广东电网有限责任公司东莞供电局
摘要：目前，随着我国当前经济不断发展以及城市现代化进程的推进，自动化系统技术在城市电网配电中得到了广泛的应用，电网发展的趋势是配网自动化，可是配网自动化系统的规划和设计比较复杂，具有较高的集成化程度，而配电网自动化系统中，线路故障常常出现，不仅影响着配网系统的输电、供电安全，更威胁着配网系统中的其他电气设备。本文基于配电网自动化系统，就线路故障的自动隔离功能，配电网自动化系统的特点与功能进行研究，简单阐述了基于配电网自动化系统如何来实现线路故障的自动隔离。
关键词：电力系统；配电网；自动化；系统 ；线路故障；自动隔离功能
随着城市配电网系统的发展和不断完善，电力系统配网自动化技术应用，是我国实现电力系统全面智能发展的重要前提，也是电力配电网工作为社会创造经济效益的基础。而随着电力技术的不断更新与发展，国家对于电网的改造力度也越来越大，配网系统逐渐走向了自动化、智能化与现代化的发展方向。配电网自动化系统的广泛运用不仅完善了配电网很多缺点，更保障了输配电的安全稳定。而事实上，配电网自动化系统在实际的运行过程中还存在着一些线路故障，而线路故障不止会影响配电网的正常运行，如果处理不及时进行处理，会直接影响输配电的安全性与稳定性，造成不必要的损失。而当前一种基于配电网自动化实现线路故障自动隔离的技术发展起来，这种自动隔离功能能够对线路进行迅速的检测、并及时判断故障的性质，并快速隔离故障点，以切断故障点，并及时恢复非故障区的供电，非常适用于配电网自动化系统的线路故障处理。
1、馈线自动化系统的控制方式与功能
1.1 馈线自动化概述
众所周知，馈线自动化是配电网自动化中相当关键的一个组成部分，也是配电自动化的基础技术。这种技术主要指在通常的情况下，系统能够进行远程实时监控馈线运行状态，包括对分段开关、联络开关以及馈线电流、电压的监测。能够实现远程指令线路开关的合闸与分闸动作，并在线路发生故障时，准确的记录故障并自动判别，及时隔离馈线故障区段，避免影响非故障区域的用电。
1.2 馈线自动化系统的控制方式
目前而言，通常馈线自动化系统的控制方式主要有远方控制与就地控制两种，方式的选择主要与配电网中的可控设备功能有关。如果是电动负荷开关，并拥有通信功能的设备，就可以通过远程发送指令的方式来控制开关的分闸与合闸；而如果设备是重合器、分段器或者重合分段器，则开关的分闸与合闸操作都会被设定到设备的功能上，这就是我们所说的就地控制方式。而远方控制又分为集中式与分散式两类，其中集中式主要有SCADA系统从FTU来获得有根据的信息后在进行判断并作出控制，也成为主从式的控制技术。分散式就是指有FTU来向馈线系统中的开关控制设备发出操作指令，当控制器受到指令后，根据指令中的信息进行综合的判断并实施相关动作实现控制的技术。
1.3 馈线自动化系统的控制功能
馈线自动化对配电网运行状态监控内容主要包括所有的主干线以及各支路线路的电压、电流、有无做功以及功率因素等电气参数等。馈线自动化要实现的功能主要是：要能实施监控线路的各分段开关、联络开关等设备，对线路分段开关与联络开关能进行遥控，并通过实时的状态监测，实现远程或者三摇功能。还要求能在线路故障时，能准确的区分故障区域与隔离区域，能进行负荷转供与恢复供电或者网络重构。在切除故障后，能够在一定的约束条件下，以减少停电面积与次数，尽可能保障用户的供电稳定并重新进行网络结构调整。这些过程都是自动产生的，对于瞬间性的故障，系统通常因切断电流故障消失后，会自动的重合开关并恢复对负荷的供电。
2、造成配电网自动化系统线路故障的原因
2.1 城市绿化、配电设备等造成的线路故障
