智能配電雙環網供電模式中的故障分析與處理

薛斌，梁茜，張萍

（1.西北電網有限公司，陜西西安 710048；2.西安供電局，陜西西安 710032）

隨著經濟的發展，電力系統的可靠性問題滲透到電力系統規劃、設計、運行、管理的各個方面，供電可靠性在生產管理中占的比重越來越大[1]。用電負荷需求呈明顯上升態勢，對供電容量和供電可靠性的要求也逐漸增高，越來越多的用戶要求有兩路或兩路以上的供電電源，以保證其供電可靠性和穩定性。智能配電網的提出正是基于對這方面的考慮，須具有故障定位與隔離的功能，這項功能對減少停電時間意義重大[2]。

1 常見供電模式分析

1.1 樹干型供電模式

原有的10 kV中壓系統供電模式大多數采用樹干式。這種模式最大的優點就是節省投資，其一般多在架空線路中使用。架空線和室外變壓器受溫度和氣候影響較大，多種惡劣天氣都易導致設備故障；而且其沒有任何備用，如果線路中出現故障，會導致長時間大面積停電，供電可靠性較低。因此在許多大中城市中，這種接線模式正逐步被淘汰[3]。

1.2 單環網供電模式

單環網供電模式多在電纜回路中使用，一路電源從變電站出來，沿最近路徑連接負荷中心的若干個室外箱變，再與另一個電源環網。正常情況下兩電源開環運行，一側電纜出現故障時，切除故障段電纜，其余部分繼續供電。此種接線方法可采用室外箱式變壓器，減少電力電纜的用量，投資較少。但由于電纜故障的查找需要較長的時間，且變壓器及低壓系統無備用，一旦出現事故，將造成較長時間和較大面積的停電，因此不宜適用于對供電可靠性要求高的用戶[3]。

1.3 雙環網供電模式

在10 kV雙環網供電模式中，正常情況下2座變壓器分別接在2個不同的電源點，且各帶一部分負荷。當一路電源或一臺變壓器出現故障或檢修時，可保障用戶的不間斷供電（有自投裝置時，停電時間僅為幾秒鐘）。此模式可解決單環網供電模式中因設備故障造成的較大面積較長時間的停電問題，提高供電可靠性[3]。

2 配電雙環網供電模式

在多種環網供電模式中，雙環網供電模式是運行可靠性較高的模式。電網雙環網供電后，網架更加完善，電網的布局更趨科學合理，調度更加靈活，安全運行的穩定性和供電質量得到了進一步提高，非常適用于對供電可靠性要求高、不允許停電的重要用戶。但是，這種供電模式也是一種接線較為復雜的模式，其發生故障時的現象也與其他模式不同。因此，結合雙環網供電模式的特點，研究雙環網供電模式中的故障處理方案，得出配電雙環網供電模式中的各種故障類型，分析如何準確定位、隔離以及解決故障，縮短事故分析判斷時間成為了一個重要問題。

3 標準雙環網供電模型分析

在標準配電雙環網供電的模型中，建立6座10 kV開閉所，每個開閉所設4條進線，由2座110 kV變電站供電。該配電網的6座開閉所中，1號、2號、3號開閉所由甲變電站主供，乙變電站作為備用電源；4號、5號、6號開閉所由乙變電站主供，甲變電站作為備用電源。每座開閉所內部均采用兩段母線獨立運行，A1~A12為I段進線負荷開關，B1~B12為II段進線負荷開關，雙環網的開環點在聯絡開關A7、B7處。每個開閉所全部進、出線均不帶保護裝置，加裝熔斷器和測控裝置。

該配電網的雙電源環網接線模式如圖1所示。當某一電源失電（如線路故障或檢修時），將失電線路快速切換到另一線路，從而實現負荷轉供。圖中，開關顏色綠色表示斷開，紅色表示運行；測控裝置黃色表示正常，綠色表示告警。

圖1 雙電源環網接線圖Fig.1 Wiring layout of double power supply loop network

4 雙環網供電模式中的故障分析

在電力系統的運行過程中，時常會發生故障，其中大多數為短路故障（簡稱短路）。所謂短路，是指電力系統正常運行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。三項系統中短路的基本類型有三相短路、單相短路、單相接地短路、雙相接地短路這幾種[4]。在我國35 kV及以下系統中，采用中性點不接地或經消弧線圈接地方式。在正常運行時，相與相或相與地之間是絕緣的。本文以三相短路為例進行分析。

短路故障對電力系統的正常運行和電氣設備有很大危害。在發生三相短路時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態過程，使回路的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍。短路還會引起電網中電壓降低，特別是靠近短路點處的電壓下降最多，結果可能使部分用戶的供電受到破壞[5]。為減少短路故障對電力系統的危害，最主要的措施就是迅速將發生短路的部分與系統其他部分隔離，保障非故障區域的供電安全[6]。

