配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中線路故障快速定位方法分析

1配網(wǎng)自動化系統(tǒng)簡介

配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主要分為主站層、子站層、通信層和終端層四個部分,主要通過"四遙"(遙信、遙測、遙控、遙調)功能對配電設備進行實時監(jiān)控,以實現(xiàn)線路故障判斷、故障定位、故障隔離等功能。具體而言,其是指通過實時監(jiān)測線路的電流、電壓、功率、頻率等遙測數(shù)據(jù)及線路開關的實時狀態(tài)信息和各類保護告警信息來診斷線路狀態(tài),并通過遙控功能對線路開關進行遠程控制。而遙調功能則是通過對配電網(wǎng)進行合理調度,以優(yōu)化配電網(wǎng)的運行。故在配電線路正常運行時配電自動化系統(tǒng)一個十分重要的作用就是對配電網(wǎng)的運行進行優(yōu)化,而在線路發(fā)生故障時可提高電網(wǎng)調度部門處理事故的快速性和準確性。

2配網(wǎng)故障定位模式分析

目前我國10kV配電網(wǎng)主要分為樹狀、輻射狀和環(huán)狀三種結構。隨著智能配電網(wǎng)的建設,樹狀和輻射狀結構被逐漸改造成環(huán)狀結構,尤其"手拉手"環(huán)網(wǎng)供電方式更為普遍,如圖1所示。配電線路可通過改變聯(lián)絡開關、分段開關等來改變配電網(wǎng)運行方式。正常運行情況下,聯(lián)絡開關處于斷開狀態(tài),兩條線路獨立運行。當線路發(fā)生故障時,可依據(jù)故障的表征來確定故障點發(fā)生區(qū)域,并通過開關逐級自動分合閘來實現(xiàn)故障隔離及重構配網(wǎng)運行方式。

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,并通過事先預設重合器的動作次數(shù)使得配電線路開關具備控制和保護的功能,同時重合器具備自動復位和閉鎖功能。

如圖1所示,正常運行狀態(tài)下,聯(lián)絡開關R0分閘,其他開關合閘。當配電線路L1的k1點發(fā)生故障時,出線開關R1首先動作斷開,線路L1斷電,同時分段開關s1、s2、s3失電斷開。在經(jīng)過t1時間后,出線開關R1進行重合。

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

(2)若k1為永久性故障,則出線開關R1重合成功后,分段開關s1、s2進行第一次重合,出線開關R1會因故障再次動作斷開,重復(1)的動作。

但由于故障電流一直存在,同時出線開關和分段開關預設的重合閘次數(shù)有限,如只預設了分段開關重合兩次,當分段開關s1、s3重合兩次不成功之后會自動閉鎖,而s3本就處于分閘狀態(tài),故分段開關s2、s3將故障點隔離。經(jīng)過一段延時后,聯(lián)絡開關R0動作合閘恢復非故障區(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點發(fā)生單相接地故障時,分界開關FB01直接跳閘切除故障,對主干線路沒有影響。

(2)K1點發(fā)生相間短路故障時,首先是L2線出線開關CB1檢測到故障后動作跳閘,同一時間分界開關FB01動作跳閘隔離故障區(qū)域,然后出線開關CB1經(jīng)過重合器延時后重合成功,恢復主干線路供電。

基于重合器的故障定位模式不需要配電自動化系統(tǒng)的通信模塊參與,只需要分段開關、聯(lián)絡開關和重合器之間的相互配合就可實現(xiàn)對故障點的診斷、隔離,恢復非故障區(qū)間的供電。該模式結構簡單,成本較低,適用于通信不發(fā)達的地區(qū)。但該模式運用配電線路出線開關的重合操作來保護整條線路,可靠性不夠,同時因沒有通信功能,無法實時監(jiān)控電網(wǎng)負荷,無法確定故障發(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)中柱上開關和電纜環(huán)網(wǎng)柜中的智能終端設備,可通過實時監(jiān)控和采集線路的電流、電壓、開關狀態(tài)等信息,同時通過配電自動化系統(tǒng)的通信模塊與主站進行通信,配電自動化系統(tǒng)主站綜合各類遙測、遙信數(shù)據(jù)進行故障診斷和隔離,實現(xiàn)對配電線路的控制和保護。

如圖1所示,為每個開關安裝配電終端FTU。當k1發(fā)生故障時,出線開關R1的FTU動作切斷故障線路L1。配電自動化系統(tǒng)主站立即通過采集L1上各開關的FTU信息后進行故障診斷,以判斷故障類型、故障位置,首先通過遙控功能對分段開關s2、s3發(fā)出遙控分閘命令以隔離故障區(qū)域,然后對出線開關R1、聯(lián)絡開關R0進行合閘遙控,恢復非故障區(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點發(fā)生永久性故障時:

(1)L1線出線開關CA1檢測到故障后動作跳閘:

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

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

(4)主站再對聯(lián)絡開關L01發(fā)出合閘遙控命令,聯(lián)絡開關L01合閘,恢復非故障區(qū)域供電。

基于FTU的環(huán)網(wǎng)供電模式在短時間(幾秒到幾十秒)內可實現(xiàn)對配電故障線路的故障區(qū)域進行隔離并恢復非故障區(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)自動化系統(tǒng),成本比較高。

3結語

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)定運行的基礎。掌握配網(wǎng)自動化中線路故障快速定位的方法,對配電線路有可能發(fā)生的故障進行分析和模擬,可提高配電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。