配電自動化與繼電保護(hù)配合的配電網(wǎng)故障處理

謝芮芮，張培忠，徐銘銘

（1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052；2.國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

智能配電網(wǎng)不僅具有堅強的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和合理的設(shè)備選型，還需具有可靠配合的故障處理機制。配電自動化與繼電保護(hù)協(xié)調(diào)配合的故障處理機制是配電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，是配電網(wǎng)安全穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。

配電自動化系統(tǒng)包括主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及終端系統(tǒng)。主站系統(tǒng)通過控制軟件和操作平臺實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的分析和資源共享；通信系統(tǒng)可實現(xiàn)信息交互和遠(yuǎn)程控制等功能，常用方式有無線公網(wǎng)、無線專網(wǎng)和光纖等；終端系統(tǒng)是各終端（饋線自動化終端、站所終端、故障指示器等）采集的數(shù)據(jù)信息通過通信系統(tǒng)上傳給主站，主站分析得出故障位置，實現(xiàn)故障定位。繼電保護(hù)具有切除故障速度快、可靠性高的優(yōu)點，但由于配電網(wǎng)中開關(guān)級聯(lián)個數(shù)多、供電半徑短等原因，使得沿線短路電流差別較小，給配電網(wǎng)繼電保護(hù)的整定和配合帶來了一定困難。本文綜合配電自動化和繼電保護(hù)特點，分析了配電自動化與繼電保護(hù)配合的配電網(wǎng)故障處理機制[1-3]。

1 配電自動化與繼電保護(hù)配合現(xiàn)狀

配電自動化與繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)配合確保了配電網(wǎng)的安全可靠運行，保障了用戶可靠用電，提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，推動了電網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

近年來，在國家財政的大力支持下，配電自動化技術(shù)發(fā)展迅速。配電網(wǎng)中，繼電保護(hù)多采用兩級級差保護(hù)與配電自動化協(xié)調(diào)配合的故障處理策略，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。當(dāng)配電網(wǎng)故障時，繼電保護(hù)可將故障迅速隔離在一定范圍內(nèi)。同時，配電自動化通過分析故障信息，實現(xiàn)故障定位和恢復(fù)非故障區(qū)域供電。

2 配電自動化與兩級級差保護(hù)故障處理的協(xié)調(diào)配合

為避免配電網(wǎng)故障時短路電流對主電網(wǎng)造成影響，變壓器低壓側(cè)開關(guān)的保護(hù)動作時間最小設(shè)置為0.5 s。為了不影響上級保護(hù)的正確動作，需要在0.5 s內(nèi)安排保護(hù)的延時配合。

斷路器（彈簧儲能操作機構(gòu)）的機械動作時間一般為30～40 ms，熄弧時間為10 ms左右，保護(hù)響應(yīng)時間為30 ms左右。因此，若設(shè)置0 s保護(hù)動作延時，在100 ms內(nèi)即可切斷故障電流。考慮一定的時間裕度，變電站出線開關(guān)可以設(shè)置為250～300 ms的保護(hù)動作延時時間，以確保選擇性，從而實現(xiàn)配電自動化與兩級級差保護(hù)的配合。

2.1 兩級級差保護(hù)的配置原則

級差保護(hù)是通過對變電站10 kV出線開關(guān)、主干線開關(guān)及分支線開關(guān)設(shè)置不同的保護(hù)動作延時來實現(xiàn)配合的。兩級級差保護(hù)配合下，僅需在變電站出線開關(guān)、用戶開關(guān)或分支開關(guān)處安裝斷路器，其余主干線開關(guān)均采用負(fù)荷開關(guān)。用戶斷路器開關(guān)或者分支斷路器開關(guān)的保護(hù)動作延時時間設(shè)置為0 s，變電站出線斷路器保護(hù)動作延時時間設(shè)置為200～250 ms。

