故障录波数据在DS6000系统中的应用

李德军，申泉

(南京国电南自电网自动化有限公司，南京 210000)

0 引言

随着我国电力系统的快速发展，用户对供电可靠性的要求越来越高。在我国的电力系统架构中，目前提高供电可靠性的关键点在于配电网，保证配电网的安全可靠运行，减少配电网的故障，出现故障也能准确定位并及时处理，是亟须解决的问题。

传统配网系统中的馈线自动化软件对单相接地故障无法准确判断，但如果借助故障录波信息，并采用有效的技术手段，即可准确、可靠地判断出馈线中的单相接地故障选线和定位，并对选线及定位结果的可靠性等进行综合分析，从而辅助馈线自动化软件实现故障定位与分析[1]。

1 DS6000系统概况[2]

DS6000系统是面向对象的分布式开放式配网自动化系统,适用于省级、地级配网自动化。在设计上使用领先的开发理念和先进的开发技术,借助成熟的功能组件,搭建出稳定的系统架构。

馈线自动化(FA)是DS6000系统的核心功能模块，该模块分为采集层、处理层和展示层。采集层借助DS6000系统中数据采集模块，实现对远方馈线终端(开闭所终端设备(DTU)、馈线终端设备(FTU)、故障指示器等)实时数据(开关的分合状态、开关的故障信号、实时电流、实时电压、零序电流、零序电压、故障指示器的翻牌状态等)采集，并在需要的情况下对远方开关设备进行遥控操作。处理层分为故障定位、故障隔离、故障恢复3个功能，用以判断配网的运行情况，以及在故障情况下判断故障点的范围和故障类型。展示层使用DS6000系统中的通用图元组件，将配电网络按手拉手馈线分成一张张联络图的图模，并能显示故障信息一览表及故障分析策略。故障信息一览表会显示上传的故障信号，并显示相关的设备名称、时间、故障影响范围、负荷丢失情况等；故障分析策略则根据处理层中的故障定位功能，综合判断故障范围并给出隔离故障范围的策略，调度员可根据系统给出的策略，遥控操作现场设备，迅速判断故障点，快速隔离故障范围，并迅速恢复故障隔离范围外的设备及负荷的正常供电。馈线自动化功能架构如图1所示。

图1 馈线自动化功能架构

受远方馈线终端上送采集信息的限制，传统的馈线自动化功能只能判断短路故障，而对于接地故障，尤其是单相接地故障是无法准确判别定位的。

2 故障录波数据

故障录波的作用是在电力系统发生故障时，通过故障量的启动，记录故障前后一段时间内电气量与非电气量的变化过程并生成录波数据，以达到协助故障追忆分析的目的。

故障录波的工作原理：正常运行时，远方馈线终端实时对接入的模拟电气量(电压、电流、功率等)进行采集，当故障发生时，根据预先的定值，记录下故障前后模拟电气量及开关量数据，并生成对应的故障录波数据。

目前，国内普遍采用COMTRADE格式存储故障录波数据，COMTRADE格式是美国电子电机工程师协会(IEEE)标准电力系统暂态数据交换通用格式。每个COMTRADE记录都有一组最多4个与其相关的文件，每个文件都具有不同的信息等级。4个文件分别为标题文件、配置文件、数据文件和信息文件。

对故障录波数据进行综合分析处理的具体作用如下。

(1)故障选线、判相、故障测距。分析故障录波装置记录的各种信息，不仅可以利用录波图迅速判明故障类型和相别，还可以利用录波数据中提供的零序短路电流值，较准确地计算出故障点，有利于迅速消除故障，及时恢复供电，减小经济损失。

(2)谐波分析、功率分析、序分量分析。利用故障录波数据文件可检测出信号中的谐波量，以此研究故障状态下谐波的影响以及变化规律等；同时，还可以进行短路容量的计算，使用对称分量法计算序分量。

(3)提供转换性故障和非全相运行再故障的信息。在电力系统运行中，很可能发生一种故障且该故障并未消除时又发生另外一种故障，或者在非全相运行过程中再发生故障的状况。这些情况发生在很短时间内，只有使用故障录波数据，了解线路故障时的故障类型转换，以及非全相运行过程中又发生事故的情况、特点、时间等。

由此可见，故障录波数据已成为分析电力系统故障的重要依据，利用这些数据可以准确判断故障类型，故障相别，故障电流、电压的数值以及断路器的跳合闸时间和重合是否成功等情况，据此研究有效的防止措施，在以后的电网设计中可以做出合理的配置，对可能发生的故障做出有效预测，尽量避免此种故障再次发生，对保证电力系统安全运行的作用极其重要。

3 馈线自动化中使用故障录波数据

3.1 实现背景

2016年我国修订了最新的配网馈线终端技术规范，新的技术规范中明确指出馈线终端需要具备暂态故障录波功能，并相应修订了配网自动化通信协议(《配电自动化系统应用DL/T 634.5101—2002实施细则》[3]、《配电自动化系统应用DL/T 634.5104—2009实施细则》[4])，在该协议实施细则中规定了配网自动化主站与馈线终端之间故障录波数据的交互实现细节。

3.2 实现细节

DS6000系统的接地故障分析功能由馈线自动化模块、DS6000采集模块、远方馈线装置3个部分共同完成，具体流程如图2所示。

图2 接地故障分析流程

(1)馈线自动化模块根据远方馈线终端上送的故障信号(过流信号和故障翻牌信号)进行拓扑分析和故障判断，初步确定故障发生范围。

(2)在确定的故障发生范围内，遍历所有馈线远方终端，向DS6000采集模块发送召唤录波数据请求。

(3)DS6000采集模块根据馈线自动化模块下发的请求，产生若干个数据召唤任务，在其任务处理中将每个任务转换成对应的规约报文下发到远方馈线终端。

(4)远方馈线终端解析下发规约报文，响应召唤任务，将符合条件的故障录波数据进行上送。

(5)DS6000采集模块对远方馈线终端上送的故障录波数据进行格式转换，整理后发给馈线自动化模块。

(6)馈线自动化模块判断故障录波数据是否符合条件，如果符合条件与此次故障相关则对录波数据进行分析处理，对比并分析暂态接地电流、稳态接地电压等参数的动态变化情况，高效、准确地判断单相接地故障。

(7)馈线自动化模块根据接地故障分析结果，产生告警信息并在故障信息一览表上进行展示，生成对应的故障分析策略，供调度员进行选择处理。

3.3 案例

陕西省地方电力(集团)有限公司某地级DS6000配网自动化运行现场如图3所示。主干线路F1发生接地故障，在L3和L4之间的主干线上发生接地故障，L1，L2，L3均检测到故障电流，故障指示器翻牌，上送翻牌信号并进行故障录波处理。DS6000系统馈线自动化模块检测到故障信号，进行分析处理，启动接地故障分析流程，对L1，L2，L3进行故障录波数据召唤，整理全部故障录波数据并进行分析处理，定位并选线，产生故障分析策略上报给调度维护人员，供故障抢修维护参考。

图3 接地线路故障示意

4 结束语

综上所述，在DS6000系统馈线自动化中，通过使用故障录波数据进行辅助定位，分析判断接地故障，可以缩短配网故障分析和决策所需的时间，减少人力资源消耗，实现高效率、低成本的配电网管理。

随着技术的不断发展和现场经验的不断积累，越来越成熟的DS6000系统会为配网接地故障处理提供更加强大的技术支撑。