配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中線路故障快速定位方法分析

1配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為主站層、子站層、通信層和終端層四個(gè)部分,主要通過(guò)"四遙"(遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào))功能對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,以實(shí)現(xiàn)線路故障判斷、故障定位、故障隔離等功能。具體而言,其是指通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路的電流、電壓、功率、頻率等遙測(cè)數(shù)據(jù)及線路開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和各類保護(hù)告警信息來(lái)診斷線路狀態(tài),并通過(guò)遙控功能對(duì)線路開(kāi)關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。而遙調(diào)功能則是通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行合理調(diào)度,以優(yōu)化配電網(wǎng)的運(yùn)行。故在配電線路正常運(yùn)行時(shí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)一個(gè)十分重要的作用就是對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化,而在線路發(fā)生故障時(shí)可提高電網(wǎng)調(diào)度部門處理事故的快速性和準(zhǔn)確性。

2配網(wǎng)故障定位模式分析

目前我國(guó)10kV配電網(wǎng)主要分為樹(shù)狀、輻射狀和環(huán)狀三種結(jié)構(gòu)。隨著智能配電網(wǎng)的建設(shè),樹(shù)狀和輻射狀結(jié)構(gòu)被逐漸改造成環(huán)狀結(jié)構(gòu),尤其"手拉手"環(huán)網(wǎng)供電方式更為普遍,如圖1所示。配電線路可通過(guò)改變聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)、分段開(kāi)關(guān)等來(lái)改變配電網(wǎng)運(yùn)行方式。正常運(yùn)行情況下,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),兩條線路獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí),可依據(jù)故障的表征來(lái)確定故障點(diǎn)發(fā)生區(qū)域,并通過(guò)開(kāi)關(guān)逐級(jí)自動(dòng)分合閘來(lái)實(shí)現(xiàn)故障隔離及重構(gòu)配網(wǎng)運(yùn)行方式。

2.1基于重合器的故障定位

基于重合器的故障定位是指在配電線路斷路器上安裝重合器,并通過(guò)事先預(yù)設(shè)重合器的動(dòng)作次數(shù)使得配電線路開(kāi)關(guān)具備控制和保護(hù)的功能,同時(shí)重合器具備自動(dòng)復(fù)位和閉鎖功能。

如圖1所示,正常運(yùn)行狀態(tài)下,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)R0分閘,其他開(kāi)關(guān)合閘。當(dāng)配電線路L1的k1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí),出線開(kāi)關(guān)R1首先動(dòng)作斷開(kāi),線路L1斷電,同時(shí)分段開(kāi)關(guān)s1、s2、s3失電斷開(kāi)。在經(jīng)過(guò)t1時(shí)間后,出線開(kāi)關(guān)R1進(jìn)行重合。

(1)若k1為瞬時(shí)故障,則出線開(kāi)關(guān)R1重合成功后,分段開(kāi)關(guān)s1、s2進(jìn)行第一次重合并成功,分段開(kāi)關(guān)s3重獲電壓后合閘成功,故障消失,供電恢復(fù)。

(2)若k1為永久性故障,則出線開(kāi)關(guān)R1重合成功后,分段開(kāi)關(guān)s1、s2進(jìn)行第一次重合,出線開(kāi)關(guān)R1會(huì)因故障再次動(dòng)作斷開(kāi),重復(fù)(1)的動(dòng)作。

但由于故障電流一直存在,同時(shí)出線開(kāi)關(guān)和分段開(kāi)關(guān)預(yù)設(shè)的重合閘次數(shù)有限,如只預(yù)設(shè)了分段開(kāi)關(guān)重合兩次,當(dāng)分段開(kāi)關(guān)s1、s3重合兩次不成功之后會(huì)自動(dòng)閉鎖,而s3本就處于分閘狀態(tài),故分段開(kāi)關(guān)s2、s3將故障點(diǎn)隔離。經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)R0動(dòng)作合閘恢復(fù)非故障區(qū)域R0一s3段的供電。

