试分析配网自动化建设对供电可靠性的影响

陈彦炜，王高宾

（张家港市供电公司，江苏 张家港 215600）

1 配电网自动化的定义与内容

以网架和设备作为基础条件，以现代化技术设备为手段，实现对配电网进行智能化的在线监控管理与离线的监控管理，应用系统的信息集成来实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离，使配电网始终处于高效、可靠、优质、安全、经济的最优运行状态的一整套体系称为配电网自动化。通过使用SCADA 系统的功能，可以对电网的运行情况实施监测，从而能够提高供电可靠性和供电质量，减少停电范围，缩短事故处理时间，提高为用户服务的水平，简单的可以概括为：客户服务、配电运行、抄表、配电管理和负荷管理全部实现自动化等。

配电网自动化的主要内容包括多个自动化系统，比如面向用户的自动化抄表系统、用户管理系统，智能分析管理系统、地理信息系统、馈线自动化系统以及变电站自动化系统。

2 配网自动化建设中的常见故障

2.1 短路故障

短路故障是最常见的一种故障，根据短路故障影响时间的长短，又可以分析瞬时性短路故障与永久性短路故障。瞬时故障下，通常通过将断路器重合闸既可以恢复故障，而如果重合闸断路器不能够恢复供电，则被认定为非瞬时性故障。

根据线路中具体的故障点，又可以将短路故障分为隔离开关短路故障、跌或式熔断器故障、线路金属短路故障等。

以线路金属性短路故障为例进行分析。这种故障是因为线路中的绝缘设备损坏造成的。如瓷横担和绝缘瓷棒出现断裂纹，或者起固定作用的螺丝松动，导致原来的绝缘磁棒失去了原有的绝缘和支撑线路分离的作用，进而导致线路之间相互碰撞，这样会导致线路上的金属短路。短路瞬间将产生较大的电动力，这个点动力也会引起线路相碰撞，造成线路金属性短路故障。同时输电线本身的因素也会导致该故障的产生。如线路质量不合格、线路老化、强度不满足设计要求导致拉断等等。在线路施工过程中，线路接触点接触不良等也会导致这种故障。

雷击过电压也会导致短路故障。10kV 架空线遭遇雷击路事故会造成绝缘子击穿或爆裂、配变烧毁等后果。当设备本身有缺陷时，通常会加大雷击事故的影响，造成恶劣的后果。因此，总结以往的生产运行经验，提高绝缘子的质量，淘汰质量不合格或者存在缺陷的尤其是P-20 针式绝缘子。此外，要提高线路的防雷等级，并针对不同的区域遭受雷电的次数多少，分别采用不同的防雷等级，对于没有加装避雷器的线路要及时加装避雷器。对于导线连接器接触不良的情况，常常是由于并沟线夹连接不是10kV 线路的连接器的最佳连接，因为这种连接方式会造成导线连接不良，当遭受强大雷击电流的冲击时候，往往经不住考验。

2.2 接地故障

配电线路中的瞬时性接地故障常见的原因，如线路绝缘子脏污，这样在空气湿度较大的或者下雨天气时，容易出现对地闪络，产生接地故障，但是当空气湿度下降后立即消失。

由于外力破坏或者线路绝缘子老化、缺陷击穿常常引起线路永久性接地故障，同时跌落式熔断器、线路隔离开关因绝缘老化击穿也会引起线路永久性接地故障。在雷雨季节线路避雷器爆炸，直击雷导致线路绝缘子炸裂，也会引起线路永久性接地故障。

3 配电网自动化技术及其对供电可靠性的影响

3.1 自动化故障定位

目前，常用的故障定位模式有两种，分别为基于重合器或分段器的故障定位和基于FTU 的配电网故障定位。

3.1.1 基于重合器或分段器的故障定位

基于重合器或分段器的故障定位的故障处理模式，在这个过程中不需利用通信系统，因而，当配电网发生故障后，对故障的判断、隔离以及恢复非故障区间的供电是通过分布在故障线路上的各个开关通过时序顺序进行分合闸操作实现相互配合。这种故障护理方法的前提是，要预先设定每台重合器的重合次数，一旦预设的开关的重合闸次数达到后，开关的重合闸功能将会自动闭锁，发生故障的负荷点将会被隔离，在故障消除之前，不再进行重合闸。

