技术 应用 城市电网故障快速复电的自愈模式 郭上华 （珠海许继电气有限公司，广东珠海 ５１９０６０） 摘要故障快速复电是提高城市电网安全稳定运行和优质服务水平的有效手段，是智能配电网 建设的重要应用。文中分析了ｌＯｋＶ配电线路故障现状，针对故障频次较高的架空线路和架空电缆 混合线路如何实现快速复电，阐述了知停电、少停电和防停电的线路自愈模式建设思路，围绕主干 线、分支线和用户线故障就地智能处理，对馈线自动化智能设备的选型、布点进行了总结与思考。 最后通过工程实践验证了就地智能自愈模式在城市电网故障快速复电建设中的可行性。 关键词：城市电网；快速复电；自愈模式；馈线自动化 Ｔｈｅ Ｓｅｌｆ－ｈｅａｌｉｎｇ Ｍｏｄｅ ｏｆ Ｒａｐｉｄ Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｒｂａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｇｕｏ Ｓｈａｎｇｈｕａ （Ｚｈｕｈａｉ ＸＪ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ Ｌｔｄ．Ｚｈｕｈａｉ．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５ １ ９０６０） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｒａｐｉｄ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ Ｕｒｂａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｉｌｕｒｅ ＩＳ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｅｖｅｌ， ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ １ ０ｋＶ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｓｅｌｆ——ｈｅａｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｋｎｏｗｉｎｇ—ｐｏｗｅｒ ｏｕｔａｇｅ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ—ｐｏｗｅｒ ｏｕｔａｇｅ ａｎｄ ａｖｏｉｄｉｎｇ－ｐｏｗｅｒ ｏｕｔａｇｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｈｏｗ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ￣ｅｑｕｅｎｃＹ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｃａｂｌｅｓ ｍｉｘｅｄ ｌｉｎｅｓ．Ｉｔ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｌｏｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆｔｈｅ ｍａｉｎ ｌｉｎｅｓ，ｂｒａｎｃｈ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｕｓｅｒ ｌｉｎｅｓ，ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ Ｆｅｅｄｅｒ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ａｔ ｌａｓｔ，Ｉｔ ｉｓ ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅｌｆ—ｈｅａｌｉｎｇ ｍｏｄｅ ｉｓ ｔｂａｓｉｂｌｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｒｏｊｅｃｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ ｐｏｗｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｒａｐｉｄ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ；ｓｅｌｆ——ｈｅａｌｉｎｇ ｍｏｄｅ；ｆｅｅｄｅｒ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ 近年米我国经济快速增长，一方面各项经济指 标的实现对城市电网安全稳定运行和优质服务水平 提出了更高要求，另一方面市政施工、设备安装、 设备老化和气候影响等对电网供电线路问歇性破坏 也在加剧。为了减少用户停电时间，提升第三方客 广】满意度，以提高城市配电网快速复电为目标的故 一个技术问题，也是 ‘个经济问题，要考虑配ｌＵ系 统的各种运行情况、供电可靠性要求、故障处理时 效性、对继电保护的技术要求、设备投资等，足‘ 项系统工程，有必要进行研究。 １ １０ｋＶ配电线路故障分析 我国城市电网按区域可分为城市・ 心 、 般 城区或城乡结合部、城镇及远郊区等３个级别。城 市中心区以电缆线路为主，城镇及远郊 以架 线 路为主，而一般城区或城乡结合部既有电缆线路、 障快速复电Ｔ作机制被提上议程。 城市电网故障快速复电工作机制，主要是优化 配网故障复电管理模式和业务流程，以营配一体化 平台为支撑，以馈线自动化和配电自动化为手段， 提高配电网监控水平，做到故障快速报告、快速诊 断、快速定位、快速隔离、快速修复和快速沟通。 架空线路，还有架空电缆混合线路。为查找影ｕ向配 网故障快速复电的主要原因，南方某省电力公州 ２００９年组织对管辖的９个地市局一个级别 域进行 然而，故障快速复电采用何种自愈模式实现，即是 ５８ ｌ电 技术 ２ｏ１１年第９期 全面收资，深入统计和分析２００９年以来的故障类 型、故障设备、复电时间等信息数据。如图１和图 ２所示，ｌ０ｋＶ配电网的故障数量、故障类型与故障 位置密切相关，架空线路及其配套设备故障发生频 次远远大于其他类型，特别是用户架空线路及其配 套设备。 ６０％ 茎塑 丝 墼 笪盟【＿匕型！ ！！ ｌ ｓｄ ｔ％ ２０％ ｊ ３９％ 朝％ 一 １２％ Ｉ１％卜 … … 一～～ ～ ～～ ～……。 … “～ ’ 一 ｝缱 奇￡线 低腰 Ｈ 眦 新 图１故障数量与故障位置关系图 渤 ∞ ０ 黪 ◇ ｉＫ ≯线 Ｋ ’ 线 跌 式炼断嚣 低 开必 甑雎炼缝 电缆 燮｛ 挂｝ 开关 袋中表辅 ｊ ｊ 避雷嚣 Ｊ ｒ－它 ｌ 它 图２故障类型与故障位置关系图 故障复电可分为五个阶段，即故障报告、急修 人员到位、故障定位、故障隔离和故障修复，所用 时间也不相同。如图３和图４所示，故障复电时间 与故障位置和类型密切相关，一是ｌＯｋＶ中压故障 平均修复时间远远大于低压故障修复时间，二是故 障定位、故障隔离和故障修复的时问所占比例较大， 远远大于故障报告和急修人员到位时间。 ２故障快速复电自愈模式建设思路 城市电网故障快速复电的自愈模式建设，就是 解决１０ｋＶ配电网故障快速定位、隔离和非故障区 段快速复电的技术手段问题，重点是ｌＯｋＶ架空线 技术与应用 路和架空电缆混合线路，实现故障线路的知停电、 少停电和防停电。 圩钟） 备 故障 均 ｝赶【｝＇】问（２００９） ｆ吖ｉ、 ｒ，乏 Ｔ接线及低ｆ｛’ 低 分芷线敞 燎”放障 战∞ 图３ 中低压故障平均复电时间 敞 急修人放辩 故障 故障 总 报凼 酗刮位定ｆｉｔ，： 离 修复 时蚓 图４ 中压故障复电各阶段所用时间 ２．