电力系统配电自动化及其对故障的处理分析

2016-11-09刘郑良长沙市轨道交通集团有限公司湖南长沙410000

低碳世界 2016年29期

关键词：主站馈线接触网

刘郑良（长沙市轨道交通集团有限公司，湖南长沙410000）

电力系统配电自动化及其对故障的处理分析

刘郑良（长沙市轨道交通集团有限公司，湖南长沙410000）

近几年，电力系统的配电自动化应用变得越来越广泛，配电自动化出现的故障也越来越多，基于此，本文主要对地铁电力系统配电自动化系统常见故障、地铁电力系统配电自动化的基本构成进行了分析，并提出了应对电力系统配电自动化的基本的措施。

电力系统；配电网；自动化；故障处理

1 引言

城市配电系统发展的步伐也不断加快，配电技术的提高以及发展规模的扩增，传统供电技术稳定不变的发展已经无法正常满足人们的需求，只有不断引进发达国家的先进技术以及发达地区的先进配电系统，相应地根据我国实际情况进行技术的结合和改善，以及制定一些比较合理的管理方案和实施，可以有效地促进传统配电系统的升级和顺应时代变化发展。

2 地铁电力系统配电自动化系统常见故障

地铁供电系统中，凡是由于工作失误、设备状态不良或自然灾害引起的供电设备损坏、中断供电以及严重影响运营服务的故障有如下几种：

2.1 主所退出运行

故障现象：主所的110kV两路进线电压显示为0，主所35kVⅠ、Ⅱ段母排电压显示为零；主变低压侧开关跳闸，地铁全线一半车站停电。

2.2 一台主变压器故障或一路110kV进线失压故障现象

一台主变差动、瓦斯保护动作跳闸，一路110kV进线失压保护动作，主所35kV母联310开关自投。

2.3 环网电缆故障

故障现象：线路差动保护动作跳闸，故障电缆进线变电所35kV母联100开关自投。

2.4 框架保护动作

故障现象：①电压型框架保护：负极柜电压型框架保护动作，整流变交流进线开关，直流进线开关及直流馈线开关跳闸，接触网单边供电；②电流型框架保护：a.EP-1框架泄露保护动作，整流机组交流进线开关和直流进线开关跳闸，直流馈线开关不跳闸，接触网通过直流母排越区供电。b.EP-2框架泄露保护动作，整流变交流进线开关、直流进线开关、直流馈线开关和邻所相邻直流馈线开关跳闸，四个接触网分区失电。

2.5 接触网故障跳闸

故障现象：直流馈线开关大电流脱扣、电流速断或DDL保护动作跳闸并联跳邻所直流开关，接触网失电。

3 地铁电力系统配电自动化的基本构成

3.1 配电自动化系统的信息采集

3.1.1 系统总体结构

配电自动化系统由于监测对象多且复杂，通信组织方式多样，所以配电自动化信息的采集宜采用分区分层集结的方式，通信的组织基本分为两层，即馈线端至子站层、子站至主站层。基于这种分层分布的组织方式，系统总体结构分为配电主站层、配电子站层和终端设备层。配电自动化系统的体系结构如图1所示。

图1 配电自动化系统的体系结构

（1）配电主站层

配电主站从各个配电子站获取配电网的信息，对配电网进行全面监视和控制，实现故障诊断、故障隔离和非故障区的恢复供电，分析配电网的运行状态，对整个配电系统进行有效的管理。

（2）配电子站层

对于一些规模较大的城市而言，城市轨道交通也更为发达，而地铁配电网的信息分散的较为复杂，而在主站系统中直接输入采集到的信息则会导致主站系统通信端口数目太多及主站系统负荷压力大的局面，为了确保系统实时性，应在配电网中设置子站来解决，其中由配电子站层对该区域内的信息的采集进行处理，以便完成该区域内处理故障的功能，并向主站系统转发此信息，接收主站所下发信息，特殊情况时和主站配合共同完成配电网的调度管理工作。

（3）终端设备层

终端设备层主要用于配网设备采集与控制，并为配电子站提供系统控制管理需要的相关数据，执行子站/主站所发出的配电设备控制、调节指令。配电自动化系统最终的执行单元就是配电终端装置，其精度与可靠性直接影响到配电自动化系统运行安全，主要组成部分如下：①开关监控单元FTU；②配变监测单元TTU；③环网柜RTU；④开闭所RTU；⑤馈线通信设备。

