配電網(wǎng)連接能源生產(chǎn)和消費(fèi)，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(guó)家電網(wǎng)公司提出“堅(jiān)持以客戶為中心進(jìn)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(huì)議和報(bào)告中提出要踐行“人民電業(yè)為人民”的企業(yè)宗旨，扎實(shí)推進(jìn)國(guó)網(wǎng)公司“1135”新時(shí)代配網(wǎng)發(fā)展理念的實(shí)施，要求優(yōu)化企業(yè)服務(wù)質(zhì)量、提升用戶用電體驗(yàn)、降低故障停電時(shí)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(shí)戶數(shù)占總停電時(shí)戶數(shù)超過(guò)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(shí)戶數(shù)

圖2 2018年某供電公司配網(wǎng)一類故障比例

今年國(guó)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(shí)戶數(shù)、優(yōu)化供電服務(wù)質(zhì)量、提升用戶用電體驗(yàn)提供了新的實(shí)現(xiàn)路徑。

1 配網(wǎng)單相接地故障分析

1.1 配網(wǎng)單相接地故障簡(jiǎn)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(duì)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(dòng)物、漂浮物及吊車等外力破壞等。對(duì)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(guó)10kV配電系統(tǒng)多采用小電流接地系統(tǒng)，其特點(diǎn)是中性點(diǎn)不直接接地。當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相電壓大幅降低或?yàn)?，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(guò)動(dòng)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(duì)稱，對(duì)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(shí)，系統(tǒng)可繼續(xù)運(yùn)行不超過(guò)2h。

配網(wǎng)單相接地故障容易對(duì)正常運(yùn)行設(shè)備的絕緣造成破壞，同時(shí)對(duì)人身安全及配網(wǎng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生威脅，因此，在10kV配電線路發(fā)生接地故障時(shí)，必須在規(guī)程規(guī)定的時(shí)間內(nèi)消除接地故障，才能保證配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

目前，對(duì)單相接地線路的識(shí)別和接地故障點(diǎn)的定位始終是配網(wǎng)單相接地故障處置中的痛點(diǎn)和難點(diǎn)。只有實(shí)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(shí)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(hù)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(dòng)化裝置。

1）保護(hù)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(bǔ)償后穩(wěn)態(tài)零序電流過(guò)小，容易造成沒有選線結(jié)果或選線錯(cuò)誤，在實(shí)際應(yīng)用中選線準(zhǔn)確率基本只能達(dá)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(guò)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(jìn)行判斷。該裝置因具有多種判斷方法，故準(zhǔn)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(guò)零序電流比幅法選線進(jìn)行判斷。其優(yōu)點(diǎn)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(shí)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?，F(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(hào)時(shí)，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(duì)同一變電所母線上各出線開關(guān)進(jìn)行試?yán)?，直至找出發(fā)生接地故障的線路，如此一來(lái)，對(duì)于多分支、路徑長(zhǎng)的故障線路，巡線排故將消耗大量的時(shí)間。

如表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所示，雖然試?yán)瓬?zhǔn)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(shí)停電，這不僅直接影響到客戶的用電體驗(yàn)，也對(duì)高要求的供電可靠性提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

表1

2 單相接地故障的精準(zhǔn)隔離

2.1 配電物聯(lián)網(wǎng)

配電物聯(lián)網(wǎng)以電網(wǎng)運(yùn)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(guò)配電網(wǎng)自動(dòng)化、信息化、互動(dòng)化的高度集成，實(shí)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(yùn)不久的供電服務(wù)指揮平臺(tái)（如圖5所示）以PMS2.0、智能公變監(jiān)測(cè)、配網(wǎng)線路在線監(jiān)測(cè)、配電自動(dòng)化、調(diào)度自動(dòng)化、用電信息采集系統(tǒng)等為基礎(chǔ)，依托各平臺(tái)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(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺(tái)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(shí)現(xiàn)全景、直觀、可視的配電網(wǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)和電網(wǎng)狀態(tài)分析，大幅提升了配電運(yùn)維管控的智能化水平。

2.2 單相接地故障精準(zhǔn)指揮流程

為實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)單相接地故障的精準(zhǔn)指揮，在現(xiàn)有的OPEN3000系統(tǒng)基礎(chǔ)上，依靠配電自動(dòng)化系統(tǒng)（如圖6所示），集成配電線路在線監(jiān)測(cè)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(yíng)銷系統(tǒng)等多個(gè)數(shù)據(jù)平臺(tái)；同時(shí)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(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)智能研判遴選相關(guān)故障信息，做短信實(shí)時(shí)推送，從而全面提升調(diào)控員對(duì)于故障信息的感知力。

當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，調(diào)控員將應(yīng)用配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)相關(guān)故障信息進(jìn)行比對(duì)分析，若發(fā)現(xiàn)相同時(shí)間有兩個(gè)及以上非同源的信號(hào)指向同一故障源時(shí)，則立即指揮線路運(yùn)維班組在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)疑似故障點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)隔離。這樣既避免了錯(cuò)誤的試?yán)枪收暇€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(shí)大大降低故障停電時(shí)戶數(shù)。具體處置流程如圖7所示。

3 實(shí)際應(yīng)用案例

2019年3月2日12:49監(jiān)控匯報(bào)：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(lán)AK1B線，如圖8所示。

圖5 供電服務(wù)指揮平臺(tái)

圖6 配電自動(dòng)化系統(tǒng)（IV區(qū)）

同時(shí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障信息：多湖變蔚藍(lán)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(zhǔn)指揮流程，指揮運(yùn)維班組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)蔚藍(lán)AK1B線施村盾構(gòu)支線65#桿處，對(duì)疑似故障區(qū)間進(jìn)行隔離。在現(xiàn)場(chǎng)班組拉開蔚藍(lán)AK1B線施村盾構(gòu)支線65#桿開關(guān)后，變電所內(nèi)接地信號(hào)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(zhǔn)指揮簡(jiǎn)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?yán)冸娝鼍€開關(guān)，也沒有拉停故障線路全線，而是直接指揮運(yùn)維班組到現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)隔離故障源，避免了全線20多個(gè)用戶停電，僅產(chǎn)生了極少的故障停電時(shí)戶數(shù)。

4 結(jié)論

該項(xiàng)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(shí)戶數(shù)，而且減輕了現(xiàn)場(chǎng)班組的故障巡查難度，為基層減負(fù)增效，節(jié)約了大量人力物力，產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

自全面開展配網(wǎng)故障搶修精準(zhǔn)指揮以來(lái)，該市供電公司故障平均隔離時(shí)長(zhǎng)與去年同期比較下降了55.3%，預(yù)計(jì)有效減少故障停電時(shí)戶數(shù)約3738多個(gè)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。該供電公司僅市本級(jí)層面開展配網(wǎng)故障精準(zhǔn)指揮6個(gè)月以來(lái)，就避免減少供電量約74.76萬(wàn)kW?h，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益超37.38萬(wàn)元。

表2

隨著“三型兩網(wǎng)”的加速建設(shè)、配電自動(dòng)化程度的進(jìn)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(dòng)快速選段跳閘，以期實(shí)現(xiàn)在配網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線路上的智能開關(guān)能自動(dòng)將故障點(diǎn)隔離出主線路，避免全線停電，進(jìn)一步提升故障處置效率。