圖1為采用兩級級差保護(hù)配置的典型線路圖，其中方框代表斷路器，圓圈代表負(fù)荷開關(guān)，實心代表合閘，空心代表分閘。S1、S2為變電站開關(guān)，A6、B3為分支線開關(guān)，B1、B2為用戶開關(guān)，A1、A2、A3、A5為分段開關(guān)，A4為聯(lián)絡(luò)開關(guān)。變電站開關(guān)S1、S2均為斷路器開關(guān)，保護(hù)動作延時設(shè)定為0 s；用戶開關(guān)B1、B2和分支開關(guān)B3為斷路器開關(guān)，保護(hù)動作延時設(shè)定為200 ms；分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)為負(fù)荷開關(guān)[4-6]。

圖1 兩級級差保護(hù)配置的典型線路

當(dāng)主干線為全架空線路時，變電站斷路器和用戶斷路器開關(guān)或者分支斷路器開關(guān)的重合閘功能全部開放。此時，在不同位置發(fā)生故障時，配電自動化與兩級級差保護(hù)配合的故障處理方案如下。

（1）當(dāng)在分支開關(guān)B3或者用戶開關(guān)B1、B2下游發(fā)生故障時，僅由分支開關(guān)或者用戶開關(guān)動作隔離故障，避免變電站開關(guān)動作切除整條線路，有效減少了停電用戶數(shù)目，提高了供電可靠性。如圖1所示，當(dāng)在用戶開關(guān)B1的下游發(fā)生故障時，B1快速動作切除故障，將故障隔離在一定范圍內(nèi)。經(jīng)過0.5 s延時后，用戶開關(guān)B1重合。若重合成功，則判定為瞬時性故障；若重合不成功，用戶開關(guān)B1再次動作切除故障，并判定為永久故障，重合器不再重合。

（2）當(dāng)在主干線上發(fā)生故障時，由變電站開關(guān)動作切除故障，經(jīng)過0.5 s延時后，變電站開關(guān)重合。若重合成功，則判定為瞬時性故障；若重合不成功，則配合配電自動化將故障隔離在一定范圍。如圖1所示，當(dāng)在分段開關(guān)A1和A2之間發(fā)生故障時，變電站開關(guān)S1動作切除故障，0.5 s后S1重合。若重合成功，判定該故障為瞬時性故障；若重合失敗，則根據(jù)各開關(guān)上傳給配電自動化主站的信息分析可知，故障發(fā)生在A1與A2之間。配電自動化主站遙控A1、A2分閘，將故障隔離在A1與A2之間，遙控變電站開關(guān)S1和聯(lián)絡(luò)開關(guān)A4合閘，恢復(fù)非故障區(qū)域供電，提供供電可靠性，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)主干線為全電纜線路時，變電站斷路器開關(guān)和用戶斷路器開關(guān)或者分支斷路器開關(guān)的重合閘功能全部閉鎖，線路發(fā)生故障即認(rèn)為發(fā)生的是永久性故障。此時，在不同位置發(fā)生故障時，配電自動化與兩級級差保護(hù)配合的故障處理方案如下。

（1）當(dāng)在分支開關(guān)B3或者用戶開關(guān)B1、B2下游發(fā)生故障時，分支開關(guān)或者用戶開關(guān)動作，隔離故障。由于電纜上發(fā)生故障即認(rèn)為永久性故障，此時分支開關(guān)或用戶開關(guān)不再重合。如圖1所示，當(dāng)在用戶開關(guān)B1的下游發(fā)生故障時，B1快速動作切除故障，將故障隔離在開關(guān)B1的下游線路，并不再進(jìn)行重合操作。

當(dāng)在主干線上分段開關(guān)A1和A2之間發(fā)生故障時，變電站開關(guān)S1動作切除電源與故障點之間的聯(lián)系，然后配電自動化主站根據(jù)各開關(guān)采集的電流信息判定故障區(qū)間，遙控分段開關(guān)A1、A2分閘，隔離故障在A1、A2之間，遙控變電站開關(guān)S1和聯(lián)絡(luò)開關(guān)A4合閘，恢復(fù)非故障區(qū)間供電。

