在電網(wǎng)改造工作中，城市因?yàn)樯a(chǎn)、生活對(duì)于電量要求較大，一般電網(wǎng)改造規(guī)模無法滿足城市需求，所以要結(jié)合配電自動(dòng)化模式，將電網(wǎng)轉(zhuǎn)化為環(huán)網(wǎng)模式。配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障、問題時(shí)，應(yīng)立即找到問題發(fā)生位置，并采取合適方法及時(shí)處理，規(guī)避產(chǎn)生更大風(fēng)險(xiǎn)。在緊急情況下，可以由專業(yè)人員在配電網(wǎng)帶電時(shí)進(jìn)行緊急搶修。

6 結(jié)語

電力系統(tǒng)配電自動(dòng)化提高了我國電力傳輸質(zhì)量，但是也帶來各種原因，影響人們?cè)谏a(chǎn)、生活中的供電需求。只有針對(duì)電力系統(tǒng)故障產(chǎn)生具體原因，及時(shí)做到隔離，并高效處理，才能真正提高配電網(wǎng)自動(dòng)化工作效率，幫助我國工業(yè)發(fā)展進(jìn)入全新階段。