配電網(wǎng)連接能源生產(chǎn)和消費,是能源輸送和轉(zhuǎn)換利用的網(wǎng)絡(luò)樞紐,處于能源革新的中心環(huán)節(jié)。國家電網(wǎng)公司提出“堅持以客戶為中心進一步提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平”的理念,各省市供電公司也多次在各大會議和報告中提出要踐行“人民電業(yè)為人民”的企業(yè)宗旨,扎實推進國網(wǎng)公司“1135”新時代配網(wǎng)發(fā)展理念的實施,要求優(yōu)化企業(yè)服務(wù)質(zhì)量、提升用戶用電體驗、降低故障停電時戶數(shù),將用戶供電可靠性的重要程度提到了前所未有的高度。
在傳統(tǒng)的配網(wǎng)故障搶修模式下,散亂的故障信息和陳舊的工作流程以及滯后的指揮模式等,直接影響配電網(wǎng)的故障搶修指揮水平。以某市供電公司數(shù)據(jù)為例,由圖1和圖2可以看出,2018年該市供電公司故障停電時戶數(shù)占總停電時戶數(shù)超過2/3,全年一類故障121起,其中單相接地67起,占了全年一類故障的55.37%。由此可以看出,提升配電網(wǎng)單相接地故障搶修指揮水平已迫在眉睫。
圖1 2018年某供電公司停電時戶數(shù)
圖2 2018年某供電公司配網(wǎng)一類故障比例
今年國家電網(wǎng)公司加快建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略決策,為供電企業(yè)革新故障搶修指揮模式、降低故障停電時戶數(shù)、優(yōu)化供電服務(wù)質(zhì)量、提升用戶用電體驗提供了新的實現(xiàn)路徑。
1.1 配網(wǎng)單相接地故障簡介
單相接地故障是10kV電力系統(tǒng)出現(xiàn)概率最大的一種故障。對于架空線路,發(fā)生單相接地故障的具體原因主要有:雷擊線路斷線、設(shè)備絕緣不良,發(fā)生絕緣擊穿接地;小動物、漂浮物及吊車等外力破壞等。對于純電纜線路,發(fā)生單相接地故障的原因多為道路施工的外力破壞引起。
為保證人身安全,我國10kV配電系統(tǒng)多采用小電流接地系統(tǒng),其特點是中性點不直接接地。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時,故障相電壓大幅降低或為0,其他兩相電壓明顯高于額定相電壓或等于額定線電壓,3U0超過動作整定值,變電所內(nèi)發(fā)出接地告警信息,但其三相線電壓依然保持對稱,對供電影響小,依據(jù)調(diào)度規(guī)程規(guī)定,當(dāng)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,系統(tǒng)可繼續(xù)運行不超過2h。
配網(wǎng)單相接地故障容易對正常運行設(shè)備的絕緣造成破壞,同時對人身安全及配網(wǎng)設(shè)備穩(wěn)定運行產(chǎn)生威脅,因此,在10kV配電線路發(fā)生接地故障時,必須在規(guī)程規(guī)定的時間內(nèi)消除接地故障,才能保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
目前,對單相接地線路的識別和接地故障點的定位始終是配網(wǎng)單相接地故障處置中的痛點和難點。只有實現(xiàn)單相接地線路的快速定位和故障隔離,才能減少不必要的用戶停電,縮短故障停電時間。
1.2 現(xiàn)有的接地故障選線定位裝置分析
可將目前配網(wǎng)中應(yīng)用較廣泛的接地選線定位裝置主要分為兩大類:一類是安裝在變電所側(cè)的選線裝置,分別是保護裝置投入零序電流告警輔助選線功能、專用小電流接地選線裝置(如南瑞PCS- 9657D);另一類是安裝在線路設(shè)備上的接地定位裝置,分別是智能柱上開關(guān)(FTU)接地告警、架空線路(電纜線路)故障指示器、數(shù)據(jù)傳輸單元(data transfer unit, DTU)等配電自動化裝置。
1)保護裝置投入零序電流告警輔助選線功能。該方法以變電所側(cè)出線間隔的零序電流互感器(current transformer, CT)電流為依據(jù),其原理為零序電流比幅法。該選線方法應(yīng)用廣泛,但選線原理單一,經(jīng)消弧線圈補償后穩(wěn)態(tài)零序電流過小,容易造成沒有選線結(jié)果或選線錯誤,在實際應(yīng)用中選線準確率基本只能達到50%左右。
2)專用小電流接地選線裝置(如南瑞PCS- 9657D)。該方法以變電所側(cè)出線間隔的暫態(tài)零序CT電流為依據(jù),通過暫態(tài)比相法、暫態(tài)功率方向法和暫態(tài)比幅法這3種方法進行判斷。該裝置因具有多種判斷方法,故準確率較高。
3)智能柱上開關(guān)接地告警。該方法以分支線路智能開關(guān)的零序CT電流為依據(jù),通過零序電流比幅法選線進行判斷。其優(yōu)點是能具體到某線支線,故障查找速度快,停電范圍小,如圖3所示。
圖3 智能柱上開關(guān)
4)故障指示器。根據(jù)實現(xiàn)的功能可將其分為短路電流故障指示器、單相接地故障指示器和接綜合故障指示器。現(xiàn)廣泛使用的指示器大部分都是短路電流故障指示器,不具有單相接地告警功能,如圖4所示。
圖4 故障指示器
1.3 配網(wǎng)單相接地故障傳統(tǒng)處置方法
在傳統(tǒng)的故障處理模式下,當(dāng)變電所母線電壓出現(xiàn)接地信號時,調(diào)度員一般按照調(diào)度規(guī)程規(guī)定,根據(jù)線路狀況,結(jié)合供電所反饋情況及工單情況依次對同一變電所母線上各出線開關(guān)進行試拉,直至找出發(fā)生接地故障的線路,如此一來,對于多分支、路徑長的故障線路,巡線排故將消耗大量的時間。
