环网箱变配电自动化系统的故障模拟试验

沈伊韡

（上海市电力公司浦东供电公司，上海 200122）

根据国家电网公司建设坚强智能电网的要求，从2006年开始，上海市电力公司全面开展配电自动化系统的建设工作。随着一次设备的日趋成熟和网架的日趋完善，二次终端设备也随之日趋实用、完善和稳定。目前，新型智能环网箱变不单供电可靠性高，而且普遍装有模块化设计的智能配电自动化终端，还可以根据监测需求，灵活配置以及扩充遥信与遥测的功能。智能环网箱变和智能配电自动化终端的使用，为配电自动化系统的建设创造了良好的基础条件。

1 配网自动化系统的组成

为了确保上海电网安全、稳定、可靠供电，上海市电力公司7年来在浦东部分地区建设配电自动化系统，分别对10kV等级的K型、P型和WX型站的主要配网设备进行实时监控，实现部分环路分布式自愈，提升该地区的供电可靠性。

配电自动化系统主要由现场监测、实时数据传输和主站系统三部分组成。主站采用国电南瑞OPEN－3200配电自动化管理系统，由前置采集系统、服务器、调度员工作站、工程师工作站、通信服务器、网络子系统、外部设备等构成。通信服务器通过网络交换机或路由器，完成与调度SCADA系统以及其它信息管理系统的接口与互联，采用光缆与电缆屏蔽层载波相结合方式，对永久电业站与临时客户站级以下的环网设备（不包括终端用户）进行实时信息采集、数据处理、分析统计与遥信遥测。

在环网箱变内装有JLG－02WX型故障诊断装置，即馈线终端单元（FTU），主要由信号采集控制板、载波板、蓄电池充电管理电源板三部分组成。

1）信号采集控制板 实时采集箱变电流值和电压值，计算三相电流和电压有效值、有功功率、无功功率、功率因数、累计有功电量等。12路遥信DI输入用以连接箱变内的ALPHA／M型与ALPHA／E型短路故障指示器，一旦发生短路故障，指示单元会有相应红色翻牌显示，并由故障指示器发送短路故障信号。

2）载波板 接收信号采集控制板通过RS－232接口发送的数据，然后以电缆屏蔽层载波方式将数据发送给变电站中主载波机，由主载波机收集各故障诊断自动化装置数据，统一发送给调度端。故障诊断自动化装置有6路干节点输出功能，其中2路可选择常开或常闭。

3）蓄电池充电管理电源板 由蓄电池、充电器和系统供电电路三部分组成，具有蓄电池故障告警功能。

2 故障模拟试验

现以上海世博地区为例，目前园区内有214座环网箱变，共计46个环网，以环网两侧供电，箱变手拉手，中间设开断点的方式运行［1］。故障模拟试验设备选用上海置信和广东顺德生产的10 kV级YB型欧式全户外环网箱变，高压柜采用施耐德生产的RM6－IQI型环网柜，负荷闸刀带可遥控的电机，变压器采用上海置信生产的S11－MR－500／10型Dyn11接线变压器，低压断路器采用施耐德5.3Micrologic控制器和5.2AMicrologic控制器。

2.1 设置判定条件

故障模拟试验由配网自动化主站OPEN－3200系统的DA功能软件处理，系统判断条件设置为9条。①故障隔离时，单个开关操作在60s内未能分闸，则认为故障处理失败，给出告警提示；②对故障信号进行合法性检查，发现有误，则告警提示，不作处理；③如果通信失效，则告警提示，并且退出故障处理软件；④如果出现跳闸开关不在允许启动故障处理之列，停止故障处理软件的执行，包括：设备现场运行方式与主站定义不一致、故障信号不合法、DA功能运行方式在离线和模拟状态下；⑤在网络重构中，存在多个供电路径的情况下，将以多方案的形式给出，由调度员抉择执行；⑥参加试验的开关均设置为远方电动控制状态；⑦依据DA故障判断和故障隔离、恢复时间上的要求，K型站出线开关的遥信变位必须在3s内到达配电自动化主站；⑧FTU故障信号的变位信息必须在3s内上送，而且至少保持5min，用以确保整个故障处理能够正常结束；⑨在K型站，DA软件启动条件任选，即：出线开关跳闸；出线开关分—合—分；出线开关跳闸加变电站事故总信号。

2.2 环网故障模拟试验

故障模拟试验主要模拟环网中发生电缆故障和母线故障两种，测试配电自动化系统能否根据设计要求，自动定位故障，并自动进行倒闸操作，以便迅速恢复供电。以浦东临馆五所带的71C04地块箱变1至72C04地块箱变2环网为例。

试验前，环网中的23C04地块箱变4负荷闸刀状态为分，其余开关、闸刀状态为合，将71C04地块箱变1至72C04地块箱变2环所有自动化开关置在“远方”位置。

2.2.1 电缆故障模拟

以21C04地块箱变3负荷闸刀至21C04地块箱变1负荷闸刀之间电缆故障为例。开始试验后，由FTU厂家人员为71浦东临馆五站负荷闸刀、21C04地块箱变3负荷闸刀事故信号设置状态为合，其余负荷闸刀事故信号设置状态为分。在主站系统收到故障告警后，调度员通知浦东临馆五站断开71C04地块箱变1开关（模拟跳闸），随后等待总指挥通知将故障信号复归。

