配某著名企业故障主动预警及快速处置技术探索

配某著名企业故障主动预警及快速处置技术探索某著名企业二○二三年八月现状挑战二总体思路C目录ontents关键技术四后续研究一、现状挑战某著名企业随着分布式光伏/风电、充电汽车和新型储能规模化接入，配某著名企业发展将面临保供应、促消纳和低成本的矛盾三角，提升配某著名企业故障处理的快速性和电能质量监测能力对保供应意义重大。但配某著名企业已成为一个多电源网络，网架日趋复杂、运行方式多变，当前的故障处理技术面临诸多挑战。集中式集中式馈线馈线级差式保护自动化自动化(局部配置纵联式保护)缓动型分布式馈线分布式电源保护动作脱网重合闸动作(架空线路)警察最小化隔离故障区段非故障区复电非故障区段分布式电源并网故障清理故障区段恢复故障区段分布式电源并网自动化调度拉路(局部配置单相接地保护)就地就地重合式重合式速动型分布式馈线自动化t故障前故障时故障后一、现状挑战NARI某省市配电电缆运行年限已超15年，逐步进入了老龄化状态，老化问题是线路故障的主要问题之一。电缆永久性故障的发生开始于局部潜伏性缺陷。而局部潜伏性缺陷与电缆绝缘水平息息相关。但当前故障处理技术重心在故障定位、隔离与恢复，缺乏有效的线缆绝缘状态预警手段。一、现状挑战某著名企业分布式新能源故障电流幅值受限、相角受控，导致配某著名企业潮流和短路电流分布特性发生显著变化，传统阶段式过流保护整定配合越发困难，甚至失去选择性。配网规模增大，单相接地故障处置不及时引发山火、人畜伤害等安全事故的风险增大，故障辨识可靠性、隔离快速性有待持续提升。潮流双向流动、运行方式更为灵活多变DG接入助增作用，增大下游短路电流，可能造成下游保护误动DG接入外汲作用，减小上游短路电流，可能造成上游保护拒动树线矛盾严重，穿林线路故障Q/cssQ/C国家电网公司企中国某著名企业有限责任公司企业标准配某著名企业技术导则小电流接地选线装置技术规范4.3.3选线跳闸准确率不低于90%5.8.6永久性单相接地故障宜快速就近隔离处置不及时可能会引发山火一、现状挑战某著名企业配网网架由辐射向环网多联络转变以及分布式新能源比例逐步提高，在故障隔离后，健全区故障恢复时需考虑多路径最优转供、供电能力、分布式电源穿越特性等多重约束条件，现有就地自愈技术难以满足多源配网故障时的快速安全转供与分布式电源协同控制需求。多联络网架故障就地恢复：功率平衡、负荷重要性、开关动作次数等多重因素影响分布式电源协同控制：异常工况下快速最小化隔离故障，非故障区域分布式电源可能大规模脱网现状挑战总体思路目录ontents关键技术四后续研究二、总体思路某著名企业故障前，以基于电气量的电缆绝缘状态监测技术为重点，提升故障预警能力；故障时，以“分布式就地处置优先，集中式主站处置协同”原则，提出适应不同场景的差异化方案，提升故障隔离的精准性和快速性；故障后，考虑分布式新能源主动参与供电恢复，并研究故障精准测距技术以支撑运维。提高绝缘隐性故障预警能力就地处理优先集中处置协同提高快速性分布式电源主动参与供电恢复精准测距支撑故障清除运维高精度同步宽频量测配网光纤/5G线路融合CT极性在线校核单相接地自适应判别计及多电源协调和负荷约束就地快速自愈差动保护基于载波/5G通信就地分布式保护与馈线自动线缆绝缘隐形故障预警分布式保护化协同故障处理考虑不同类型DER备用电源能力供电恢复基于人工智能故障预警不依赖PT纵联不完全线路差动保护故障区段定位协同方向保护精准测距故障前故障时故障后某著名企业NARIGROUPCORPORATION现状挑战二总体思路C目录ontents关键技术四研究展望三、关键技术-故障前1、高精度同步宽频量测技术电力电子装备大规模应用使得配某著名企业运行形态向宽频域衍变，不仅带来电能质量问题，也对频率保护产生影响。为配网故障定位、解合环、谐波溯源和动态监测提供基础数据，有必要将终端测量由异步基频扩展到同步宽频，但受限于终端成本，采样率不高、PT/CT精度比主网低，实现高精度宽频量测难度大。