楊 斌，胡真瑜，孫龍祥，柳 昂，林 捷

（1.湖州電力設(shè)計(jì)院有限公司，浙江 湖州 313000；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江 杭州 310007；3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司，浙江 湖州 313000）

0 引 言

當(dāng)前，人們生產(chǎn)生活對(duì)電網(wǎng)技術(shù)的要求越來越高，為了同時(shí)保證供電量和供電穩(wěn)定性，研究一套具有高效經(jīng)濟(jì)性的電網(wǎng)故障自動(dòng)處理技術(shù)就顯得非常重要。電力能源屬于應(yīng)用范圍最廣的二次能源，其對(duì)發(fā)展低碳、高效的經(jīng)濟(jì)社會(huì)有著非常重要的支撐作用。智能電網(wǎng)是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的主要方向，其同時(shí)兼具高質(zhì)量、高效率和互動(dòng)性的特征。智能電網(wǎng)的出現(xiàn)大大提升了輸電線路的穩(wěn)定性和供電企業(yè)的供電質(zhì)量，其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是智能電網(wǎng)故障自動(dòng)化處理技術(shù)。

1 智能電網(wǎng)自動(dòng)化故障處理技術(shù)基本原理

當(dāng)前的智能電網(wǎng)自動(dòng)化故障處理技術(shù)類似于一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要依附于信息系統(tǒng)和輔助設(shè)備完成。在整個(gè)過程中，智能化系統(tǒng)的模擬計(jì)算功能可以實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)潛在的故障，一旦數(shù)據(jù)異常就會(huì)發(fā)出提醒，并通過系統(tǒng)分析自行處理可能威脅供電穩(wěn)定性的故障。通常情況下，電網(wǎng)自動(dòng)化故障處理流程分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)。一是在出現(xiàn)電網(wǎng)故障的瞬間完成故障開端和清除，在100 ms內(nèi)由繼電保護(hù)自動(dòng)化設(shè)備和高壓斷路器完成處理，相比傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備處理模式，其在安全性和故障處理效率上更高[1]。供電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，自愈控制技術(shù)能將故障影響降到最低，并迅速恢復(fù)供電，不影響居民的正常生活。如圖1所示，自愈控制技術(shù)在不同情況下發(fā)揮不同的作用。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備處理模式有很多限制條件，給電網(wǎng)功能的恢復(fù)造成了極大的阻礙，如沒有充分發(fā)揮多開關(guān)級(jí)聯(lián)優(yōu)勢(shì)，會(huì)造成繼電保護(hù)大面積停電。二是判斷故障起因，快速劃分出故障區(qū)和非故障區(qū)，在故障區(qū)自動(dòng)運(yùn)行隔離維護(hù)，同時(shí)快速恢復(fù)非故障區(qū)正常供電。三是在確保供電服務(wù)穩(wěn)定后反復(fù)排查故障隔離區(qū)，精準(zhǔn)地找出故障點(diǎn)所在位置。

2 智能電網(wǎng)故障處理自動(dòng)化技術(shù)的特征

2.1 自動(dòng)化功能強(qiáng)，信息化程度高

智能電網(wǎng)的自動(dòng)化技術(shù)具有強(qiáng)大的監(jiān)視功能，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)能自主檢測(cè)和處理智能電網(wǎng)故障，最大化保證智能電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)運(yùn)行。自動(dòng)化技術(shù)的有效運(yùn)用在很大程度上取締了人工操作，讓系統(tǒng)運(yùn)行更加順暢。智能電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)可以通過自動(dòng)化技術(shù)及時(shí)反饋到控制中心，控制中心具有總調(diào)度和總控制的功能，可及時(shí)根據(jù)智能電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)做出調(diào)整。

圖1 電網(wǎng)的自愈控制范圍

2.2 供電質(zhì)量提高，供電安全性增強(qiáng)

智能電網(wǎng)的自動(dòng)化故障處理技術(shù)可在第一時(shí)間有效檢測(cè)電網(wǎng)中的安全隱患，并通過分析建立單獨(dú)的故障區(qū)域電網(wǎng)路段，有效控制故障的連帶性發(fā)展，進(jìn)而阻斷故障大面積蔓延?？焖俅_定故障位置是自動(dòng)化技術(shù)在完成故障區(qū)隔離后的首要?jiǎng)幼?，以便針?duì)性地分析出現(xiàn)故障的原因，在降低故障影響的同時(shí)保證整個(gè)電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