配电自动化系统处理过程如下：

1）定位判据 71浦东临馆五站负荷闸刀、21C04地块箱变3负荷闸刀事故信号设置状态为合，说明这两个设备都有故障电流流过，软件判定为故障在21C04地块箱变3负荷闸刀、21C04地块箱变1负荷闸刀之间。

2）故障隔离 系统将21C04地块箱变3负荷闸刀、21C04地块箱变1负荷闸刀做断开处理，隔离故障，提供恢复供电方案。

3）故障恢复 故障上游区域供电恢复电源开关为71C04地块箱变1，可由程序自动执行，也可人为确定执行。故障下游区域供电恢复电源开关为23C04地块箱变4负荷闸刀、23C04地块箱变3负荷闸刀，可由程序自动合上这2个开关；运行方式为交互运行时，则由调度员选择方案后再执行对联络开关的遥控。

2.2.2 母线故障模拟

以C04地块箱变4的10kV母线故障为例。开始试验后，由FTU厂家人员为21C04地块箱变2负荷闸刀故信号设置状态为合，其余负荷闸刀事故信号设置状态为分。在主站系统收到故障告警后，调度员通知浦东临馆五站断开72C04地块箱变2（模拟跳闸），随后等待总指挥通知将故障信号复归。

配电自动化系统处理过程如下：

1）定位判据 21C04地块箱变2负荷闸刀事故信号设置状态为合，21C04地块箱变2负荷闸刀上有故障电流流过，判断21C04地块箱变2负荷闸刀、23C04地块箱变3负荷闸刀之间有故障。

2）故障隔离 系统将21C04地块箱变2负荷闸刀、23C04地块箱变3负荷闸刀隔离，提供恢复供电方案。

3）故障恢复 故障上游区域供电恢复电源开关为72C04地块箱变2，可由程序自动执行，也可人为确定执行。故障下游区域供电恢复在此时属于末端故障，没有非故障区域需要恢复。

对环网中的每一段连接电缆和箱变10kV母线，都需要进行模拟故障试验，以便全面的测试配电自动化系统动作的正确性［2］。

3 试验结果及分析

截至2013年7月2日，已对在役的46个箱变环网进行测试，共模拟故障试验580次，成功439次。46个箱变环网的成功率分布状况，如图1所示。

图1 环网故障模拟试验成功率分布图

从图1可以看出，46个箱变环网中模拟故障试验成功率达到100%的有10个，成功率在80%～100%之间的有13个，成功率在60%～80%之间的有16个，成功率在40%～60%之间的有6个，成功率小于40%的有1个，从准确数据计算得出的综合成功率约为80%。

另外，还需要排除因载波通信故障而失败的次数，除了载波通信引起配电自动化系统故障模拟试验失败以外，少量的继电器故障、电缆沟漏水引起的设备故障等问题也会引起故障模拟试验的失败。排除这些因素在外，故障模拟试验成功率在90%以上。

故障模拟试验用以测试配电自动化系统动作的正确性。为了确保今后浦东地区每个区块内配电自动化系统能够安全、稳定运行，随着故障模拟试验的不断深入，对试验不成功、回路中曾经发生问题的载波通信设备、箱变故障诊断自动化装置等设备，进行了维修和更换，并且重新进行故障模拟试验。

4 结语

随着浦东新区供电服务范围的扩大，用电客户及用电负荷大幅度增长，城区电网布局的日趋复杂，客户对供电可靠性、电能质量及优质服务要求在不断提高，使原来的运行维护方式很难适应复杂的电网，运行维护工作日益加重。因此，必须加快配电自动化系统的建设步伐，提高配电自动化系统的建设水平，将配电网设备运行信息与地理信息进行实时采集。

配电自动化系统自开始建设以来，有效地提高了城区中低压配电网的供电可靠性，大大缩小了事故停电范围和缩短了故障处理时间，同时也产生了巨大的经济和社会效益。为了提高供电可靠性，改善配电网的结构，通过对环网箱变的故障模拟试验，并结合利用先进的电子技术、计算机网络技术，根据浦东城区的实际情况，能够将配电网上的实时数据、用户数据、电网结构、设备参数和地理信息等诸多信息进行综合处理和集成，以实现配网正常运行时的控制和监测，及事故状态下的快速故障定位、故障隔离和非故障区的恢复供电，并提供基于全封闭组合电器（GIS）的配电工作管理及设备管理。进行和规范故障模拟试验能够不断实现配电网运行和管理的现代化。

配电自动化系统建设是国家电网公司建设“坚强智能电网”计划的重要组成部分，配电自动化系统的建设和调试，必将为我国大范围推广配电自动化技术，建设“智能配电网”积累宝贵的经验。

［1］瞿燕，潘毅群，黄治钟.上海世博园区空调动态负荷预测与研究［J］.暖通空调，2008，38（10）：9－17.

［2］吴琳，周炜，沈兵兵.配电自动化几种不同实现方式的探讨［J］.电力信息化，2008，29（7）：74－77.