三、关键技术-故障前NARI1、高精度同步宽频量测技术通过混合窗+混合基zoomFFT技术，结合GPS秒脉冲采样实现高精度同步宽频量测，在FTU/DTU终端现有硬件基础上宽频量测检测范围可达2Hz~6kHz，电能质量可监测最高63次谐波。窗函数：混合基zoomFFT能自适应频率5Hz、2Hz分辨率计算，采样率6.4kHz、数据窗10件下运算量可降低10%。混合窗兼具适当的主瓣宽度和更快的旁瓣衰减，可有效抑制频谱，理论量测精度可达到实际精度万分之五。三、关键技术-故障前某著名企业2、基于电气量的线缆绝缘隐性故障主动预警技术潜伏性故障：故障持续短，保护或绝缘监测装置不动作，未察觉到的瞬时性故障。根据同一绝缘薄弱点在一定时间内瞬时性接地次数及变化趋势，综合瞬时性故障持续时间、击穿强度(零序电压幅值)等综合评估当前线路绝缘劣化状态。电缆绝缘受潮电弧类潜伏故障持续时间一般不超过2个，绝大多数仅半个。5ms瞬时故障主动捕捉40ms短时故障精准绝缘劣化状态评估劣化指数动态传递劣化区段定位绝缘劣化主动预警防患于未“燃”研判潜伏性故障蕴含丰富系统绝缘信息，是永久故障的前兆广域同步采集三、关键技术-故障前某著名企业2、基于电气量的线缆绝缘隐性故障主动预警技术通过配电线路终端(FTU/DTU)融合广域同步采集功能，实时同步捕捉短时扰动/瞬时故障，使用小波变换提取故障特征信息，利用绝缘劣化程度评价指标计算并评估是否存在潜伏性故障风险点。三、关键技术-故障时某著名企业3、配网光纤/5G线路差动保护技术环网柜内设备若按间隔配置，则面临装置数多、二次回路复杂、安装空间紧张，若采用单设备集成多条光纤线路差动保护，则需同时与多条线路对侧保护进行数据同步。提出主从机自动认定的数据同步方法，解决传统一主一从同步方法造成链路上同时出现多台主机，数据无法同步问题。链式数据交互、主从机自动认定的数据同步方法健全线路主从机自动分段识别方法比对最大识别码重新识别重新识别确定唯一主机健全区段主机1健全区段主机2传输识别码比对确认传输最大1235传输最大比对确认传输识别码1231最大值识别码识别码最大值通道123212341234主机中断主机12321234纵联码：纵联码：纵联码纵联码：纵联码：纵联码：纵联码：纵联码：纵联码：纵联码：1231123212351233123412311232123512331234变电站A1235变电站A变电站8走纤通道光纤通道-配网线路-配网线路-断路器断路器环网柜/开闭所1环网柜/开闭所2环网柜/开闭所3环网柜/开闭所1环网柜/开闭所2环网柜/开闭所3三、关键技术-故障时某著名企业3、配网光纤/5G线路差动保护技术5G通道无法保证通道收发延时一致性，传统乒乓同步方法不适用，现有5G差动同步方法则存在运算量大、同步精度低、受运行方式影响等不足，提出秒脉冲触发、采样序号对齐、回退时延动态调整协同自适应数据同步方法，有效解决5G通信双向路由不一致、时延抖动大导致差动保护难以适应的问题。基本原理一传播途径无线信道多径传播直接方向、反射和折射使得传播路径随机核心网络复杂多变收发延时随机且不一致5G核心网，路由选择的不确定性5msNR(4:1)DDDDUDDDDU传输机制下行优先NR(7:3)DDDDUDDDUU5G标准协议中定义下行优先模式NR(8:2)DDDDDDDDUUD:DownlinktimeslotU:Uplinktimeslot缓存区回退延时动态调整动态调整当前接收对侧采样值…456789101112131415161718192021…接收采样数据缓存区回退后本侧回退后对侧差动采样值采样值保护本地采样数据缓存区1510111213141516353637383940414243…888…当前中断本侧当前采样值通道延时短，保护动作快；通道延时长，保护不拒动三、关键技术-故障时某著名企业4、基于载波/5G通信的就地分布式保护技术针对故障隔离快速性要求高、光纤不具备敷设条件或5G信号无法覆盖的场景，借用原有动力电源线构建中压电力线载波通信链路，实现纵联方向保护，满足配某著名企业差异化、多场景应用需求。核心指标核心指标业务需求业务需求带宽带宽500kbps500kbps时延时延遥信≤30s

