电力系统配电自动化及其对故障的处理

叶友桥，杨 森

（国网陕西省电力有限公司石泉县供电分公司，陕西 石泉 725200）

0 引 言

电力系统配电自动化中，配电网以网架等设备为基础，使用大数据和计算机等技术处理电力系统故障和收集信息，完成各项自动化操作工作。使用自动化技术，可以有效提高电力系统的运行质量和运行效率，判断系统的运行状态，并且能够精准预测系统的故障，便于开展维护和调节工作，提升故障处理效率。

1 电力系统配电自动化构成

1.1 主站层

主站层可以通过子站层获取数据信息，而且可以严格监视配网的运行状态，从而及时完成对非故障区、故障区的诊断，恢复正常供电。在运行过程中，配网的主站层能够分析电网的运行状态，根据情况发出指令，管理和控制配电系统，保证配电系统的稳定和安全[1]。

1.2 子站层

由于电网系统相对庞大且复杂，为实现信息管理、控制方面的需求，避免主站层的负荷过高，需要设立子站层完成简单的信息处理、管理工作。子站层会初步处理信息，完成部分控制工作，并将部分重要信息提供给主站层。通过设立子站层，可以提升系统运行管理的实时性，更加有效地收集电网中配电区域信息，经过处理后可以直接将数据和信息转发给主站层。子站层使电网可以更为精确地分析数据，确定系统故障地点，提升配电网管理工作效率[2]。

1.3 通信层

通信层包括各类通信设备、通信线路等，可以使用无线通信技术、有线通信技术完成通信任务，满足通信需求。常用通信技术包括光纤、5G 通信网络、Wi-Fi 等，通信层可以确保电网终端和主站、子站之间的通信，满足对电网控制的需求。

1.4 终端层

终端层由终端设备构成，主要功能是执行控制指令和采集数据信息，同时为子站提供丰富的数据信息。终端层的主要设备包括配电开关监控终端（Feeder Terminal Unit，FTU）、数据传输单元（Data Transfer unit，DTU），能够自动化控制设备，执行主站和子站的控制指令，直接影响和决定设备的运行状态。

1.5 馈线自动化技术

在电力系统运行过程中，馈线自动化技术能够监控设备运行状态，完成设备的数据采集工作。在空座过程中，需要根据运行设备的电压、馈线电流和开关状态等信息，控制线路自动开闸、合闸。如果系统存在负荷分布不合理的情况，则要调节电力设备，实现负荷平衡，改进系统的运行质量。馈线自动化技术能够有效优化系统的运行质量，当系统出现故障时，及时切除故障区，使故障区快速恢复正常供电，在供电可靠性方面的优势十分明显[3]。

2 电力配电系统故障原因

2.1 用电量需求增加

随着经济的快速发展和生产力水平的提升，社会对电力的需求明显增加，配电网络的运行压力明显增大。部分配电网络设备在巨大的负荷下开始快速老化，进而增加故障概率。

2.2 外力因素导致配电故障

随着城市建设项目增加、城市面积逐渐增大、房屋建筑项目增加以及大量高架桥建设等，都可能由于施工建设中出现意外情况，破坏电力线路，从而影响配网的运行。外力因素不仅会造成配电网络的不稳定，还可能引发比较严重的安全风险。

2.3 自然因素

很多配电网络系统故障都由自然因素造成。如果出现雷击故障，可能会直接损坏线路或者造成线路被烧毁，特别是在野外架空的线路容易受到雷击，从而发生火灾，对整个配网系统造成影响[4]。在农村地区，风力相对较大，电网系统维护建设水平也相对较差，电网的抗风能力相对不足，造成电网线路被大风吹断。

3 配网自动化常见故障和处理技术

3.1 主变压进线故障

电力系统中，主变压进线故障由瓦斯保护和主变跳闸引起。在瓦斯需要进行保护动作时，如果出现进线失压的情况，进线的电压会提升到110 kV，瓦斯继电器发现电压异常后，就会进行瓦斯保护动作，切断进线电压。主变跳闸如图1 所示，在电力系统失压后，系统就会跳闸，影响线路的正常供电。

图1 主动跳闸示意图

在主变电压失压故障处理后，需要根据需求安装保护装置，以有效控制失压的情况。技术人员应根据配电网的温度控制要求安装保护装置，防止温度过高出现油气分离的情况，确保配电保护的精确性[5]。针对变压器的故障，会自动发出警报，便于维修人员开展维修工作。对于110 kV 配电线路故障，可以使用保护装置自动切断变压器的电闸，之后工作人员需要检查目前是否存在自投情况。如果没有自投的情况，则闭合母线开关，保证电力系统正常运行。

