县域配电网自动化建设的探索

2022-11-26陈海龙黄华生

农村电气化 2022年10期

陈海龙，黄华生

(南方电网福建南安市供电公司，福建南安 362300）

我国10 kV架空型配网存在着占比大（达83.82%），点多面广、绝缘等级低易受自然灾害影响、故障多发等客观现象。故障的管控有以下4个主要痛点：（1）小电流接地故障选线准确率不高，仍以“变电站选线+人工试拉”为主，正确率仅60%左右，人工试拉影响用户感知；（2）线路无分段保护或保护无法配合，无法“选择性”跳闸，停电范围扩大；（3）调度“盲调”进行故障抢修指挥，现场设备状态信息未采集，调度只能通过现场人员的反馈情况开展指挥；（4）故障点查找基本依靠“人海战术”，一线运维人员仅能通过用户报修获知故障信息。

以上痛点将引发故障“停电范围大”“停电时间长”以及人员作业风险大等问题，给供电企业带来安全与服务的双重压力。传统配电网这种发展的不平衡、不充分，无法很好地满足配电网高质量发展需求，亟须提升配电网自动化及运维管理水平。

1 县域配电网自动化建设实践

2014年1月，南安市供电公司基于故障指示器的故障定位研判，同时综合应用IES系统、配网PMS、用电采集等系统开展10 kV架空配电线路短路、接地、断线等故障的综合研判，进一步缩小了配网故障查找时间长的问题。

2015年，对在运柱上开关进行改造，尝试应用“三遥”开关的状态监测、遥控隔离、自动重合闸、保护级差配合等功能，开始利旧改造“三遥”开关。

2016年，承接省级配电自动化系统“接地故障研判功能”试点。年底完成了故障指示器、“三遥”终端接入配电自动化DMS系统，取消原有的小主站系统，逐步开展DMS系统深入应用。

2017年，承接省级配电自动化系统“远方修改定值功能”试点。开始尝试应用新型一二次融合“三遥”开关，实现配电线路短路、接地选择性跳闸。5月，打造配电自动化多种示范模型。

2018年至今：梳理“一线一案”标准化配电化线路模式推进“三遥”建设，按照“三个一”（建设一条、成熟一条、应用一条）原则，加强“两项管理”（配电自动化建设标准及质量管理，配电自动化实用化应用管理），推进“三项工作”（推广“三遥”终端应用、优化继电保护配置、准确单相失地定位）。

县域配电自动化应用应从简易的故障指示器入手，明确配电自动化的本质作用（缩小故障范围），研发柱上开关智能终端应用，进一步应用如何快速隔离故障的方法策略，提高正确动作率。

2 县域配电网自动化技术和设备创新

架空型配电自动化的成熟应用主要体现在柱上智能开关及其FTU终端功能研发应用，在这个基础上研发一二次重合闸功能应用与配合。

县域配电网技术创新体现在破解小电流单相接地中，在提供较多实践经验和实际运行工况中，提供参数判据的分析和模糊计算模型实践应用，小电流接地系统发生单相接地时，如何快速发现，精确定位，柱上开关不仅要能够实现配电线路短路故障的研判，单相接地、断线缺相等其他类型故障能够实现较高正确率的研判，最终实现精确定位、主动快速隔离。

为尽量缩小故障范围，柱上开关能够实现保护多级差选择性配合。FTU终端具备实现配电线路保护定值的级差配合与在线远方定值整定修改，能够选择性动作进行故障“选段”隔离。

配电线路经常受线路技改切割、运行方式调整，潮流发生变化，要求FTU终端保护定值应能自适应调整整定。尝试性开发实现开关根据所在线路的负荷潮流变化，“自适应”切换保护定值和在线调整零序电流定值等功能。

