配电网故障主动预警及快速处置技术探索-国电南瑞_26页_9mb

配电网故障主动预警及快速处置技术探索总结

核心内容

本文档探讨了配电网在分布式新能源大规模接入背景下，面临故障预警、快速隔离与恢复供电等技术挑战。通过引入多种先进技术手段，旨在提升配电网在故障前、故障时与故障后的处理能力，实现更高效、更安全的电网运行。

主要观点

• 故障前：应加强电缆绝缘状态的监测与预警，识别潜伏性故障，防止故障扩大。
• 故障时：应提升故障隔离的精准性与快速性，采用分布式就地处置与集中式主站协同策略，同时结合载波/5G通信实现就地保护。
• 故障后：应考虑多源配电网的恢复策略，引入分布式电源（DER）的协同控制机制，提高供电恢复效率。

关键信息

一、现状挑战

1. 电缆老化问题严重：城市配电电缆运行年限超过15年，绝缘状态下降是永久性故障的主要诱因。
2. 新能源接入带来的挑战：
   • 分布式光伏/风电导致短路电流分布特性变化，传统保护方式难以适应。
   • 单相接地故障处理不及时可能引发山火、人畜伤害等安全问题。
3. 配网结构复杂化：配电网由辐射型向环网多联络型转变，对故障恢复提出了更高要求，如多路径最优转供、负荷约束等。
4. 通信技术瓶颈：传统光纤通信在某些场景下难以敷设，5G通信存在延时不一致、同步精度低等问题。

二、总体思路

• 故障前：通过高精度同步宽频量测和线缆绝缘隐性故障预警技术，实现故障的早期识别与预防。
• 故障时：以“就地处置优先，集中处置协同”为原则，结合分布式保护与馈线自动化（FA）技术，快速隔离故障。
• 故障后：利用多源协调与负荷约束机制，实现就地快速自愈与供电恢复。

三、关键技术

1. 高精度同步宽频量测技术

• 采用混合窗+混合基zoomFFT技术，结合GPS秒脉冲采样，实现2Hz~6kHz范围内的高精度同步宽频量测。
• 量测精度理论可达 $10^{-6}$，实际精度为万分之五。
• 在FTU/DTU终端现有硬件基础上实现，适用于电能质量监测与故障定位。

2. 线缆绝缘隐性故障主动预警技术

• 通过广域同步采集与小波变换提取故障特征，评估绝缘劣化状态。
• 识别5ms瞬时故障与40ms短时故障，实现隐性故障的主动预警。

3. 配网光纤/5G线路差动保护技术

• 提出主从机自动认定的数据同步方法，解决多主机同步问题。
• 针对5G通信延时不一致的问题，采用秒脉冲触发、采样序号对齐、回退时延动态调整等协同自适应同步方法。
• 保证差动保护在复杂通信环境下的有效性与快速性。

4. 基于载波/5G通信的就地分布式保护技术

• 利用中压电力线载波通信与5G通信结合，实现就地分布式保护。
• 适用于光纤或5G信号无法覆盖的场景，提升故障隔离与恢复效率。
• 通过终端间邻域信息交互，就地完成故障判断与隔离。

5. 单相接地故障自适应判别技术

• 利用暂态量最大极性、首半波极性、零序功率方向等作为判据，实现单相接地故障的自适应识别。
• 区分不同接地方式下的高阻与非高阻接地故障，提升保护准确性。

6. 分布式保护与馈线自动化协同故障处理技术

• 提出“差动保护+分布式FA+级差配合”的协同处置机制，适用于短路与单相接地故障。
• 在通信中断时，仍可通过级差配合实现故障隔离。

7. 计及多电源协调和负荷约束的故障就地快速自愈技术

• 引入多路径安全转供技术，考虑分布式电源的剩余容量与负荷等级，实现就地安全供电恢复。
• 功率缺额动态更新传递机制用于优化转供路径与负荷切除策略。

四、后续研究方向

1. 基于人工智能的绝缘故障预警技术：

   • 利用终端录波数据、特高频局放、缆芯温度、检修记录等信息，构建关键特征量库，进行健康评级。
   • 主站结合拓扑信息，定位隐性故障区段并制定巡检计划。

2. 不完全差动保护技术：

   • 针对未安装CT的负荷支路，提出基于负荷阻抗的简化方法。
   • 区分区外与区内故障，提升保护适应性。

3. DER备用能力支撑供电恢复技术：

   • 研究构网型与跟网型DER在故障恢复中的协同机制。
   • 构网型DER主动参与恢复供电，跟网型DER在联络开关合闸后有序恢复，提升供电恢复能力。

4. 区段定位协同精准测距技术：

   • 研究配电网精准测距技术，解决线路参数获取困难、分布式单元高精度同步成本高等问题。
   • 提升测距精度与实用性，支撑运维决策。

总结

本文档系统梳理了配电网在新能源接入背景下的故障处理挑战与技术解决方案，提出了从故障前的绝缘预警、故障时的快速隔离与恢复、到故障后的多源协同自愈的一整套技术体系。同时，指出了未来研究方向，强调人工智能、不完全差动保护与DER协同控制等技术在提升配电网智能化与安全性方面的重要性。