冶金企业配电网自动化故障定位及优化

孙海志

(河钢唐钢能源科技分公司，河北唐山 063000）

引言

冶金企业生产中配电网系统分布范围遍布整个生产工艺，结构相对复杂，配电设备种类繁多并且规格不一，大部分二级生产用电设备不具备开关保护，当配电网系统的故障发生后，不仅要求配电网故障的处理要及时作出响应，同时应准确快速地对故障进行正确识别和精准定位，并实现故障隔离，以最快的速度实现非故障区域的有效供电。应用科学技术手段并积极采取优化措施，提升配电网安全运行管理水平，对配电网安全稳定运行有着十分重要的作用。

1 配电网自动化故障定位技术的内涵分析

配电网自动化技术，基于一次网架和设备，以配电网数据采集和监控系统（SCADA）为核心，借助计算机和电子化传感器技术，利用光纤、载波、无线网络等多元化的通信手段，达到对配电网系统运行情况的实时监控，并同步采集其他系统的讯息，从而对配电网系统实现全过程的状态监测、设备保护、工作状态控制等。倘若配电网发生故障，有关的配电自动化终端设备的故障实时信息将以数据的方式传送到主站系统，主站在收到各种数据信息后，将根据故障区段定位算法自动计算并确定故障所在的区间位置，对有关的配电自动化终端设备下发操作指令，把故障区段从整条线路中分离出来，恢复其他非故障区段的正常供电。

2 配电网自动化故障定位存在的问题分析

根据工作实际情况，通过对配电网现状情况摸底并进行分析归纳，配电网自动化故障定位通常面临以下问题：

（1）线路负荷分布不均衡

个别生产用户由于在最初规划过程中忽视了电网的配置与布局，一些用户无法享受到充足的电力供应，其电能质量较差；一些用户分布相对密集，负荷聚集于线路末端，导致线路布局过于繁琐、复杂，故障定位难度较大。

（2）供电半径不合理

由于生产设备的改造造成很多供电系统的布局规划不合理、不科学，从而导致供电半径的设置也失去科学性，部分区域供电半径过大，而且随着冶金企业发展区域、规模的不断扩大，线路越拉越长，局部线损严重，造成自动化定位准确度下降。

（3）线路线径相对过小

部分线路线径相对过小，由于改造和新建线路困难，无法进行增容改造，造成线路供电能力难以有效地配合用电负荷的增加，从而导致线路局部因为过电流、过电压等而发生受损、短路等故障，发生故障的多是瞬时故障，难以准确定位。

（4）自动化分段开关布点不合理

由于存在各种客观影响因素和配电网系统结构动态变化，导致自动化分段开关未能处于最优的位置，同时，采用无线网络作为信息传输通道的自动化分段开关，由于其信号偏弱或受干扰的原因，导致继保及通信功能不稳定，影响开关动作正确率。

3 配电网自动化故障定位技术的优化应用

由于在配电系统中存在诸多问题难以解决，为此，需要应用科学技术手段并积极采取优化措施，建设企业高水平的配电网自动化系统，当配电网出现故障时能够迅速定位并隔离，从而切实提高配电网的安全运行水平。

3.1 利用重合器与分段器配合进行故障快速定位

重合器与分段器配合使用的配电网自动化技术适用于辐射状或开环运行的配电网络。该配合装置中重合器的作用为：当线路发生故障时，安装在该段线路上的重合器将自动检测故障电流并通过计算分析，在确定为故障后，重合器将自动跳闸，经过一段时间后将自动重合。而在这段时间，分段器负责记忆重合器的分合次数，并进行统计，根据在系统程序中预设的指令，使重合器完成规定次数的分合。在配电网系统中，当发生瞬时故障时，重合器在达到预设的分合次数之前，线路故障已经隔离或消除了，那么，重合器将自动恢复合闸，线路恢复供电，并且经过一定的延时后，分段器将对记忆重合器的分合次数归零并自动复位，以保障系统处于正常运行状态，为下一次故障自动定位做好准备。而当发生永久性故障时，重合器在达到预设的分合次数后，将确认为永久性故障，并自动闭锁，不再重合。与此同时，分段器也将自动分闸并闭锁，从而对故障线路区段进行自动隔离。由此可见，重合器与分段器配合的设备装置，能够实现配电网故障自动定位和隔离目的，并且结构简单、原理易懂、使用方便，但重合器的多次重合会对配电网系统造成一定的冲击伤害，特别是当配电网发生永久性故障时，由于开关的多次分合将产生冲击电流，会令馈线过载、超过负荷极限，甚至会造成线路烧毁断线，事故扩大。

