电力系统配电自动化及其故障处理分析

　　孙文强 杨晓江 王军海

　　【摘 要】在我国经济高速发展的背景下，生产和生活需求的不断提升，人们对各类能源的依赖程度越来越高，同时也加剧了电力行业的负担，这迫使电力系统向着自动化的方向迅速发展。本文对电力系统配电自动化的内涵、构成要素以及相关技术进行了综述，深入分析了电力系统配电自动化过程中常见的故障及处理方法，并结合实际案例提出了一系列故障优化策略，旨在提高电力系统配电自动化的应用水平，确保系统故障得到高效处理。

　　【关键词】电力系统；配电自动化；故障处理

　　电力系统承担着为家庭、工业、商业和交通等各领域提供持续电能的重要任务，其稳定性和可靠性对维持人们日常生活的正常运转至关重要。随着社会的不断发展，对电力的需求逐渐增大，提升电力系统的性能和可靠性也变得尤为紧迫。在这一背景下，电力系统自动化技术迅速崭露头角，为提高系统性能和减少潜在故障的发生提供了全新的实现路径。

　　一、电力系统配电自动化的相关概述

　　（一）配电网自动化内涵

　　根据我国电网自动化的现状可以将配电网自动化划分为配网自动化、配电自动化、调度自动化以及变电站自动化。同时，该系统还能够及时反映出配电线路的故障情况，并通过计算机网络实现对终端用户的管理。

　　随着科技的迅猛发展，配电网络自动化在医疗、冶金、建筑等领域都得到了广泛的应用。这一系统主要由现场监控层、通信界面层和系统管理层构成。系统管理层负责下发命令以对配电系统进行控制。通信界面层连接现场监控层和系统管理层，由通信电缆和以太网络交换机组成，用于数据交换和信息传输[1]。在配电网络的监测系统中，现场监控层主要由多种检测设备，如电容器和火警报警器等组成。

　　（二）电力系统配电自动化构成

　　数据采集阶段包括电网运行中的监控和数据收集功能。在这个过程中，主站控制层负责对各分站的电网信息进行集中汇总和监控，以实时追踪其运行状况，以便快速响应并进行故障地区的恢复工作。同时，配电站层的任务是对配电网数据进行收集，并将其传输到主站，从而实现对配电网络的全面管理和调度。终端设备层则充当了配电网络中的主要数据采集节点，由FTU（终端单元）、DTU（数据传输单元）组成，其职责是监控并汇报配电网络的运行状态。

　　馈源自动化（Feed Autonomy）代表着一项集成监控与数据采集功能于一体的重要技术，旨在根据线路故障的反馈信息，自动调整配电网络的电压和开关状态，以实现线路开关的自动控制。在电网负载失衡的情况下，馈源自动化能够快速实现负载均衡，确保配电系统高效运行[2]。此外，馈源自动化系统还具备有效隔离可能发生故障的区域的功能，从而减小事故影响范围。

　　（三）电力系统配电自动化技术

　　光纤通信具备传输量大、传输速率快、不受外界干扰等显著优势。然而，随着网络中终端数量的持续增加，网络的复杂度也随之提高。因此，有必要深入研究载波通信在配电网络中的应用，以寻找替代光纤通信的解决方案。另一方面，通过利用配电系统的自动控制，为用户提供实时电价信息，以实现远程抄表的目标。高度集成的配电网自动化系统通过对各种信息的综合集成，可以实现对各类数据的整合处理，这一系统设计有助于有效降低操作成本，减少功能的重复作用，从而提高企业的经济效益[3]。例如，将SCADA和GIS两个系统相互融合，以实现数据的统一管理和界面的优化等，从而促进业务的集成。同时，还可以从GIS中提取与SCADA相关的网络结构，并让GIS能够实时提取配电网的信息，以进一步优化配电网的自动化技术。

　　二、配电自动化在电网中的常见故障

　　（一）主变压与110KV进线失压

　　在电力系统中，主变压器的压力故障表现为气体保护动作和主变压器差动保护动作。当进行进线测试时，特别是在110kV进线测试中，很容易导致气体保护装置触发。这可能引起35kV主变压器的主开关310自动跳闸，引发配电自动化系统的故障[4]。此外，如果主变压器两侧110kV入口电压都降为零，将会对35kV母线的电压值产生不利影响。

　　（二）框架保护动作

　　帧保护通常采用的是框式保护装置。当存在骨干渗漏时，这些保护装置会触发保护动作，导致直流和交流进线开关的跳闸。然而，这也可能引发另一种框架渗漏保护动作，导致直流和交流进线开关以及整流交流开关同时跳闸。这不仅对配电网造成危害，还对整个电力系统的供电产生不利影响。