3.2 框架保护动作故障

框架保护故障出现时，应及时切除故障，并及时恢复电力系统。在框架保护中，如果发生泄漏的情况，将会通过直流开关、交流开关跳闸实现保护，此时供电系统也从双边转换为单边，增加电力系统的负荷，而且会导致电力系统框架保护范围内出现停电等问题。对于这类故障，可以在电网中增加电流保护装置，而对于大型公共设施的电网，可以增加3 个以上的电流保护装置。例如，进行铁路电网保护时，一般需要加入4 个电流保护装置，一旦配电系统整流器出现故障，配电自动化系统就会启动保护装置，避免电网中的馈线受到影响，并且可以跨区消除开关故障，确保电力系统的稳定运行。

3.3 环网电缆故障

环网故障是南方的电网经常出现的问题，在冬季和夏季可能会出现冷热交替导致电缆包塑不锈钢在紫外线的作用下损坏的现象，内部钢带分离出来，并将电网割伤，造成电流无法正常通过电缆，还会产生保护动作，并发生跳闸，影响电网运行。因此，需要技术人员结合故障类型采取相应的措施，及时切除存在故障电缆的区域，如果外观出现损坏，应该及时进行电缆更换。

4 电力系统配电自动化强化措施

4.1 强化信息管理工作

通过提升信息管理效率，能够提高电力系统的运行效率，及时发现电力系统存在的运行问题。配电自动化系统的功能比较丰富，可以提供大量动态数据，进行信息的实时读写和查找工作，保证信息提供处理信息的实时性，而且可以根据情况及时确定问题的根源，然后根据操作规范实时管理和控制目标[6]。通过从远到近地收集和分析配电系统的实时运行信息，可以监控系统运行过程，正确判断系统存在的故障，满足系统自动化处理需求。在加强信息管理时，应该强化数据库建设，使用大数据分析技术深层次分析信息，减少数据变化所导致的错误，建立科学的数据模型实现信息收集的落实，保证信息管理工作的质量和效率。

4.2 强化安全管理工作

安全管理工作对电力系统的运行有着十分重要的意义，配电系统如果出现安全问题，将会影响区域供电，而且会严重地破坏设备。为解决安全问题，需要将危险控制在合理范围内，防止对电网造成严重的破坏。通过使用配电自动化系统，能够快速控制故障，有效缩小安全问题的波及范围，并根据需要快速重新构造配电系统，减少对正常生活造成的影响。可以引入智能化系统，开展对配电自动化系统的控制工作，降低在系统运行中调节导致的电网波动，快速制定电网的切断策略和运行策略，确保电力网络的稳定性。

4.3 加强配电自动化终端管理

开展配电自动化终端管理工作时，应完善配电自动化终端的运维工作，获得准确的信息。巡视工作中，对于一次设备，需要检查开关方向是否满足要求，如箱体表面是否存在锈蚀问题、查看电磁套是否存在裂纹；对于终端设备，应检查设备是否光洁，二次端子节点部分是否存在松动问题。不同的设备，巡视周期也有所不同，配电自动化终端运维人员应定期开展巡视工作，如环网柜、DTU、光网络单元（Optical Network Unit，ONU）的巡视周期为14 d，柱上开关、故障指示器、FTU 的巡视周期为30 d 等。

4.4 加强对电网的改造

为增强配电网的稳定性，开展电网架设等建设工作时，应该根据城市发展状况计算城市对电力的需求，规划配电网容量，保证电网安全的同时确保城市的供电质量，并改造和规划城市电网的整体结构，提升电网结构的合理化，满足城市的生产、生活需求。例如，应该全面发挥自动化模式的优势，将电网转化为环网模式，如果配电系统出现故障，依靠智能系统快速确定故障的出现位置，实现对故障的有效处理，防止出现更为严重的风险。

4.5 提升电网抵御自然灾害的能力

加强配电网络对自然灾害的抵御能力，加强事前预防和事前准备工作。因此，需要提升配电网络中绝缘子的防雷等级，有效控制雷击所导致的闪络故障，可以加强对悬式绝缘子的应用，有效提升抗雷等级。结合地区的情况需求，要合理安装避雷装置，为避免线路受到雷击，可以在较长的输电线路上安装防雷装置进行避雷。同时，要加强对薄弱环节的保护，保障整个配电网络的绝缘性能。

5 结 论

配网自动化系统的故障来自不同方面，在处理过程中，需要结合配网自动化系统的故障原因使用处理技术，有效解决配网自动化系统故障，提升配网的稳定性。同时，要加强相关技术的使用，促进配网自动化系统的优化，有效抵御外部因素导致的故障。