3.1.2 系统信息的共享

传统的配电自动化SCADA对于信息的采集主要集中在配电网范围，具体对象的属性难以进行灵活配置。新型的配电自动化系统对于厂站信息的采集完全基于普遍的终端设备，对于每个点的属性可以在主站系统进行相应的定义，利用主站的拓扑图形关系进行对象的分类，建立系统概念，使得系统信息在整个配电网范围内进行共享，避免信息的重复采集。主站采集到相关设备信息后，按照系统统一数据格式存储在系统的实时数据库，实现信息的共享，用于系统各个功能模块调用，在各个工作站上实现相应的功能。

3.2 馈线自动化（FA）

3.2.1 馈线自动化功能

馈线自动化（FA）的主要功能为馈线数据采集、监控。通常，过错方对馈线开关状态、馈线电流、电压进行实时监控，令线路开关实现远方合/分闸操作，若是负荷不均匀，可采取负荷均衡化的方式，实现运行方式优化。

馈线自动化基本功能在于迅速切除故障，主要是采取一定的方式将故障区隔离，使得非故障区迅速恢复正常供电。因此，馈线自动化目标在于提高故障切除安全性、迅速性、可靠性。

3.2.2 先进的馈线自动化系统的特点

①故障时对变电站开关没有额外的短路电流的冲击；②无变电站开关和线路开关配合的问题；③无主站也能够完成故障隔离、恢复；④与传统电压型、电流型的馈线自动化相比，其故障处理更加迅速，切除与恢复仅需要3s；⑤无需改造现有变电站保护设备；⑥无需保护间的配合；⑦可判断变电站出线位置故障，防止出现多余冲击；⑧FTU间能够相互通信，其中一台FTU能够充当控制、通信主站；⑨FTU定值能够通过主站系统下达；⑩FTU能够使用网络通信的方式。

4 地铁电力系统配网自动化常见的几种故障及其处理措施

4.1 一台主变压器故障或一路110kv进线失压

主变压器主要设置了两种保护：①反映变压器内部过热所引起的油气分离发展故障的瓦斯保护；②反映纵差范围中的电气故障的差动保护。当1台主变压器出现故障停用，电调立刻通过SCADA系统对跳闸报警类型、开关动作的情况予以确认，由值班人员重点检查主变，并做好相关的信息汇报。若是一路110kV进线失压，主变压器低压侧开关出现跳闸现象，电调需对35kV母联开关的自投情况进行确认，若是未自投，则需及时对母联开关合闸进行操作，快速恢复系统的供电。

4.2 环网电缆故障

电缆的常见故障包括以下两种：①电缆头出现电晕，套管闪络存在破损；②机械损伤，受到外力伤害电缆铠装，铅包断裂。环网电缆故障，电缆两端开关跳闸，故障电缆切除，以故障电缆为进线的变电所35kV母联100开关自投，由一路进线带所辖范围的所有设备供电。此类故障处理的关键是确认母联开关自投，未自投应及时操作合闸。

4.3 框架保护动作

某市地铁2号线和南延线牵引变电所设置两套电流型框架泄漏保护装置，整流器故障通常会启动框架泄漏保护EP-1电流元件。整流机组35kV交流进线断路器与直流断路器跳闸，而直流馈线断路器不跳闸，故障牵引变电所直流母排越区供电，接触网不会停电，而列车处于正常运行状态。直流开关柜发生框架泄漏故障EP-2电流元件动作。整流机组35kV交流进线断路器和本牵引变电所全部直流断路器均跳闸闭锁，联跳并闭锁相邻牵引变电所对应向本区段供电的直流馈线断路器。四个接触网分区失电，发生在中间牵混所电调操作故障牵引变电所解列，通过接触网越区开关实现大双边供电，发生在两端牵混所电调切除故障所发至邻所的联跳信号，恢复接触网单边供电。框架泄漏保护电压元件的测量电压与钢轨电位限制装置的测量电压相同。钢轨电位限制装置拒动以后，负极和地的电位会不断升高，而框架泄漏保护电压元件首先发出报警。若是超过一定时限与电压值，电压元件会发出跳闸信号，把整流机组35kV交流进线断路器与本所全部直流断路器均跳闸，不联跳相邻所馈线开关，接触网维持单边供电，不会对运营造成直接影响。为避免压差打火，适时操作故障所越区开关合闸，恢复大双边供电。