随着城市化建设进程加快的步伐，城市绿化工作得到了高度重视，然而，城市绿化工作在提高人们生活质量的同时，也给配网线路造成了一定的安全隐患，其主要体现在以下两个方面：第二，在城市绿化建设中，由于工作人员没有充分认到清理树障对配网线路造成的影响，若工作人员没有彻底清除残存的树枝，当遇到狂风暴雨，残存的树枝将会掉落在配网线路与上，这就导致容易发生线路短路、断线等事故；另一方面，配电设备本身存在安全隐患，例如变压器故障，由于变压器本身存在一些安全隐患，变压器在运行中，如绝缘子破裂、绝缘子脏乱导致绝缘电阻能力下降，这些因素都会导致配电线路闪络和线路被烧断，若工作人员操作不当，则可能会导致弧光短路。
2.2 外界因素造成的线路故障
第一，异物造成的线路故障，在一些城区中，大多数线路都架设在街道边缘，当遇到恶劣的天气时，如在大风的天气里，线路中的一些半导体及导体（铝箔塑料纸、油毡纸、电视天线、废旧的录音带）等物质将会被吹到附近的线路上，这就会导致城市配网线路发生故障；第二，市政工程建设对配网线路造成的影响，在城市化改造中，由于地基开挖在很大程度上将会伤及到埋在地下敷设的电缆通信，并且施工物料的运输，将会对带电部位、杆塔造成严重影响，在市政工程建设规模不断扩大的同时，也存在各类违章建筑，这严重威胁了配网线路的正常运行；第三，外力破坏造成的线路故障，所谓外力破坏，是指用户不正当操作导致的配网故障，由于用户用电设备的原因，容易导致配电线路出现低压相见短路的问题；第四，鸟类活动造成的线路故障，由于配电线路是大多数鸟类动物的栖息地，由于大多数鸟动物喜欢在配电线路上筑巢，由于使用的树枝长短不一，则容易发生短路故障现象，甚至可能发生跳闸的现象，尤其是树木比较密集的地区，当配电线路出现故障后，不仅工作量比较大，故障维护难度也比较大；第五，雷击故障，虽然城市的配电线路都架设的比较高，但是，由于城市中有大量高大的建筑物，即使安装了避雷针，其故障发生的概率较小，但是，在避雷设施损坏的情况下，建筑中避雷针将不会起到避雷效果，这就容易发生雷击事故。
2.3 配网管理不当造成的线路故障
在一些城区中，由于一些用户产权设施长期处于无人管理的状态下，甚至一些地区仍然使用技术水平较低的电力设备和没有更换过的电力设备，由于没有更换过的电力设备内部绝缘老化比较严重，配网设备比较陈旧、落后，若长期暴露在露天环境中，则极容易出现故障。由于设备种类较多，设备的质量也参差不齐，在配网过程中，如果工作人员巡视和检查工作不到位，当出现故障时，却不及时赶到，这就容易导致安全事故的发生，例如导线在运行过程中的磨损，设备缺陷不能得到及时消除等，若一般的缺陷扩大到紧急缺陷，将会导致设备故障事故的发生，并且由于不同设备的故障处理措施有所不一样，这不仅增加了配网线路故障处理的时间，也在很大程度上影响了整个配网线路的安全、可靠性，因此，对于设备和技术的问题，若处理不当，则容易造成线路故障。另外，在电力营销中，一些电力用户销户为躲交电费将变压器拆除，若变压器中留下的高压T接线悬挂了半空，则容易造成安全事故，对于电力管理部门来说，应对这些问题引起高度重视。
3、配电网自动化系统线路故障区段查找的原理
3.1 定位馈线故障区段
针对辐射状以及树状网或者处于开环运行的环状网情况，要判断线路的故障区域只需要检测馈线沿线的各个断路器是否有故障电流流过，以此来判断故障线路的区段。而当馈线上出现了单一的故障时，那么故障很可能就位于电源侧到线路末端方向上的最后一经历故障电流的断路器与第一个没有流过故障电流的断路器之间。
3.2 定位事故跳闸断路器
为了确定馈线中各个断路器是否有故障电流流过，则需要在其上安装FTU进行整定，因不是以断路器的整定值差别来判断并隔离故障区段的，所以可以采用多台断路器利用同一整定值的方法。这样一来，即使馈线上的分段数目增多也不会对馈线造成影响。而隔离故障区段后，必须要复位越级跳闸断路器，关键就是要针对事故后的跳闸断路器来准确定位非故障的区段，并恢复非故障区域的供电。
3.3 断路器状态的矩阵描述
针对断路器状态下要进行矩阵描述，一般采用一维的矩阵运算来判断线路中各断路器是否有越级跳闸的现象，再利用事故跳闸的断路器来定位矩阵，这种方式可以准确地识别线路故障上的跳闸断路器，大大缩短了故障的定位整排时间。