１知停电自愈模式建设思路 要实现故障快速复电，首先需提高配电线路及 设备的自动化监测水平，解决“故障点在哪”问题， 也就是知停电自愈模式建设。知停电自愈模式建设 包括两个方面，如图５所示，一是在１０ｋＶ配电线 路上布置“千里眼”智能终端或智能设备，实现对 配电线路运行情况进行监测，在发生故障情况下能 准确发送故障信息、停电信息给局端故障定位系统。 二是在局端建没故障定位系统，将变电站ＩＯｋＶ馈 出线开关的变位信息和保护动作信息、１ ＯｋＶ馈线分 段开关与分界开关的变位信息和保护动作信息均接 入该系统，实现“故障点在哪”的半自动或人：Ｉ 快 速定位和隔离。 在有条件的大中型城市或城Ｊ节核心地区，可建 设配电自动化系统取代故障定位系统，打通自动化 系统和配电生产运营指挥系统之间的信息传递，通 过“站一线一变一户”拓扑关系，实现在ＧＩＳ图上 “故障点在哪”自动快速定位、故障自动隔离和非 ２０１１年第９期电鼍技７ｌｔ Ｉ ５９ 技术与应用 故障 域自动恢复送电。 变ｌ耗辫， 图５配网故障知停电建设示意图 图６配网故障少停电和防停电建设示意图 ２．２少停电自愈模式建设思路 少停电白愈模式建设，主要是解决“故障停电 范围和停电时问最小化”问题。按照１０ｋＶ馈线分 段原则，在馈线线路上合理安装带自动化功能的智 能分段开关、分支线开关，减少每一段线路用户数， 缩小停电影响范围，实现供电线路小区间化，如图 ６所示。分段点智能分段开关，可选择就地智能自 愈方式自动检出和隔离故障点，也可选择集中自愈 方式检出和隔离故障点，而联络点智能分段开关， 由于需承担转供电角色，尽可能实现远方遥控以快 速复电。 ２．３防停电自愈模式建设思路 防停电自愈模式建设，顾名思义是预防停电的 自愈模式建设。 首先，分支线路加强分支分界开关、用户分界 开关建设，提高支线和用户故障时拦截能力。用户 线路是故障频发区域，故障发生后容易扩大停电范 围，造成责任纠纷。若能在分支线路、用户线路Ｔ 接处（责任分界点）实现支线故障、用户出门故障 的快速拦截，如图７所示，防止某一用户故障引起 主干线及相邻用户停电，将有效地减少站内出线开 Ｉ ６０ Ｉ电皇目｛技７ｆｃ ２０１ １年第９期 关故障跳闸率，缩小停电范Ｉ制。 其次，主干线路加快环网线路的建设，提岛眦电 线路故障时转供电能力，图７为采 ＝ 分段 ．连接供 电方式来提高故障转供电能力。在有条 ：地 ， 备 合环转电条件的线路可推』、‘应Ｊ｝］合环转电技术。 电 源 图７三分段三连接供电方式图 ３主干、分支、用户故障就地智能处理 １ＯｋＶ架空线路和架空电缆混合线路 多 Ｊ 城镇及远郊区，要实现故障线路的快速复电，综合 投资少、见效快、易实施、免维护等 豢，最仕 决方案为就地智能馈线自动化。图ｌ—ｆＪ他 的 城市电网ｌＯｋＶ供电线路网架结构图， 分 ０就 主干线路、分支线路和Ｔ接用广ｌ线路，研究 ・ 就地智能处理的建设模式。 ３．１ 主干线故障智能隔离 主干线路故障就地智能处理的［｛标足灾现 停 电和少停电，可选用电压时『ＨＪ型自动化分段 苘Ｊｆ 关。当线路发生短路故障时，变电站“｛线丌天保ｊ，１ 跳闸，通过变电站出线开关的熏合闸 １线路Ｉ 分段 开关电压时间的逻辑时序配合，完成ｔ卜线路 路 故障的隔离和非故障区问恢复送电。 线路发 ｌｉ ｒｆＬ 相接地故障时ｆ”，变电站接地选线装 选 故障线 路，通过手动拉合站内出线开关和线路ｌ 分段川：火 电压时问的逻辑时序配合，完成 ｒ线接地敞障的 隔离和非故障区间恢复送电。 ３．２分支线故障智能拦截 分支线路故障就地智能处理的臼标足实现 停 电、少停电和防停电，可在分支线 端设 分支分界 点，选用分支分界断路器智能没备，防上卜线停电。 当分支线发生短路故障时，依靠分支分界断路器 变 电站出线开关的保护级差配合，抢先ｔ变电站出线丌 关跳闸，自动拦截分支线路的短路故障，仃效减少变 电站出线开关跳闸率。