配電網級聯開閉所“自協商”快速故障處理模式探討

張延輝 張憲青

摘 要：本文提出了一種配電網級聯開閉所快速故障處理的設計方案。該系統采用安裝在級聯開閉所的故障處理終端識別故障，開閉所內終端通過電信號、開閉所間通過光信號快速建立故障“自協商”，快速識別故障區域、快速隔離故障區域，并以短信息方式發送故障處理結果至運行維護人員，避免大面積停電的發生，提升配電網運行的可靠性。

關健詞：故障快速處理；級聯開閉所；光纖式保護；配電自動化

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

一、引言

智能電網就是電網的智能化，可將其定義為：基于雙向高速通信技術，融合精密的傳感技術以及測量技術、前沿的控制理論與決策支持系統，實現電網的可靠、經濟、安全、高效，并達到環境友好、資源節約、安全使用的目標。其主要特點是：自愈、經濟、安全以及清潔，能夠適應經濟社會發展所需求優質電力與服務。

智能配電系統是智能電網的基本構成環節，能夠完成對配電網系統進行控制的任務，智能配電系統運行的智能化程度及穩定性程序是智能電網系統安全高效運行的主要影響因素之一。級聯開閉所作為配電網的主要運行結構方式，因此級聯開閉所的故障快速處理對保證智能配電網的安全可靠運行具有重要意義。

二、目前配電網故障的處理模式

1 故障處理的集中式控制方式

集中式控制方式中，完成故障處理的“智能”設置在主站內，依靠SCADA系統所提供的數據信息對出現的故障進行相應的分析、處理。現場的配電終端把發生故障的數據信息由相應的通訊通道發送給控制中心，控制中心則依據開關設備的狀態、故障檢測的數據信息、網絡拓撲結構進行分析，對故障區域進行判斷，以及下發遙控指令，跳開故障區域兩側的開關設備，對變電站的出現開關設備進行重合。此控制方式適合各類比較繁瑣的控制系統，但是他要求必須有可靠的邏輯通道以及計算機軟硬件系統，故障處理時間一般為分鐘級。

故障分析和處理軟件可以安裝在較大的變電站，也可以在變電站綜合自動化功能中增加相應的故障分析、處理程序，對故障進行處理，變電站將處理結果上報給控制中心。故障處理的軟件模塊也可以安裝在控制中心的主站內，有主站直接進行相應的控制咯通過自展轉達控制命令進行相應的控制。如圖1所示。

集中式控制方式具有以下優點：

（1）適應復雜的配電網供電結構；

（2）適合于存在最優恢復供電的多電源、復雜配網系統；

集中式控制方式存在以下問題：

（3）通信系統經常不正常或局部不正常；

（4）配電網絡經常發生變化，但主站的網絡拓撲結構來不及及時更新；

（5）技術和管理上的原因影響網絡拓撲更新；

（6）故障處理算法由主站實現，故障隔離、供電恢復也由主站實現，對通訊有絕對的依賴性；

（7）故障處理速度慢，時間一般為分鐘級。

2 故障處理的分布式控制方式

故障處理的分布式控制方式中，故障處理的“智能”在現場開關設備以及開關設備的控制設備中完成。建立在分布控制方式上的故障處理模式有以下幾種：

（1）電壓型故障處理

該模式的工作原理是：變電站出線處安裝重合器，在線路分段處安裝分段器，當線路出現故障時，重合器分閘，分段器完全失壓后跳閘，重合器延時重合，分段器一次按時限順序延時自動合閘，若再次合到故障，重合器分閘，最靠近故障區段的電源側的分段器因為在合閘后短時間內又檢測到失壓而跳閘并閉鎖，實現故障隔離。重合器第二次重合，恢復電源側非故障區域供電；

該模式的優點是：投資少，無需通信，動作可靠。存在的問題是：故障處理及供電恢復慢，開關設備動作次數多，對配電網進行多次沖擊。

（2）電流型故障處理

該模式的工作原理為：電流型分段器不能用來開端故障電流，只能與重合器配合使用。當線路發生故障時，電源側保護裝置切斷故障線路，分段器的計數裝置進行計數，當達到預先整定的動作次數后，在重合器跳開故障線路的瞬間，分段器自動分閘并閉鎖，若未達到預先整定的次數，在重合器再次重合后，分段器所累積的計數值經過一段時間后會自動清零，為下一次動作做好準備。

該模式的優點是：投資少，無需通信，與電壓型故障處理相比，分段開關動作次數少，故障恢復速度較快。存在問題是：當線路分段較多時，需增加變電站重合器的重合次數，對系統沖擊大；