綜合上述分析，采用上述兩級級差保護(hù)方案，當(dāng)在用戶側(cè)發(fā)生故障時，由于保護(hù)延時時間的配合，各保護(hù)之間不會發(fā)生越級跳閘或多個開關(guān)同時動作的情況，故障處理簡單，操作開關(guān)數(shù)少；當(dāng)在主干線上發(fā)生故障時，由變電站開關(guān)動作切除故障，同時結(jié)合配電自動化技術(shù)將故障隔離在更小范圍內(nèi)，并恢復(fù)非故障區(qū)域的供電，減小停電范圍，提高供電可靠性。同時，分段開關(guān)均采用負(fù)荷開關(guān)，相比于斷路器而言，減少了投資成本。

3 配電自動化與繼電保護(hù)配合中存在的問題

配電自動化與繼電保護(hù)配合可以準(zhǔn)確隔離故障區(qū)域、恢復(fù)非故障區(qū)域供電，但在實際應(yīng)用中還存在著一定問題。

3.1 繼電保護(hù)設(shè)備的老化

雖然電網(wǎng)在技術(shù)上已經(jīng)有了很多創(chuàng)新，但實際配電網(wǎng)中存在大量的老式繼電器，無法保證其動作可靠性。老式繼電器由于設(shè)備老化，反應(yīng)速度慢，難以滿足保護(hù)快速動作的要求。如果故障較為嚴(yán)重，有可能造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，擴大故障范圍。

3.2 配電自動化通信及終端不穩(wěn)定

配電自動化終端在運行過程中頻繁出現(xiàn)上下線、離線、接線錯誤等問題。如果終端因各種原因不能正常在線，將影響終端設(shè)備的正常運行，甚至影響主站故障區(qū)間識別的能力。此外，在現(xiàn)行配電自動化系統(tǒng)運行過程中，光纖接線不穩(wěn)定、無線信號差、光纖被挖斷、無線模塊損壞等問題均會導(dǎo)致終端與主站系統(tǒng)之間無法通信。

4 配電自動化與繼電保護(hù)配合應(yīng)用的改進(jìn)措施

4.1 定期更換老化的繼電保護(hù)設(shè)備

繼電保護(hù)設(shè)備的老化影響了配電網(wǎng)的正常工作，需要有針對性地對其進(jìn)行更換。科技的發(fā)展使得繼電器的功能越來越強大，檢測效果越來越好。可根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況，定期更換老化的繼電保護(hù)設(shè)備，淘汰原有的舊設(shè)備，使繼電保護(hù)更好地發(fā)揮作用。

4.2 明確主站系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及終端系統(tǒng)的功能

主站系統(tǒng)是配電自動化系統(tǒng)的核心，具有信息分析和決策控制的功能。若主站系統(tǒng)出現(xiàn)問題，整個配電自動化系統(tǒng)將會癱瘓；通信系統(tǒng)連接著主站系統(tǒng)和終端系統(tǒng)，是兩者溝通的橋梁，若通信系統(tǒng)出現(xiàn)問題，信息將無法傳遞；終端系統(tǒng)具有信息采集和指令實施的功能，直接影響配電自動化系統(tǒng)的有效性。三者在配電自動化系統(tǒng)中不可或缺，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，整個配電自動化系統(tǒng)都會陷入癱瘓。

5 結(jié) 論

智能配電網(wǎng)已經(jīng)成為國家電網(wǎng)發(fā)展的大方向，與之對應(yīng)的繼電保護(hù)和配電自動化技術(shù)應(yīng)加快發(fā)展腳步，以保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。配電自動化與繼電保護(hù)配合的故障處理機制，可最大程度保障配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，保證快速隔離故障線路并恢復(fù)非故障線路供電。