3.4 “手拉手”供电线路分段断路器保护原则
针对线路过流保护范围内发生的故障，通常都是由线路上的分段断路器跳闸以切断故障电流来保护线路，而变电所出线的断路器不会发生任何动作。其次，对于线路的速断保护范围内发生的故障，一般由变电所出线的断路器跳闸以切断故障电流，随后再进行一次重合闸，而此时线路的分段断路器则不会发生动作。而针对支线故障的情况，首先是支线的断路器断开，以切断故障电流防止越级到主干线路上。除此之外，支线断路器的定值应在满足运行的条件下尽可能的减小，断路器的跳闸时间也应尽可能的短。
4、基于配电网自动化系统的线路故障自动隔离方案
如图1所示，是常见的线路故障处理分析，当线路在发生故障时，站内的断路器就会自动跳闸，此时，就可以检测到开关5出现失电压失电流的情况，将开关5断开，等到5跳开时，站内对断路器进行一个重合闸，最后恢复开关5并使站内断路器之间能正常供电。等到采取一定措施恢复供电后，再闭合开关5并联络开关联系，在恢复非故障区段的供电。
以下就几种常见的线路故障进行分析，指出具体的处理方案。
如图1所示，如果是1-2线路之间出现故障，甲变电站出接口的断路器1第一个跳闸，此时检测到开关2失电压失电流，开关2跳开后，再将线路主要的信息传达给主站。与变电站出口的1迅速重合，在故障点重合后，再次跳开，这样一个重合闸后，主站就会根据收到的线路信息来判断故障点的区段应该在断路器1和开关2之间，并保持开关2断开，以恢复非故障区段的供电。而当线路故障发生在3-4之间，且也是断路器1第一个跳闸，在断路器重新闭合的期间内，检测到了开关2出现失电压失电流的现象，所以断开开关的期间内，要将线路的信息传导主站，以便主站判断。此时，断路器1迅速进行一个重合，使得1与2之间的线路得以正常供电。开关2和3之间检测到了故障电流，依照网络结构原理，判断故障点在开关3和4之间，随即隔离故障带，跳开开关3、4，最后恢复非故障区段的供电。
另一种情况，当线路故障发生在4-5之间，同样由断路器1第一个跳闸，在其重新闭合的期间内，检测到了开关2出线失电压失电流的现象，断开开关2，并及时向主站传递信息。等到3s过后，断路器1重新闭合，并恢复1-2之间的供电。此时在开关2、3、4处都检测到了故障电流，依据网络结构原理，可以判断故障点在开关4、5之间，隔离故障带后条跳开开关4，最后恢复非故障去的供电。
而当线路故障是发生在6、7之间时，而与之前不同，首先是乙变电站的断路器9第一个跳开，在断路器重新闭合的期间内，检测到了开关8出线失电压失电流的现象，跳开开关8，再向主站传递信息。3s后，当断路器9重新闭合后，恢复8、9之间的正常供电。此时，在开关8、7处检测到了故障电流，这样一来就可以判断故障点在6、10和7之间，断开这几个开关，合上开关8和联络开关，最后恢复非故障区的正常供电。
5、结束语
综上所述，配电网系统走向自动化与智能化必定是未来的必然发展趋势，而我国对于配电网的改造一直都比较重视。针对基于配电网自动化系统的线路故障自动隔离及时而言，非常适用于当前配电网自动化系统的线路故障处理，即使在实际的运用过程中有一些不足，但相信在未来的一段时间内，研究者们能够根据配电网的实际情况，针对存在的问题采取措施，更好的改善配电网自动化系统的线路故障自动隔离功能，为人们提供更安全、就可靠的用电。
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论文作者:王正卿
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/18
标签：故障论文; 线路论文; 断路器论文; 配电网论文; 自动化系统论文; 电流论文; 区段论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;