2.3 互動(dòng)性更優(yōu)化，主動(dòng)性增強(qiáng)

智能電網(wǎng)自動(dòng)化故障處理技術(shù)會(huì)不斷地從電網(wǎng)運(yùn)行各個(gè)環(huán)節(jié)中收集運(yùn)行數(shù)據(jù)，經(jīng)過中樞分析后準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電網(wǎng)各部位的故障隱患，為后期故障排除工作提供可用信息。除此以外，自動(dòng)化系統(tǒng)在具有超強(qiáng)主動(dòng)性的同時(shí)還可進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)操作，根據(jù)自動(dòng)化檢測(cè)結(jié)果制定不同的解決方案，被賦予操作權(quán)限的工作人員可選擇性地干預(yù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

3 智能電網(wǎng)故障自動(dòng)化處理技術(shù)

3.1 網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)技術(shù)大部分都依賴于通信網(wǎng)絡(luò)，其大致可分為以下兩種：一是頻繁應(yīng)用于電網(wǎng)線路上的主從式網(wǎng)絡(luò)形式；二是對(duì)等式通信網(wǎng)絡(luò)形式，這種形式被經(jīng)常應(yīng)用于變電站的內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)中[2]。前者的信息獲取方式是分別從不同單元向主單元獲取，相對(duì)獨(dú)立的每個(gè)單元之間要建立通信連接必須通過主單元才能實(shí)現(xiàn)；后者則可以穿梭于每個(gè)單元獲取相應(yīng)的通信信息。

3.1.1 主從式網(wǎng)絡(luò)形式保護(hù)技術(shù)

盡管電網(wǎng)各分部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但就整體而言其實(shí)際上是一個(gè)總分結(jié)構(gòu)，主從事網(wǎng)絡(luò)管理包括主模塊節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和從模塊節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，它們通過信號(hào)表明自身狀態(tài)，信號(hào)定義如表1所示。主從式網(wǎng)絡(luò)形式保護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中，每個(gè)分部都是相對(duì)獨(dú)立的小單元。存在于電網(wǎng)中的每個(gè)分部都有屬于自己獨(dú)立的單元點(diǎn)及相對(duì)應(yīng)的電線線路，且每個(gè)分部的電線路上都由很多開關(guān)控制，因此在出現(xiàn)故障時(shí)可以啟動(dòng)開工器件的保護(hù)功能，圍繞主單元完成通信工作；同時(shí)，對(duì)有關(guān)開關(guān)器件的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行收集分析，為故障點(diǎn)的確定提供借鑒。一般情況下采用的解決方式是調(diào)整開關(guān)器件，如果與故障相距最近的開關(guān)元器件出現(xiàn)跳閘，要立刻將相鄰開關(guān)轉(zhuǎn)為后備。

表1 節(jié)點(diǎn)中信號(hào)定義

3.1.2 對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)形式保護(hù)技術(shù)

相比于主從式網(wǎng)絡(luò)形式，對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)形式保護(hù)技術(shù)在功能性和使用性方面更為突出，但由于其應(yīng)用成本過高，所以適用范圍較為有限，適用于設(shè)備集中、開關(guān)器件多、距離不遠(yuǎn)的變電站[3]。對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)形式的保護(hù)技術(shù)需要建立CAN網(wǎng)，通常都是通過雙絞線完成的，因?yàn)镃AN網(wǎng)中的所有CAN接口都能與其他接口完成互聯(lián)，這對(duì)于傳輸距離很短的情況較為適用，只有雙絞線才能滿足對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)形式保護(hù)技術(shù)應(yīng)用的組網(wǎng)需求；如果傳輸距離較遠(yuǎn)，就只能通過CAN光纖發(fā)收設(shè)備功能滿足通信可靠性和穩(wěn)定性需要。針對(duì)某些對(duì)電力穩(wěn)定性要求極高的地段，如住宅小區(qū)和商業(yè)中心，可大范圍地在電纜線路中應(yīng)用對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)技術(shù)。在這樣的電纜應(yīng)用環(huán)境下，出線開關(guān)和分段開關(guān)都大多集中在開閉所內(nèi)部，分布集中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，十分適合應(yīng)用對(duì)等式網(wǎng)絡(luò)式保護(hù)技術(shù)。

3.2 自動(dòng)定位故障點(diǎn)技術(shù)