将每一条馈线看作基本的单元，通过分段器与重合器的合理配合，故障发生时的工频量将会变化，利用这个变化产生的逻辑动作，从而自动实现对故障检测、隔离及非故障线路供电功能恢复，可以发现，由于整个故障处理过程并没有主站、子站或者通信系统的参与，因此这种故障处理模式又具有快速，高可靠性的特点。在电力的实际生产应用中，这种故障处理模式通常又可以分为以下两种。

（1）过流脉冲计数型分段器与重合器相互配合的模式，要想实现分闸，这种分段器需要同时满足下述三个条件：①线路失压、线路电流低于指定大小；②计数次数到达整定值；③故障电流超过整定的额定启动电流值。在这三个条件同时满足的情况下，线路就能自动分闸。

（2）电压一时序型分段器与重合器的配合。通过控制加压、失压的时间长短来控制线路的分合闸，失压分闸，加压后延时合闸或闭锁。

基于分段开关和重合器相配合的故障定位模式结构较为简单，其本身不需要考虑供电电源的因素，也无须设备间的通信，因此无通信系统。这种结构成本较低，较适合于无通信网络的偏远地区和没有大量资金投入的场合。

需要注意的是，采用这种模式的系统切断故障需要的时间较长，并且不能对系统正常运行状况下的电网负荷进行实时监控，这将造成无法准确的分析客户用电规律，进而无法有效预测该地区的用电负荷。一旦发生停电故障时，无法快速准确的确定网络重构的最优恢复供电方案，导致恢复供电时间较长。

3.1.2 基于FTU 的配电网故障定位

FTU 和DTU 都是智能终端设备，而FTU 通常安装在柱上开关上，DTU 通常安装在电缆环网柜中。它们的共同特点是具备实现配电自动化的基本的通信功能，可以与远方配电自动化系统主站的通信，对配电设备的调节和控制。

在变电站的出口断路器上安装住上FTU，同时户外馈线分段开关处也要安装FTU。配电终端的FTU（或DTU）采集线路电流、电压、功率、开关分合闸状态等信息，实现对开关运行情况进行实时监控，通过可靠的网络通信系统，将所有节点的数据采集到配电网控制中心的SCADA 系统，结合配套的处理软件，从而将采集到的信息发送到配电自动化主站实现通信功能。在配电网系统正常工作的情况下，馈线电流、电压情况与馈线分段开关与联络开关的状态被实远程时监控，对线路开关合闸和分闸操作也可以远方进行，这样配电的运行方式得以优化，这样做也可以达到两个目的，首先是实现现有设备容量的充分利用；其次是降低线路损耗。当配电网中发生故障以后，主站系统依托配电终端检测到的各个节点的故障告警信息，并与开关分闸与变电站的运行信息、开关站的动作保护信息等相关内容相结合，全面的分析判断，进而针对各种不同的情况，启动故障处理程序，定位故障点所在的位置，确定故障的类型，进而采取措施实现故障区段隔离，并恢复非故障区段的供电。一旦计算出故障距离后，结合变电站的坐标位置，则可以确定故障点的坐标，这样可以有效降低故障点查找的时长。

自动化故障定位的突出优点在于：它不再采用人工拉闸的操作方式进行故障点的查找和定位，也不再使用人工方式进行非故障区域的排查和恢复供电，采用计算机技术和自动化技术替代人工方式，大大缩短了故障排查的时间，同时降低了人力成本，使得平均故障停电时间指标得以有效改善。

3.2 主站自动化

3.2.1 地区变电站自动化

地区变电站自动化主要通过先进的电气设备、电力电子器件和控制终端来实现，通过在地区变电站的各个节点安装信息采集终端和通信设备，保证变电站内部所有设备、配电网等的运行数据都可以被实时的采集和检测，通过通信设备将采集到的信息汇总的控制中心，在控制中心进行信息的分析、计算和处理，进而实现对整个变电站的自动化运行控制。而当分析出采集到的信息不满足运行要求时，则可以输出报警，通过其自动检测并隔离发生在该地区变电站内部的故障，实现故障快速切除，恢复供电，实现地区变电站运行自动化。