柱上开关智能终端信息融合深度交互共享，实现各类数据灵活接入，实现联络线路计量功能等，营配调信息融合共享与交互。

柱上开关为实现上述功能，在县域配电网自动化建设中主要应用融合设备（EVCT内嵌）。融合设备从运行数据上比成套设备的优势体现在以下几个方面。

波形稳定性上。融合设备采用电子式互感器，成套设备采用电磁式互感器，融合设备的波形稳定性要好于成套设备，同时功耗较优。其二采样精度较高。融合设备的采样率为128点/周波，要高于成套设备80点/周波。

电压判据完整：成套设备（柱上型）只采样2个线电压，融合设备可采样3个相电压，断线时，相电压下降幅值要大于线电压，即使采取同样的过滤判据，通过相电压判定缺相故障的准确率也要高于通过线电压。

融合设备依赖运行经验：均配置一定的波形过滤措施，如采用零序电流、零序电压、负荷电流等过滤判据，或某厂商设备采用零序电压、相电流角度差等过滤判据。而主流成套开关的过滤判据仅零序电压一种，极易误判。

安装运维方便：采用内嵌式电子式互感器对比电磁式互感器，融合化设备安装环节减少了互感器二次侧接线流程，波形稳定性、线损、失地故障、缺相故障识别能力优于普通成套柱上开关设备。

柱上开关能够满足运行人员的操作和功能投切，如绝缘操作棒的拉勾操作不仅包括分合闸检修，还包括重合闸功能投切也能应用。其余终端功能性压板简化或全部取消，压板投退全部由远方后台重置实现。

3 县域配电网自动化技术的成效

试点县域配电自动化覆盖率得到提升，完成357回线路自动化改造，上线融合智能开关设备1631台，覆盖率67.36%。配网保护正确动作率提高，相间短路故障保护动作正确率98.2%，单相接地故障保护动作正确率95.5%。供电可靠性提高，5年间从99.376%提升到目前的99.983%。

配网自动化平均故障感知时间等大幅度缩短，35.4 min下降到4.6 min，平均故障定位时间从93.3 min下降到33.6 min，平均故障复电时间从264 min下降到159 min，接地故障研判隔离时间从10 min下降到1 min，安全更加可控。

配网运行经济效益估算可观，累计动作474条次，估算可产生经济效益144.76万元，减少电量损失374.59万kWh。

4 县域配电网自动化新的研究方向

一二次融合柱上开关（ECVT）虽然比成套更为小型，但其安装和运行仍受杆塔结构、停电影响、增加线路开断点等约束，若能够增加高精度的故障指示器，进一步研发应用其数据采集的稳定性，有利于缩小故障研判的范围。所以，故障指示器必须配合高精度采集器，能够捕捉单相接地暂态值的波形，采用小波比较等相关原理进行故障研判，捕捉接地或断线暂态信号。有些厂商研发的产品较为成熟，但缺少大面积的应用，产品格较高。

配电自动化主站DMS系统的研判应综合用户采集系统，随着用户采集系统中HPLC电能表的推广，对用户采集系统的公专变压器三相变化情况的大数据在几秒种内进行逻辑判断一般是能够实现，再综合变电站母线电压变化情况形成数据判断。对小接地系统各种故障类型（如负荷侧断线接地、电源侧断线接地等）自动研判，并提供列表形成推图以供运维人员比较，由此进一步研判分析确定故障范围，减少误研判误分析而出现故障巡视查找时长等问题。

主站式的多终端同步数据召测，并在DMS主站端对大数据综合应用分析比较，多数据的召测能够提高研判正确率，同一单元线路超末端，由于能够检测到的终端较多，通过大数据计算得到的准确率会越高。

智能柱上开关设备终端应具有嵌入过滤判据，过滤非单相接地故障波形，提高最终研判可靠性。终端功能应具有就地的缺相故障等研判基本功能。

电池寿命须提升。柱上开关终端功耗应得到节能控制，有利于将终端的寿命延长至20年。这有赖于国内电池技术的发展。