3.2 利用FTU进行故障快速定位

馈线监控终端（Feeder Terminal Unit）简称FTU，其作用为:对用户设备、环网柜以及开闭所等馈线配电装置实现远距离通信、监测、控制以及故障电流的在线监控，通过与馈线主站的通信，向主站提供配电系统运行控制及管理所需要的数据，执行主站给出的对开关设备控制的调度指令，从而实现配电网自动化功能。其结构及工作原理为：馈线监控终端FTU 与配电网自动化主站以及配电网通信网络共同组成馈线自动化系统。当配电网系统发生故障后，配电网生产调度系统将根据FTU 监测到的故障电流及故障电压的信息，通过运算判断故障发生的区域位置，并远程控制开关设备实现自动化故障隔离和恢复非故障区域供电。

根据馈线配电装置控制逻辑的不同，馈线自动化系统可分为主站集中型和就地型两种；其中就地型馈线自动化系统根据开关设备的工作模式的不同，又可分为电压时间型和电流电压型。电压时间型的馈线自动化系统适用于单辐射线路、手拉手环网和多分段多联络的简单网架，不适用于结构较为复杂的网架。由于其操作方便，适用范围较广，以下就以电压时间型馈线自动化为例，对其故障处理工作过程进行分析，分析示意图如图1所示。

图1 馈线自动化（电压时间型）故障处理分析示意图

图1 中S1、S2、S3、S4 等主干线分段开关都配套了馈线监控终端FTU，在配电网系统正常运行时，所有分段开关处于合闸状态，联络点位置的R0开关处于分闸状态。在配电网系统出现故障时，例如甲线S1 开关后段线路发生故障点F，那么，R1、S1、S2 将自动断开，在站内断路器R1 第一次重合后，根据FTU 控制器预定的逻辑延时设置，线路侧S1、S2 分段开关逐级投入，但当投到故障线路段时，控制该故障线路段的S1 开关会由于感受到故障电压而发生再次跳闸，并产生闭锁，甲线S1 开关后段线路停电，S1至S2开关段线路通过闭锁而隔离，此时，联络点位置的R0开关检测到开关其中一侧的电源失压，该联络开关开始延时并进行故障确认，延时值为故障侧线路完成对故障检测确定并闭锁的时间，当延时结束后，联络开关R0 自动合闸，与甲线环网的乙线通过联络开关向甲线故障点F的故障后端正常区间（S2 后段线路）恢复供电。而在配电网系统正常运行时，联络点位置的R0 开关两侧电压平衡，因而保持常开状态。

3.3 利用故障指示器进行故障快速定位

故障指示器结构简单易懂、使用普遍，通过故障指示器进行故障定位是配电网自动化故障快速定位的有效手段之一。故障指示器的工作原理主要为：通过对监测线路的电压、电流信息进行采集和分析，从而判断出配电网中发生故障的地点，此外还对故障信号进行命令、监测和复位。具体的工作原理如图2所示。

图2 故障指示器工作原理图

故障指示器通过对采集到的电压和电流的变化情况进行分析可以得出具体的故障类型。例如配电网中出现短路故障，那么故障指示器将自动发出对应指令并通过通信系统将信号传递给主站，配电网运维人员在接收到信息后就可以对故障进行及时处理。图3 所示为故障指示器工作案例分析图，LA2 与LA3 之间的分支线上发生故障，L1-L4、LA1-LA2 均会检测到故障电流、电压并送故障信号给主站。

图3 故障指示器工作案例分析图

从图3 案例分析图可以看出，假设在主干线L1-L6 及分支线LA1-LA3 都安装了故障指示器，如果LA2 至LA3 线路段出现短路故障点F，这就意味着短路故障点F 的电源侧线路流经了故障电流，这样安装在该电源侧线路L1-L4 及LA1-LA2 等故障指示器都将有短路电流，这样故障指示器将亮红灯并发出故障信号、信息，其中只有安装在L5、L6、LA3的故障指示器未有短路电流，无法触发动作，根据这种逐步排查、逐步深入的方式就能对应定位故障点。

4 结语

配电网系统自动化定位技术是故障定位与检查的一项关键技术，具有高度的自动化、智能化特征，可以实现配电网系统故障的定位，提高故障查找效率，确保及时、高效地发现故障，从而提高故障检修效率，提高配电网系统的运行水平，确保冶金企业各生产用户能够享受到高质量的供电服务。