对于线路较长的分支线路， 合理设置电压．时问型自动化分段开关，实现分支线路 少停电，其动作原理和主干线分段开关类似。 当分支线发生接地故障时，如果足小电阻接地 系统，与分支分界断路器拦截短路故障处理方』弋类 似，如果是消弧线圈接地系统，与主干线自动隔离 单相接地故障的处理方式类似。 ３．３用户线故障分界不出门 用户线路故障就地智能处理的目标是实现知停 电和防停电，可在用户Ｔ接点选用用户分界开关智 能设备“看门狗”，故障不出门，防主干线和相邻用 户停 。加装看门狗的用户线路，当用户侧发生 故障时，看门狗可自动切除用户侧接地故障和自动 隔离用户侧短路故障。如图８所示，用户分界开关 利用故障发生时界内与界外明显的故障电流差来判 别和定位故障点，该方式故障检出隔离原理适合于 中性点经小电阻、消弧线圈和不接地系统。对于消 弧线圈接地系统的长电缆线路，可结合五次谐波和 间断角等方式进行接地故障检出。 ７ （１：电 侧对地电窖、ｃ２： 荷侧州地电档 ＺＣＴ： ‘筝序电流 感器 图８分界开关故障检出隔离原理 ４智能设备的选型与布点 主干、分支、用户故障的就地智能处理，离不 开智能设备的合理选型与布点，既要能实现故障快 速复电，也不能增加安装调试和运行维护工作量。 ４．１智能设备选型 智能设备的选型，除考虑其智能化功能外，应 重点关注一二次设备之间的接口问题。一是国内馈 线开关种类繁多，虽可按国家及行业标准规定型式 大类及耐压、开断、操作电源等主要技术要求，但 对操作功耗、储能过程方式、接口规范等与一二次 配套相关的重要环节的细节技术要求难以从标准中 进行统一。二是不同厂家的技术水平和制造能力差 异较大，造成配网工程中接口问题众多。三是电力 公司目前缺乏对接口和过程参数的质量验证手段和 机制，且需要额外增加较大的投入。因此，选择免 维护、免调试智能成套设备避免了因接口而引发的 诸多问题，可以在工厂内调试，现场不产生多余的 停电次数和停电时问。 智能设备的选型还需考虑后备电源，由于蓄电 池受高低温环境影响一般寿命３～５年，若后备电源 主要用于实现开关分闸操作和掉电后故障信息、开 关动作信息上传，．建议选择免维护超级电容，在线 技术与应用 路掉电后可维持１０ｍｉｎ左右运行时间，也可长期适 应恶劣高低温环境。 ４．２智能设备布点 主干线和分支线分段点智能设备，应综合长度 相近、负荷相近、用户数相近的原则，并结合线路 实际情况进行合理分段布点。分支分界点智能设备， 应选择运行负荷较大、故障率较高的公网大分支线 路首端布点，作为隔离支线故障用。用户线智能设 备，应选择线路长、设备老旧、故障频繁的用户线 路或运行负荷较大、故障率高的公网小分支线路Ｔ 接点安装。 ５故障快速复电自愈模式工程实践 中山供电局１０ｋＶ配电线路采用中性点经消弧线 圈接地系统，城镇以架空线路为主，雷击瞬时性故障 较多，单相接地故障为主。２００８年９月，中山局提出 了以提高站内出线开关重合成功率、快速隔离故障 点、躲避瞬时性故障、缩短故障停电范围的馈线自动 化建设思路，经过技术论证和筛选比较，最终选择主 干线建设电压时间型和分支线建设分界开关型的馈 线自动化自愈模式，并先后在１６个镇区实施。 如图９所示，主干线路安装电压时间型智能设备 ＦＳ作为分段开关，配套三相．零序组合式电压互感器， 通过变电站出线开关ＣＢ的重合闸和线路上分段开关 ＦＳ电压时间的逻辑时序配合，完成主干线路短路故障 的隔离和非故障区问恢复送电，通过变电站接地选线 装置、手动拉合ＣＢ和线路上分段开关Ｆｓ电压时间的 逻辑时序配合，完成主干线接地故障的隔离和非故障 区问恢复送电。分支／用户线Ｔ接位置安装带重合闸功 能的分界开关智能设备ＰＳ，快速隔离用户侧短路故障 和切除用户侧接地故障，躲避用户侧瞬时故障，避免 波及主干线路及相邻用户。通信层采用ＧＰＲＳ无线通 信，第一时间上报线路故障信息和停电信息。