在定位故障點(diǎn)技術(shù)方面，傳統(tǒng)方式的精準(zhǔn)度并不是很高，且具有適用性局限，通常應(yīng)用于變電站周圍電路環(huán)境較好的電路段，環(huán)境相對(duì)復(fù)雜或惡劣的區(qū)段沒有足夠的技術(shù)支撐和經(jīng)濟(jì)支撐[4]。調(diào)度控制部的主站是智能電網(wǎng)故障自動(dòng)定位的中心，監(jiān)測(cè)點(diǎn)以此為圓心向各個(gè)電線線路上輻射，從而形成一個(gè)兼具檢測(cè)、通信和定位服務(wù)的完整系統(tǒng)。故障指示器和數(shù)據(jù)采集器共同組成了線路上的檢測(cè)點(diǎn)，通信交換機(jī)、服務(wù)器和主站軟件共同組成控制中心主站，復(fù)雜的構(gòu)成使其具有定位故障、警示和查詢功能?；谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)多元化功能開展網(wǎng)絡(luò)式分析、故障定位和故障原因分析的故障自動(dòng)化處理技術(shù)是當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中最為有效可靠的方式。

3.3 自動(dòng)隔離和恢復(fù)技術(shù)

故障自動(dòng)化處理技術(shù)具有故障區(qū)隔離功能和非故障區(qū)恢復(fù)功能。當(dāng)前應(yīng)用于電力系統(tǒng)網(wǎng)中的只有常閉型開關(guān)和常開型開關(guān)。其中，常閉型開關(guān)主要出現(xiàn)在輸電線路上，常開型開關(guān)主要出現(xiàn)在變電站和饋線連接中。故障區(qū)自動(dòng)隔離技術(shù)應(yīng)用中的重構(gòu)電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，就是基于開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)的，通過分析開關(guān)器件的狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整饋線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種調(diào)整又分為分布式調(diào)整和集中式調(diào)整。

3.3.1 分布式控制

分布式控制也稱就地式控制，其在完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的過程中主要依靠的是與故障處相距最近的開關(guān)器件控制，這樣就可以在沒有電網(wǎng)主站和子站配合的情況下完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，相比于集中式控制具有更高的便捷性和高效性。電網(wǎng)開關(guān)器件性能的不斷優(yōu)化為分布式控制方式的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。分布式控制主要使用以下兩種方式完成網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)：第一種是利用重合器，第二種是結(jié)合應(yīng)用分段器和重合器。無論哪種方式，最后的結(jié)果和效果都是一樣的，即在饋線出現(xiàn)嚴(yán)重性故障時(shí)，饋線電路終端會(huì)就近選擇相鄰的電路終端完成故障信息傳輸，讓故障信息在第一時(shí)間得到分析和判定，同時(shí)結(jié)合電流、電壓等數(shù)據(jù)找到故障點(diǎn)和故障原因，并及時(shí)將故障位置信息反饋給電路終端[5]。重合器的工作方式是完成分閘閉鎖后緊跟合閘操作，提升恢復(fù)供電的速度。由于分段器不具備斷開短路電流的功能，因此在實(shí)際使用過程中需要結(jié)合重合器，兩者功能的配合使用才能充分發(fā)揮自動(dòng)化功能。

3.3.2 集中式控制

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)過程中，不同主體是區(qū)分分布式控制和集中式控制的關(guān)鍵?？刂浦行氖羌惺骄W(wǎng)絡(luò)控制方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的主要分段，控制中心里的SCADA系統(tǒng)具有收集、分析、處理所有故障信息的功能。通常情況下，這個(gè)過程的故障信息傳遞都由FTU負(fù)責(zé)，借助邏輯系統(tǒng)通道傳到控制中心，控制中心經(jīng)過一系列分析后將結(jié)果數(shù)據(jù)以命令指令的方式向外傳遞，進(jìn)而恢復(fù)非故障區(qū)的供電。這種方式的有效應(yīng)用對(duì)相關(guān)設(shè)備的條件要求非常高，其最大的優(yōu)勢(shì)在于可以高精準(zhǔn)施控[6]。

4 結(jié) 論

傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用完全依賴于現(xiàn)場(chǎng)維修人員，通常需要很長(zhǎng)時(shí)間來確定識(shí)別電纜、分步檢測(cè)等，而通過智能電網(wǎng)故障自動(dòng)化處理技術(shù)能快速對(duì)故障進(jìn)行處理。隨著電網(wǎng)通信技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的不斷成熟，智能自愈控制技術(shù)水平將不斷提高，一個(gè)強(qiáng)大而智能的電網(wǎng)絡(luò)將為社會(huì)提供更加可靠穩(wěn)定的清潔能源。