遥控≤6s

保护≤20ms遥信≤30s

遥控≤6s

保护≤20ms可靠性可靠性99.99%99.99%安全性安全性物理隔离物理隔离覆盖性覆盖性适配某著名企业适配某著名企业三、关键技术-故障时某著名企业4、基于载波/5G通信的就地分布式保护技术基于中压载波组网特点，提出基于载波/5G通信的就地分布式保护技术。配某著名企业发生故障时，就地分布式保护通过终端间邻域信息交互，就地完成故障区段判断及隔离，以及非故障区域供电恢复。K1处相间短路故障：分布式保护区域内2511#开关至1514#首开关区域内终端通过过流保护检测到故障，定位故障点位于开关间，2511#、1514#断路器直接跳闸。K2处单相接地故障：分布式保护区域内1514#开关处终端通过单相接地检测模块判定下游故障，0548#分段断路器处终端判定上游故障,就地直接跳1514#、0548#断路器。三、关键技术-故障时某著名企业6、单相接地故障自适应判别技术故障特征受中性点接地方式、故障初始角及过渡电阻影响大，自适应困难；高阻接地故障电流微弱，暂态过程时间短、故障分量提取困难。提出以暂态量最大极性、首半波极性，以及含零序直流分量特征为主判据，结合零序功率方向、支路和电流暂态能量的单相接地故障自适应保护技术。某支路零序电流暂态量最大暂态量特征频带最大支路辨识不同接地方式下所有支路和的暂态能量趋近于0支路和暂E_{k}(t)>E_{i(i≠k)}(t)数据窗态能量E_{sum}(t)\approx0非高阻接地故障暂态量极性115120125130msu₀单相接地故障自适应判别判为故障支路首半波极性：某支路零序功率累计值P(t)=\int_{0}^{T_{1}}u_{0}(t)×i_{0}(t)dt<0辨识不同接地方式下数据窗为负高阻接地故障Uo，故障支路或下游有故障I_{Lm}\cos\varphie^{-\frac{t}{\tau_{L}}}某支路零序电流含偏移直流分量经消弧线圈接地系统非故障支路I_{DC}(t)=\frac{1}{T}\int_{t-T}^{t}i_{0}(t)dt部分接地故障场景3Ud、三、关键技术-故障时某著名企业7、分布式保护与馈线自动化协同故障处理技术针对短路故障，提出“差动保护协同分布式FA+级差配合”处置技术，通道正常时，差动保护隔离故障区段，劣化时通过分布式FA隔离故障区段，中断时通过级差隔离故障区段。针对单相接地故障，提出“站-线“单相接地选线和选段协同技术，故障点上、下游终端信息交互快速定位/隔离故障区段，站内集中式小电流接地选线装置作后备经时间级差切除整条线路。配电终端短路故障分布式协同保护故障清除F2-4第三级配电主站0shF3通道第三级用户分界差动保护劣化装置级差保护0s第二级通道健全区恢复供电第一级0.15s中断成功0.3sSW2第二级联络开关成功CB1SW1SW3SW90.15sSW12、成功tF1SW6SW10单相接地单相接地保护复电SW5SW11失败SW8第三级轮切切除故障出线(集中式选线装置)SW40s首跳切除整条出线(集中式选线装置)失败区段定位隔离配电白动化终端)成功健全区域恢复供电DG1SW7成功成功t三、关键技术-故障后某著名企业8、计及多电源协调和负荷约束故障就地快速自愈技术传统就地自愈技术主要针对单联络网架，难以适应多联络场景。提出多路径安全转供技术，电源点终端计算剩余容量并向邻域传输，故障区内终端根据当前负荷、接收电源信息等事前断面数据，确定转供路径与功率缺额，失电区内终端根据缺额值按负荷等级进行切除，实现就地安全转供。环网柜1环网柜2环网柜3环网柜41/13/1.23/1.1S2功率缺额动态更新传递：K5K6K7K11K12K13P2P_{XSUR}=P_{XCAP}-P_{XCUR}S1R4P2SUR=2P_{MARG}=max(P_{XSUR})F1K3K8K9K10P1K1K2K41/4等级/负荷P1suR=3R1R2R3R5P3SUR=3安全转供：P3功率缺额>0时切除非重要负荷S3环网柜5现状挑战二总体思路C目录ontents关键技术四后续研究四、后续研究某著名企业1、故障前-基于人工智能线缆绝缘故障预警技术配电线路终端(FTU/DTU)实时同步捕捉短时扰动/瞬时故障，将符合故障特征但不满足判定条件的潜伏性故障录波上送，配电自动化主站基于拓扑信息，结合特高频局放、缆芯、检修记录等信息，利用关键特征量库及绝缘劣化状态进行健康评级，定位隐患故障风险区段，主动制定巡检计划。训练模块初始模型样本数据神经网络模型生成生成/加载读取训练测试推理模块模型文件实时数据测试/推理测试/推理加载读取结果输出输入评价健康评级输出终端瞬时录波关键特征量1健康特高频局放关键特征量2一般缺陷绝劣状评缘化态估隐故区定患障段位主检计制动修划定缆芯桩头关键特征量3严重缺陷检修记录危急缺陷…现场缺陷库历史数据召唤工况监视分析四、后续研究NARI某著名企业2、故障时-配网线路不完全差动保护技术在配某著名企业中，架空线路的主干线分段之间，或者环网柜之间往往存在多条未安装电流互感器的负荷支路，传统双端线路差动保护无法适用。提出基于负荷阻抗的不