智能配電網(wǎng)故障處理模式的選擇與應(yīng)用

郭志軍+李穩(wěn)

摘 要：首先對配電網(wǎng)中常見的故障類型進(jìn)行了介紹，然后對故障處理模式的種類及特點進(jìn)行了分析、比較。并采用舉例的方式深入詳述了故障處理模式的選擇和應(yīng)用方式。最后闡明了故障處理模式的合理選擇是影響提高配電網(wǎng)的運行可靠性的一個重要因素。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；故障處理模式；應(yīng)用

引言

配電網(wǎng)是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要公共基礎(chǔ)設(shè)施，它承擔(dān)著從電源側(cè)接受電能并就地或逐級分配給各類用戶的功能，是電網(wǎng)與用戶銜接的最后一環(huán)，能夠敏銳的反映用戶在用電安全、用電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，因而配電網(wǎng)的運行安全對供電企業(yè)來說是十分重要的。

當(dāng)前，除少數(shù)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)外，我國的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體還比較薄弱，據(jù)統(tǒng)計，我國電網(wǎng)中85%以上的故障發(fā)生在配電網(wǎng)上[1]，因此，研究配電網(wǎng)的故障處理對提高整個電網(wǎng)的供電可靠性有著非常重要的意義。本文結(jié)合作者在實際工作中的所見和體會，對配電網(wǎng)設(shè)計中常見的幾種故障處理模式進(jìn)行梳理，并結(jié)合應(yīng)用場合進(jìn)行分析、比較，歸納出了各種模式的合理使用范圍，以期與同行共同探討。

1 配電網(wǎng)常見故障分類

1.1 按故障類型分類

從故障類型來看，配電網(wǎng)常見的故障可分為單相接地故障和相間短路故障兩大類。其中，單相接地故障約占故障總數(shù)的80%[2]。

單相接地故障主要由自然災(zāi)害等造成的導(dǎo)線斷線、絕緣子擊穿等引起，一旦產(chǎn)生，會造成非故障相電壓急升，產(chǎn)生間隙性弧光過電壓，威脅在網(wǎng)運行電力設(shè)備安全。但由于我國配電網(wǎng)（尤其10kV配電網(wǎng)）一般為中性點非有效接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時，可帶故障運行一段時間，其間，運行維護(hù)人員盡快進(jìn)行檢修，以免故障范圍擴(kuò)大、故障性質(zhì)變化。故發(fā)生單相接地故障時檢修的關(guān)鍵問題在于選線和故障定位。相間短路故障一般由外力破壞造成，相間短路會在故障回路內(nèi)產(chǎn)生極大的短路電流，因此必須立即切除，實現(xiàn)手段為早期的繼電保護(hù)裝置及現(xiàn)在的配電自動化裝置等。

1.2 按故障性質(zhì)分類

從故障類型來看，配電網(wǎng)常見的故障可分為瞬時性故障和永久性故障兩大類[3]。瞬時性故障在繼電保護(hù)斷開斷路器后，故障消失，故障點能夠恢復(fù)原來的絕緣強度，重合閘后配電網(wǎng)即能恢復(fù)正常的供電；永久性故障在繼電保護(hù)裝置斷開斷路器后，故障不能自動消失，正常供電將受到中斷。

2 故障處理模式的種類與選擇

當(dāng)前常見的故障處理模式包括饋線自動化模式和故障監(jiān)測方式兩類，其中饋線自動化可采用集中式（含全自動式、半自動式兩種）、智能分布式、就地重合器式三種方式[4]。各種模式的特點如下：

2.1 集中式饋線自動化

該方式下，配電主站或子站通過快速搜集區(qū)域內(nèi)配電終端信息，判斷配電網(wǎng)運行狀態(tài)，集中進(jìn)行故障識別、定位，自動（全自動式）或通過人工遙控（半自動式）完成故障隔離和非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。集中式饋線自動化（全自動化式）的特點是自動化程度高，響應(yīng)迅速，不需要人為干預(yù)，適合用于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模大且對供電可靠性要求高的場合。其缺點是對通信要求高，投資大。集中式饋線自動化（半自動化式）對通信及投資的要求較全自動化式均大大降低，但仍具有自動分析、定位故障區(qū)段等功能，適于在供電可靠性要求較高的地區(qū)大量使用。

2.2 智能分布式饋線自動化

該方式下，通過配電終端之間的故障處理邏輯，完成故障隔離和非故障區(qū)域恢復(fù)供電，并將故障處理的結(jié)果上報給配電主站。配電主站和子站可不參與處理過程。該方式的特點是無需配置主站、子站，可靠性極高，且能更好的適應(yīng)線路變更。適用于對供電可靠性要求很高、但網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不是太復(fù)雜的場合。