本文在上述圖1所示的雙電源環網接線模型基礎上，研究在發生三相短路情況下回路中可能產生的各種故障現象，結合回路中保護動作現象和測控裝置告警信息，判斷故障區域，給出相應的故障處理方案。

4.1 變電站出線故障處理方案

當回路中發生三相短路故障，突然短路時所產生的暫態過程，會使回路中的短路電流大大增加，產生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；4號、5號、6號3個開閉所所有進、出線測控裝置均無告警，由此現象可判斷，故障發生在乙變電站II段出線處，見圖2。

圖2 變電站出線故障圖Fig.2 Fault graph on the output line of substation

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B12進線負荷開關，將故障區域隔離后，再合上聯絡開關B7，轉由甲變電站的對4號、5號、6號3個開閉所供電，如圖3所示。

圖3 變電站出線故障隔離后運行圖Fig.3 Operation graph after the fault isolation on the outline of substation

4.2 開閉所母線故障處理方案

當回路中發生三相短路故障，電源供電回路的阻抗減小，回路的短路電流值大大增加，產生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10進線開關測控裝置發生告警，但B9、B8、B7進線和所有出線開關測控裝置未發生告警。由此現象可判斷故障發生在5號開閉所II段母線處，見圖4。

圖4 開閉所母線故障圖Fig.4 Fault graph on the bus-bar of power station

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B10和B9進線負荷開關，將故障區域隔離。合上聯絡開關B7，由甲變電站對4號開閉所供電。合上乙變電站II段出線開關，對6號開閉所供電，見圖5。

圖5 開閉所母線故障隔離后運行圖Fig.5 Operation graph after the fault isolation on the bus-bar of switch stations

4.3 開閉所間線路故障處理方案

回路中發生三相短路故障，產生故障電流，致使乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電，B12、B11、B10、B9進線開關測控裝置發生告警，但B8、B7進線開關和所有出線測控裝置未發生告警，由此現象可判斷故障發生在4號開閉所與5號開閉所之間的聯絡線處，見圖6。

圖6 開閉所間線路故障圖Fig.6 Fault graph on the connecting line between switch stations

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B9和 B8進線負荷開關，將故障區域隔離。合上聯絡開關B7，由甲變電站對4號開閉所供電。合上乙變電站II段出線開關，對5號和6號開閉所供電，見圖7。

4.4 供電線路末端故障處理方案

回路中發生三相短路故障，電源供電回路的阻抗減小，回路的短路電流值大大增加，產生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10、B9、B8進線開關測控裝置發生告警，但B7進線和所有出線開關測控裝置未發生告警。由此現象可判斷故障發生在4號開閉所II段母線處，見圖8。

圖7 開閉所間線路故障隔離后運行圖Fig.7 Operation graph after the fault isolation on the connecting line between switch stations

圖8 供電線路末端故障圖Fig.8 fault graph at the terminal of power line

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B8進線負荷開關，將故障區域隔離。合上乙變電站II段出線開關，對5號和6號開閉所供電，見圖9。

圖9 供電線路末端故障隔離后運行圖Fig.9 Operation graph after the fault isolation at the terminal of power line

4.5 某一出線用戶故障處理方案

回路中發生三相短路故障，突然短路時所產生的暫態過程，會使回路中的短路電流大大增加，產生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10、B9、B8、B7進線開關測控裝置均未發生告警，但5號開閉所某出線開關測控裝置發生告警。由此現象可判斷故障發生在5號開閉所這條出線，見圖10。

圖10 出線用戶故障圖Fig.10 Fault graph on customer side

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開該條出線負荷開關，將故障區域隔離。合上乙變電站II段出線開關，對4號、5號和6號開閉所供電，見圖11。

圖11 出線用戶故障隔離后運行圖Fig.11 Operation graph after the fault isolation on customer side

5 結語

雙環網供電模式正廣泛應用在城市電網的重要用戶中，能夠給對供電可靠性要求較高的用戶提供穩定的電力供應。該模式中的故障分析與處理具有一定的特殊性，針對不同類型的故障，分析研究出各種情況相應的最優處理方案是十分必要的。

課題研究為西安配電雙環網供電的建設與運行提供了理論依據與技術參考，并已在西安部分地區雙環網供電系統中得以實際應用。根據此方案，在對系統快速恢復供電后，調度運行人員可及時通報搶修人員，有效減少設備巡查時間，提高配網的事故快速解決能力，進而提高供電安全水平和配電網管理水平。這不僅保障了重要用戶的生產安全、可靠、合理的用電需求，還可以大幅提升電網生產運行的可靠性，為西安智能配電網的發展起到了積極的推動作用。

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