基于重合器的典型事故案例如圖2所示。

(1)K1點(diǎn)發(fā)生單相接地故障時(shí),分界開(kāi)關(guān)FB01直接跳閘切除故障,對(duì)主干線路沒(méi)有影響。

(2)K1點(diǎn)發(fā)生相間短路故障時(shí),首先是L2線出線開(kāi)關(guān)CB1檢測(cè)到故障后動(dòng)作跳閘,同一時(shí)間分界開(kāi)關(guān)FB01動(dòng)作跳閘隔離故障區(qū)域,然后出線開(kāi)關(guān)CB1經(jīng)過(guò)重合器延時(shí)后重合成功,恢復(fù)主干線路供電。

基于重合器的故障定位模式不需要配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信模塊參與,只需要分段開(kāi)關(guān)、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)和重合器之間的相互配合就可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的診斷、隔離,恢復(fù)非故障區(qū)間的供電。該模式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低,適用于通信不發(fā)達(dá)的地區(qū)。但該模式運(yùn)用配電線路出線開(kāi)關(guān)的重合操作來(lái)保護(hù)整條線路,可靠性不夠,同時(shí)因沒(méi)有通信功能,無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)負(fù)荷,無(wú)法確定故障發(fā)生后的最佳解決方案。

2.2基于FTU的故障定位

FTU和DTU分別是安裝在配電網(wǎng)中柱上開(kāi)關(guān)和電纜環(huán)網(wǎng)柜中的智能終端設(shè)備,可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控和采集線路的電流、電壓、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等信息,同時(shí)通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的通信模塊與主站進(jìn)行通信,配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站綜合各類遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷和隔離,實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的控制和保護(hù)。

如圖1所示,為每個(gè)開(kāi)關(guān)安裝配電終端FTU。當(dāng)k1發(fā)生故障時(shí),出線開(kāi)關(guān)R1的FTU動(dòng)作切斷故障線路L1。配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站立即通過(guò)采集L1上各開(kāi)關(guān)的FTU信息后進(jìn)行故障診斷,以判斷故障類型、故障位置,首先通過(guò)遙控功能對(duì)分段開(kāi)關(guān)s2、s3發(fā)出遙控分閘命令以隔離故障區(qū)域,然后對(duì)出線開(kāi)關(guān)R1、聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)R0進(jìn)行合閘遙控,恢復(fù)非故障區(qū)域R0一s3段及R1一s1段的供電。

基于FTU及DTU的典型故障案例如圖3所示。

K1點(diǎn)發(fā)生永久性故障時(shí):

(1)L1線出線開(kāi)關(guān)CA1檢測(cè)到故障后動(dòng)作跳閘:

(2)配電終端DTU檢測(cè)到HK01的故障電壓、電流產(chǎn)生的故障信號(hào)并上送至主站:

(3)配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站收到事故信息和開(kāi)關(guān)變位信號(hào)后,做出故障診斷將故障定位在HK01-CA1段,然后對(duì)HK01發(fā)出分閘遙控命令,HK01-01分閘,成功隔離故障:

(4)主站再對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)L01發(fā)出合閘遙控命令,聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)L01合閘,恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

基于FTU的環(huán)網(wǎng)供電模式在短時(shí)間(幾秒到幾十秒)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電故障線路的故障區(qū)域進(jìn)行隔離并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電,大大提高了配電網(wǎng)的供電可靠性,是目前配電自動(dòng)化系統(tǒng)故障診斷和處理采用的較為普遍的做法,但需要建立配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng),成本比較高。

3結(jié)語(yǔ)

配電線路故障快速定位可有效地隔離故障線路區(qū)段,有效控制故障發(fā)生的范圍,是保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。掌握配網(wǎng)自動(dòng)化中線路故障快速定位的方法,對(duì)配電線路有可能發(fā)生的故障進(jìn)行分析和模擬,可提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。