2.3 就地重合器式饋線自動化

該方式下，在故障發(fā)生時，通過線路開關(guān)間的邏輯配合，利用重合器實現(xiàn)線路故障的就地識別、隔離和非故障線路恢復(fù)供電。該方式不需要通信手段，建設(shè)簡單，但有越級跳閘等風(fēng)險，適合于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡單，且對供電可靠性要求不高的場合。

2.4 故障監(jiān)測方式

該種方式下，在故障發(fā)生時，可通過線路上安裝的故障指示器對故障點進(jìn)行簡單監(jiān)測，方便維護(hù)人員迅速確定故障點。該方式安裝簡單，成本低，不依賴通信網(wǎng)，但故障時需人員現(xiàn)場操作，效率低，適合于負(fù)荷密度低、對供電可靠性要求低的農(nóng)牧地區(qū)使用。綜上，故障處理模式的選擇應(yīng)綜合考慮區(qū)域供電可靠性要求、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、配電網(wǎng)運行方式、故障類型、負(fù)荷分布等因素進(jìn)行選擇。

3 故障處理模式的應(yīng)用

以下舉例說明故障處理模式的應(yīng)用。某市主城區(qū)負(fù)荷密度較大，供電可靠性要求高，10kV配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為單環(huán)式（電纜網(wǎng)）及多分段適度聯(lián)絡(luò)式（架空網(wǎng)）。為進(jìn)一步提高供電可靠性，現(xiàn)正進(jìn)行配電自動化系統(tǒng)建設(shè)，需對該區(qū)域配電網(wǎng)的故障處理模式進(jìn)行設(shè)計。

根據(jù)以上電網(wǎng)現(xiàn)狀，考慮到主城區(qū)現(xiàn)有光纜通信資源較好，線路多，結(jié)合前文中故障處理模式各種形式的特點和適用場合論述，并綜合考慮投資及可靠性因素，本文建議其采用集中式饋線自動化（半自動化式）。發(fā)生故障時，主站根據(jù)各配電終端檢測到的故障報警，啟動故障處理程序，并進(jìn)行邏輯判斷，確定故障類型和發(fā)生位置后向調(diào)度人員提供故障隔離、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)實施策略，由調(diào)度員確認(rèn)后逐步遙控操作執(zhí)行。其工作原理如圖1所示。

（1）當(dāng)甲線的1號環(huán)網(wǎng)柜母線F1發(fā)生故障時，甲線出線開關(guān)保護(hù)跳閘，甲線全線停電。此時，變電站出線開關(guān)1保護(hù)動作跳閘，配電自動化系統(tǒng)自動檢測、定位故障區(qū)域，通過調(diào)度員遠(yuǎn)程分開1號環(huán)網(wǎng)柜的二臺進(jìn)線開關(guān)，實現(xiàn)故障切除，隔離故障線路。然后發(fā)出合上2號環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)線聯(lián)絡(luò)開關(guān)遙控命令，恢復(fù)非故障段供電。（2）當(dāng)甲線的1號環(huán)網(wǎng)柜與2號環(huán)網(wǎng)柜之間的聯(lián)絡(luò)線F2發(fā)生故障時，由于正常運行時，K4聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開，甲線全線停電。此時，變電站A出線開關(guān)1保護(hù)動作跳閘，配電自動化系統(tǒng)自動檢測定位故障區(qū)域，通知調(diào)度員分開1號環(huán)網(wǎng)柜的K2進(jìn)線開關(guān)和1號環(huán)網(wǎng)柜的K3進(jìn)線開關(guān)，實現(xiàn)故障切除，隔離故障線路，然后發(fā)出合上2號環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)線聯(lián)絡(luò)開關(guān)K4遙控命令，恢復(fù)非故障段1號環(huán)網(wǎng)柜供電。

4 結(jié)束語

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)故障處理模式也將會衍生出更多的種類，為提高配電網(wǎng)的供電可靠性提供保障。如何使各種模式的特點與電網(wǎng)本身的條件匹配，從而發(fā)揮出最理想的效能，最大程度的提高配電網(wǎng)運行的安全可靠性也是我們應(yīng)該一直注意研究的問題。只有這樣，電網(wǎng)建設(shè)才會實事求是地一步步走向更加堅強。

參考文獻(xiàn)

[1]劉健.配電網(wǎng)故障處理研究進(jìn)展[J].供用電技術(shù)，2015（4）：8.

[2]李天友，林秋金.中低壓配電技能實務(wù)[M].北京：中國電力出版社，2012.

[3]劉慧芳.智能配電網(wǎng)故障自愈技術(shù)研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2014：15，16.

[4]Q/GDW11184-2014.配電自動化規(guī)劃設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則[S].國家電網(wǎng)公司，2014：5.