如表1統(tǒng)計數(shù)據(jù)所示,雖然試拉準確性較以往有一定程度提升,但還是造成了大量非故障線路和用戶的短時停電,這不僅直接影響到客戶的用電體驗,也對高要求的供電可靠性提出嚴峻挑戰(zhàn)。
表1
2.1 配電物聯(lián)網(wǎng)
配電物聯(lián)網(wǎng)以電網(wǎng)運行狀態(tài)感知、設(shè)備健康狀態(tài)感知和環(huán)境條件變化感知為基礎(chǔ),通過配電網(wǎng)自動化、信息化、互動化的高度集成,實現(xiàn)配電網(wǎng)的全面感知、數(shù)據(jù)融合和智能應(yīng)用,滿足配電網(wǎng)精益化管理需求,支撐能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展,是新一代電力系統(tǒng)中的配電網(wǎng)。
目前投運不久的供電服務(wù)指揮平臺(如圖5所示)以PMS2.0、智能公變監(jiān)測、配網(wǎng)線路在線監(jiān)測、配電自動化、調(diào)度自動化、用電信息采集系統(tǒng)等為基礎(chǔ),依托各平臺數(shù)據(jù)的全面融合,構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的配電網(wǎng)各類數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用服務(wù),并運用大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)挖掘和分析方法,全面提升配電網(wǎng)狀態(tài)的感知范圍和感知能力,實現(xiàn)全景、直觀、可視的配電網(wǎng)運行態(tài)勢和電網(wǎng)狀態(tài)分析,大幅提升了配電運維管控的智能化水平。
2.2 單相接地故障精準指揮流程
為實現(xiàn)配網(wǎng)單相接地故障的精準指揮,在現(xiàn)有的OPEN3000系統(tǒng)基礎(chǔ)上,依靠配電自動化系統(tǒng)(如圖6所示),集成配電線路在線監(jiān)測系統(tǒng)、集中監(jiān)控智能分析及輔助決策系統(tǒng)、配變智能終端系統(tǒng)、營銷系統(tǒng)等多個數(shù)據(jù)平臺;同時接入故障指示器、智能開關(guān)、配變終端數(shù)據(jù)等多維數(shù)據(jù)源,使原本分散的各類故障信息得以集中化處理,并通過配電自動化系統(tǒng)智能研判遴選相關(guān)故障信息,做短信實時推送,從而全面提升調(diào)控員對于故障信息的感知力。
當(dāng)發(fā)生單相接地故障時,調(diào)控員將應(yīng)用配電自動化系統(tǒng)對相關(guān)故障信息進行比對分析,若發(fā)現(xiàn)相同時間有兩個及以上非同源的信號指向同一故障源時,則立即指揮線路運維班組在規(guī)定的時間內(nèi)到達疑似故障點,并對其進行精準隔離。這樣既避免了錯誤的試拉非故障線路,又最大限度地避免故障線路的全線停電,保障非故障用戶的可靠供電,同時大大降低故障停電時戶數(shù)。具體處置流程如圖7所示。
2019年3月2日12:49監(jiān)控匯報:多湖變10kV I段母線接地,UA:10.27,UB:0.20,UC:10.2,3UO:58.53。多湖變電所內(nèi)接地選線裝置顯示接地線路為蔚藍AK1B線,如圖8所示。
圖5 供電服務(wù)指揮平臺
圖6 配電自動化系統(tǒng)(IV區(qū))
同時配電自動化系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障信息:多湖變蔚藍AK1B線施村盾構(gòu)支線65#桿斷路器后段于(2019-03-02 12:48:27)發(fā)生智能開關(guān)接地告警事件。
調(diào)控員根據(jù)精準指揮流程,指揮運維班組在規(guī)定時間內(nèi)到達蔚藍AK1B線施村盾構(gòu)支線65#桿處,對疑似故障區(qū)間進行隔離。在現(xiàn)場班組拉開蔚藍AK1B線施村盾構(gòu)支線65#桿開關(guān)后,變電所內(nèi)接地信號消失,電壓恢復(fù)正常。在之后的巡線中發(fā)現(xiàn),故障由施村盾構(gòu)支線94#桿分支用戶電纜故障引起。
圖7 單相接地故障搶修精準指揮簡化流程
圖8 多湖變10kV I段母線接地案例
在此單相接地故障處置案例中,既沒有試拉變電所出線開關(guān),也沒有拉停故障線路全線,而是直接指揮運維班組到現(xiàn)場精準隔離故障源,避免了全線20多個用戶停電,僅產(chǎn)生了極少的故障停電時戶數(shù)。
該項成果不僅有效避免了非故障用戶的停電,大幅減少了故障停電時戶數(shù),而且減輕了現(xiàn)場班組的故障巡查難度,為基層減負增效,節(jié)約了大量人力物力,產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。
自全面開展配網(wǎng)故障搶修精準指揮以來,該市供電公司故障平均隔離時長與去年同期比較下降了55.3%,預(yù)計有效減少故障停電時戶數(shù)約3738多個,統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。該供電公司僅市本級層面開展配網(wǎng)故障精準指揮6個月以來,就避免減少供電量約74.76萬kW?h,產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益超37.38萬元。
表2
隨著“三型兩網(wǎng)”的加速建設(shè)、配電自動化程度的進一步提高和各類智能設(shè)備投入使用,該供電公司正在探索試行配網(wǎng)單相接地故障自動快速選段跳閘,以期實現(xiàn)在配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時,線路上的智能開關(guān)能自動將故障點隔離出主線路,避免全線停電,進一步提升故障處置效率。