这种变电站内部全节点、全过程的信息采集和监控可以迅速发现故障问题，同时也可以快速解决问题。

3.2.2 配电变电站自动化

地区变电站自动化发展的较早，也取得了较好的成果，这也引发配电变电站的自动化的升级改造。配电变电站连接用电负荷和馈线，但是因为涉及经济因素，目前并没有实现全面的配电变电站自动化升级，尽在有重要意义的节点，如连接重要负荷的特殊配电变电站、馈线中点、开接点等位置进行了自动化升级。

配电网自动化升级改造后，通过采用故障自动定位方式，可以实现故障的迅速隔离和远程网络的重构，进而可以保证快速的恢复供电。

3.3 馈线自动化

馈线自动化技术结合了配电变电站自动化、地区变电自动化以及故障定位，能够快速的实现远程控制，但是在远程控制操作上仍然需要人工手动完成，同时幕后的维修人员调度也需要电力企业统一安排才能快速的解决故障。通过在配电变电站中装设负荷开关，实现馈线自动化，系统故障自动隔离、供电自动恢复，也就是说，不需要人力调动，也不需调度中心的人工干预，单相接地短路电流可以自动切断。大大缩短了隔离故障以及恢复供电的时间，使这两个短时停电时间指标远比规定值要小。因此，系统平均停电频率指标SAIFI和系统平均停电时间指标SAIDI 指标有较大改善。

4 提高配网自动化建设中供电可靠性的措施

4.1 选择合理的中性点接地方式

配电网络中最主要的故障是单相接地故障，其占到电网所有故障类型的60%以上，当前，我国配电网的中性点大部分都是采取不接地的模式，这种模式当遇到电容或电流变大的情况时，其产生的电弧会很难熄灭，进而导致出现过电压等问题。就目前来看，为了避免事故的进一步扩大，大多数情况会采取消弧线圈接地的方式进行应对过电压。

预调式与随调式是配电网中性点经消弧线圈接地经常使用的两种方式。具体而言，预调式是以配电网中最大可能缠上的电容电流为依据来选取消弧线圈容量并使得中性点经消弧线圈接地。实时监测系统的运行状态也就是随调式，根据反馈的实时状态来调整消弧线圈，使其处于正确的位置上，在瞬时性单相接地故障发生的时候，将消弧线圈投入使用，对电容电流进行快速补偿。在电容电流变化相对稳定的地方应优先选择预调式，在电容电流波动较大的情况下优先选择随调式。

4.2 提高配电网绝缘水平

近年来，我国城市绿化水平不断地提升，输电线和大树之间的位置成为一大难题，由于城市的空气高氮氧化物和高粉尘环境的存在，使得增强配电网电气设备的绝缘性能迫在眉睫。首先应提升线路的绝缘能力，通过在绝缘子串中增加“零值”储备增强线路的绝缘性；其次应大力宣传采用架空的绝缘电缆，与电缆线路相比较，架空绝缘电缆是一种更为经济划算的方式。

4.3 防止外力破坏导致的停电事故

除了电力系统自身的因素外，一些外力因素也会导致安全隐患。对于车辆破坏的现象，应减少在路口进行安置电线杆。另外在拉线上要增加明显的提示牌，最大程度的降低车辆撞杆、撞拉线情况的发生，并且在特殊的路段还要增加保护网。由工地施工引起的挖断地下电缆、倒杆事故，必须在电缆敷设的地方设置醒目的标识，特殊情况下更要派专业人员在现场进行监督和指导。对于偷盗行为导致的停电事故，应加强对百姓的安全教育普及，增强人民群众对供用电设施的安全保护意识。

5 结语

配电网自动化的建设一项复杂艰巨且需要大量资金投入的工程。在我国，区域之间的经济不平衡，不同的省份、城市之间，甚至同一个地区的城市与农村的经济发展也极不平衡，这导致了配电网自动化在不同地区之间的应用与覆盖的差异。在研究配网自动化的实现方法的同时，也需要对他的可靠性进行研究和评价。本文主要研究了配网自动化对供电可靠性的影响，该研究将有效降低故障的影响范围，缩短故障时间，提升电网的可靠性。