　　（三）环网电缆故障

　　环网线缆故障在配电网络中属于最常见的故障类型，其根本在于误动触发了线路差动保护，进而导致了系统误动，从而引发了系统的短路问题。在电力系统中，35kV母线开关属于一类极为重要的电气设备，其异常操作可能对电网造成严重危害。

　　（四）配电终端通信中断

　　如果主站系统终端显示为“否”，就代表发生了突发故障，需要立即安排技术人员进行处理。通常情况下，这种故障可能是由于通信电缆、ONU和OLT出现故障，并由此造成通信中断，以及DTU自身的故障。

　　三、配电自动化中的故障处理

　　（一）主变压及110KV进线失压问题的处理

　　通过对主变压器装置进行保护，可以很好地解决这一问题，但也会使变压器负载增大，温度上升。在配电网络中，如果温度超过了变压器所能承受的极限，也会导致整个配电系统发生故障。尽管设置了气体保护点来防止严重故障的发生，但在高温环境下，仍可能出现油和气相分离的情况。因此，在安装气体保护装置的同时，必须设置适当的保护参数[5]。一旦变压器出现故障，气体保护装置将发出警报，通知维修人员进行检修。得到故障信息后，调度中心应首先评估断路器操作、跳闸报警等具体情况，然后再进行主变压器的检修，并采取有效的处理方案。

　　（二）框架进行的保护动作

　　在地铁等公共场所，变电站中往往设置两套以上继电保护。当整流系统出现故障时，这些保护装置会自动启动，并且直流进线开关的操作也会发挥保护作用。由于没有切断直流馈电开关，因此在跨越地区的变电所内，仍然能够保证电网触及后持续供电。然而，如果主要的开关设备发生故障，将导致直流配电系统、直流－交流输电线路以及相邻变电所的直流馈线同时跳闸，对整体电网的安全稳定造成严重影响。

　　为了确保该区域的供电可靠性，必须在短时间内使用交叉配电交换开关，并迅速组建专家队伍，对故障进行迅速处理。一般使用的是电流式构架，当构架发生破坏时，EP-1型的防护器会快速启动。在交、直流短路情况下，馈线不会受到影响，而对其他地区的电力供应也会持续不断。对于EP-2型电流互感器，若出现漏电流，会引起交、直流切换动作，一般采用跨接式断路器检修。

　　（三）环网电缆的故障处理

　　在环网电缆出现故障的情况下，两端的开关会自动切断电流，同时，需要有关部门进行电源恢复工作。在发生自投情况时，35kV母线可以作为备用电源，以继续为电网提供电力。因此，在检查母线时，没有自投情况发生应立即进行闭锁操作。如果存在电晕或机械损伤，需要先拆卸受损部分，然后切除故障电缆，并将其用作备用电源，以确保变电所内的开关正常运行。

　　（四）配电终端通信中断

　　在配电网络中，如果出现通信中断，应该立即确认通信故障，并协调专业人员进行维修。如果DTU（数据传送）发生故障，维修人员首先需要检查DTU的空气开关和配电房内的电压互感式空气断路器是否已合上。如果它们在正确的位置，接下来，需要检查变压器柜上的熔断器，然后检查DTU的供电端子。

　　在正常运行条件下，变电站可能会对OLT（光线终端）的服务产生干扰，进而导致配电网瘫痪。如果配电线路断路器的远程控制功能失灵，应该在发生故障的DTU上贴上标签，检查遥控压板和功率开关的状态，同时检查接线端的连接是否牢固。若回路连接正常，需将开关转换为断开状态，向本地区域提出停电申请，并对线路进行维修，维修完毕后才能恢复供电。

　　四、电力系统中配电自动化故障处理水平的提升策略

　　国家的电力系统一直在不断发展，电网的自动化程度也逐渐提高。然而，随着电力系统规模的不断扩大和技术的不断升级，出现了各种复杂的故障和问题，对此，需要采取更高水平的自动化故障处理策略来应对这些挑战。

　　（一）加快配电网线路的建设进程

　　目前，我国的配电网络自动化水平因该领域重视程度不够而相对较低，还有较大的上升空间。为改变这一现状，必须加强对配电自动化的重视，并对其进行改造和维护，以提高电网的传输容量。在构建最佳的配电网络时，必须确保供电企业员工的人身安全，同时保障供电企业的正常运营。根据电网的实际运行情况，淘汰和更换老化设备，可以将安全事故的概率降至最低，从根本上提高配电网络的运行效率。国家电网引入高级智能监测技术，通过传感器和监控系统实时监测电力系统运行情况，包括电压、电流、频率等参数。这有助于更早地发现潜在的故障隐患。