三、配電網級聯開閉所“自協商”的故障處理模式

如圖2所示，為一個四級級聯的配電網開閉所，8板、31板、23板、3板為變電站的出線開關，6DL、7DL、8DL、11DL、13DL、16DL、17DL為1#、2#、3#、4#開閉所的斷路器開關，每個開閉所裝設一套HP-9000開閉所故障處理設備，所間通過光纖組成光纖環網。

如圖2所示的1#開閉所中I段，6DL、7DL、8DL、11DL建立以母線為聯系的電信號“自協商”，圖2中1#開閉所的7DL與2#開閉所的8DL建立的以電纜線路關聯的光信號的“自協商”。同理，1#、2#、3#、4#開閉所均建立建立以母線為聯系的電信號“自協商”，以及以電纜線路關聯的光信號的“自協商”。

下面以開閉所的典型故障來說明配電網級聯開閉所”自協商“的快速故障處理原理：

（1）聯絡線故障

若2#、3#開閉所間聯絡線發生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL、2#7DL全部感受到過流，3#8DL沒有過流，開閉所故障處理設備通過1#7DL與2#8DL、2#7DL與3#8DL的光纖通道故障信息的交換協商，1#8DL與1#7DL、2#8DL與2#7DL的電信號通道故障信息的交換協商，判斷出故障區段在2#7DL、3#8DL之間；

1#8DL、1#7DL、2#8DL閉鎖保護動作，2#8DL后備失靈保護啟動；

2#7DL保護跳閘，故障被切除；如果2#7DL拒動，2#8DL失靈保護立刻跳閘；

3#8DL進線失壓保護跳閘，故障被隔離；3#11DL單側失壓延時合閘，非故障區段供電恢復；

系統發送短信通知相關人員：

2#開閉所聯絡線7DL保護跳閘，故障已隔離；

3#開閉所進線8DL跳閘，11DL合閘，非故障區域恢復供電。

（2）母線故障

若2#開閉所I段母線發生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL全部感受到過流，開閉所故障處理設備通過1#7DL與2#8DL的光纖通道故障信息的交換協商，1#8DL與1#7DL、2#8DL與2#7DL的電信號通道故障信息的交換協商，判斷出故障區段在2#8DL、2#7DL之間；

1#8DL、1#7DL閉鎖保護動作，1#7DL后備失靈保護啟動；

2#8DL保護跳閘，故障被切除；如果2#8DL拒動，1#7DL失靈保護立刻跳閘；

3#8DL進線失壓保護跳閘，故障被隔離；3#11DL單側失壓延時合閘，非故障區段供電恢復；

系統發送短信通知相關人員：

2#開閉所聯絡線8DL保護跳閘，故障已隔離；

3#開閉所進線8DL跳閘，11DL合閘，非故障區域恢復供電。

（3）用戶線故障

若1#開閉所6DL用戶線發生故障：

1#8DL、1#6DL全部感受到過流，開閉所故障處理設備通過1#8DL與1#6DL的電信號通道故障信息的交換協商，判斷出故障區段在1#6DL下游；

1#8DL閉鎖保護動作，1#8DL后備失靈保護啟動；

1#6DL保護跳閘，故障被切除；如果1#6DL拒動，1#8DL失靈保護立刻跳閘；

系統發送短信通知相關人員：

2#開閉所聯絡線8DL保護跳閘，故障已隔離。

配電網級聯開閉所”自協商“的快速故障處理的特點：

不依賴通訊，可以實現四級級聯開閉所的故障隔離和非故障區域的供電恢復，故障隔離時間毫秒以下，故障處理不受城市改擴建的影響；

有通訊情況下，故障處理終端采用自主協商模式，以毫秒級的速度隔離故障，適應任意復雜的電網結構。整個故障隔離過程不需要主站參與。

可以隔離聯絡線、母線、用戶線等故障，并實現非故障區域的自動恢復供電；

配電網網絡重構后，開關定值自動適應不同電源方向的供電方式，確保定值配合的正確性；

故障地點和類型信息以及故障自動處理結果信息以短信通知相關人員，以加快故障維護速度；

電流、電壓、功率、故障信息以及故障處理信息可以傳輸到監控中心；

各開閉所自動化系統獨立運行，易于維護和復制推廣。

結語

目前，配電網級聯開閉所”自協商“的快速故障處理已在鄭州配電網中運行，期間正確地隔離了多次故障，故障隔離情況及時以短信方式通知相關人員，大大縮小了停電范圍，縮短了故障查找和排除的時間，取得了明顯的經濟和社會效益。

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