主站系 统层建设配电自动化系统，实现拓扑分析与数据解 析，及时短信自动通报给一线运行维护人员，快速故 障定位和指挥复电。 图９中山１０ｋＶ供电线路示意图 （下转第６４页） ２ｏ１ １年第９期电气技玳ｌ ６１ 技术卜ｊ应用 ３ 工艺选择 温度传感器的结构对于整个温度监测系统是至 关重要的环节。除了要求热阻小，热传递时间常数 小以外，更要求传感头与外表面的导热面之间有足 够的电绝缘强度。本技术选择的是ＮＴＣ型温度传感 器，ＮＴＣ型传感器是一种非线性电阻元件，其电阻 值与其当时所处点的温度成反比，由于ＮＴＣ材料本 ＰＬＣ或上位机向继电器发出控制信 ‘，切断ｉ－ｌｌｌｌ路， 对整流元件实施保护，防止整流元付：烧毁；小 测 保护装置中，处于不同的土电源电 ｌ】：的电路通过 直流电源中的变压器、光隔离器件实现 』 它ｌＵ路 之问的隔离，保证了装置的安 运行。小技术小仪 适用于保护整流设备中的整流冗 ：，也通ＪＩ¨ 其它设备中的大功率电力电 元器什，能避免 流元件或其它大功率电力电了元器件 电流过人或 质上属于半导体材料，所以其电阻的温度系数不同 于一般金属材料那样成线性关系。因为其体积小， 而且电阻随温度而变化的灵敏度比较高，因此更适 合作为整流元件温度检测之用。 冷却不良致使温度过高而烧坏，可有效保护人功术 电力电子设备中的大功率电力｝乜 兀器什，使哎箭 能够安全运行。 参考文献 ［１］ 电子设备连接器．试验和测量．第４—１部分：｝ 试验．试验４ａ：耐电压ＩＥＣ ６０５１２－４—１—２００３，Ｉ… 标 出版社． 【２］机床电气、电子和町编程电ｒ控制系统咐Ｊ 试验 范ＧＢ／Ｔ ２６６７６—２０１ １．中圜标准｝“版祉． 实际应用中温度传感器的外壳对整流元件散热 器（阴极／阳极），在结构上还是要保证２０００Ｖｒｍｓ（持 续１分钟）的绝缘强度，必须考虑温度传感器本体 的耐压，不能将传感器的绝缘作为主绝缘使用，这 是设计中应该着重考虑的基本安全要求。 ４ 结论 本技术利用温度检测电路采集整流元件的温度 【３］ 工业机械电气设备耐压试验规范ＧＢ／Ｔ ２４３４４—２００９． 中国标准出版社． 模拟信号，此信号经多通道Ａ／Ｄ转换器Ｕ５转换为 数字信号后，进入ＣＰＵ进行处理，得到温度值，最 后信号被送到ＰＬＣ或上位机。当某整流元件因工作 作者简介 张宁，（１９８１一），女，助理工程师，保定莱特整流器股份钉 公卅 电流过大或冷却不良或其它原因引起温度过高时， （上接第６１页） 中山市ｌ６个镇区己投运超过３０００套电压时间型 智能设备和大量分界开关智能设备，运行可靠，已多 次成功隔离故障，如神湾供电公司已有４次成功记 录，可准确检测并成功定位故障，隔离准确率８３％； 故障段定位平均时问从投运前２．２ｈ缩短到投运后的 ０．５ｈ内，整体有效地提高了供电可靠性。 防停电的就地智能白愈模式，是实现城ｆ 电 故障 快速复电行之有效的馈线自动化技术手段， 仃投 资少、见效快、易实施、免维护的特点，仃很 的 推 价值。 参考文献 【Ｉ］ 郭上华，肖武勇，陈勇等．一种实片ｊ的馈线单 披地 故障区段定位与隔离方法【Ｊ］．电力系统自动化，２００５， ２９（１９）：７９—８１． ［２］ 杨绍军．基于智能开关设备的配电 线路ｆＪ动化技 ６ 结论 城市电网故障快速复电的自愈模式建设，即是 技术问题，也是经济问题。本文综合技术、经济等 因素，从实用化角度出发，针对故障频次较高的架 空线路和架空电缆混合线路如何实现快速复电，提 出了围绕主干线、分支线和用户线分别进行知停电、 少停电、防停电的自愈模式建设思路，并对就地智 能馈线自动化智能设备的选型和布点进行总结与思 考。工程实践表明，文中提出的知停电、少停电、 术【Ｊ］．电力设备，２００７，８（１２）：６—９． 作者简介 郭上华（１９７７．），男，硕士，高级Ｉ：程师，副总经理，从粤 Ｉ也１ 动化ＦＡ模式及智能设备、智能终端的研究开发Ｌ．作。 ６４｛电毒｜ｌ技贰 ２０１１年第９期