　　（二）确保电力设备的运行安全

　　通过预测配电网自动化操作可能出现的问题并实施相应对策，可以降低潜在风险损失。在面对配电网故障时，需要从以下几个方面来分析故障原因，具体操作分为两个环节：一是通过对配电系统运行过程中可能存在的问题进行预测并提出应对措施，以减少配电系统运行过程中的潜在风险与损失。当配电网发生故障时，维护人员必须先对故障进行归类，并将其从电网中分离出来，以避免发生故障的装置对其他装置产生影响；二是在排除故障后，方可将其接入其他装置，使发生故障的装置恢复正常运行。

　　为了确保在发生故障时系统的设备可以自动切断，阻止有故障的设备与其他设备之间的连接，需要将阻塞器添加到配电系统的装置中，并由配电自动化子系统进行远程控制电路和设备[6]。此外，在配电网发生故障时，通过对故障设备中所包含的数据进行分析、判断，找出发生故障的设备，并及时通知维修工程师进行维修。

　　（三）谨慎处理设备故障问题

　　为了避免维护人员误修设备而造成设备损坏，维修团队需要加强对设备数据的管理。配电网自动化系统包含多个方面，其核心价值在于信息的采集与存储。随着科学技术的不断发展，配电网络的自动化系统也在持续更新设备和工艺，采集的数值参数将被永久保留，这些参数能够准确分析电力设备故障的位置和类型，为维修人员的故障处理提供了参考。

　　由于配电网中存在大量的数字信息，因此维修人员在数据采集时必须进行仔细地故障分析，以确保能够及时采集到准确、可靠、有效的数据信息，并采取相应的措施应对故障。此外，维修团队还应加强维护技术人员对设备维护管理的认识。在使用设备的过程中，他们必须充分意识到，规范的操作不仅会能够延长设备的使用寿命，还与维护人员的人身安全和财产安全密切相关。因此，设备管理和维护方面的严格规范对于降低风险、提高效率至关重要。

　　（四）正线故障处理方法

　　继电保护装置与自动控制装置直接在正线上进行连接。当电网出现故障时，将严重影响继电保护及自控装置的正常工作。利用继电保护对配电网进行独立隔离，能够防止故障向电网蔓延，保障电网的安全稳定。在配电网中，馈线终端设备可以对线路的电流、电压、功率等参数进行自动监测与记录，对线路故障进行初步的诊断。在系统出现永久故障的情况下，利用载体算法将异常参数信息传送给主站。通过对供电线路及终端设备的监控，维修人员能够快速地发现线路中出现的故障，并能及时地对线路进行检修。这对提高电力系统的可靠性，提高系统的运行效率具有重要意义。

　　（五）支线或用户故障处理方法

　　在电网中，非规则的故障包含了支路失效和用户设备失效两种情况。在配电网出现故障的情况下，这些装置具有自动监测与诊断功能。在配电网或用电设备出现故障时，该装置将发出信号，对异常情况进行报警，并自动断开线路。当线路或用户设备发生故障时，装置延时保护将会自动打开或关闭该线路。若故障为瞬间性，装置一般为常闭式，延时后供电即可恢复。电路如果不能被切断，就有可能是永久的故障，延时保护装置就会再次接通或者切断电源。当配电网及用电设备出现故障时，其主要作用为阻止短路电流流入电网，防止电网受到冲击。此时，维修人员要迅速将有问题的线路断开，保证线路的绝缘性，并延迟合闸时间。

　　结束语

　　综上所述，电力系统配电自动化的研究和应用为电力系统的性能和可靠性带来了革命性的改进。通过更全面地研究自动化技术，提供更快速的监控和响应能力的策略，为电力系统的持续稳定供电提供实现路径。电力系统的配电自动化技术的不断进步，可以适应不断变化的社会需求和能源挑战，电力系统将持续为人们的生活和经济健康提供坚实的基础。

　　参考文献：

　　[1] 胡腾耀, 王佳, 潘越. 电力系统电网故障处理中配电自动化与继电保护配合的模式分析[J]. 中华纸业,2023,44(18):56-58.

　　[2] 包晟. 分析电力系统配电自动化及其故障处理[J]. 电气技术与经济,2023(6):75-77.

　　[3] 唐运东. 电力系统配电自动化故障应对与优化[J]. 光源与照明,2023(4):180-182.

　　[4] 李宇博, 关欣, 陈海雷等. 配电自动化系统的故障与对策分析[J]. 集成电路应用,2023,40(3):300-302.

　　[5] 黄金福. 电力系统配电自动化及其故障处理[J]. 技术与市场,2022,29(3):126-127.

　　[6] 白超. 电力系统配电自动化及其故障处理[J]. 化学工程与装备,2021(01):200-201，203.

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