配電網故障主動防御方案與應用

胡 波，陳艷彪，李建修，王勝飛，胡李進

（1.珠海許繼芝電網自動化有限公司，廣東 珠海519000；2.國網山東省電力公司，山東 濟南250000）

為進一步提升配電網故障防御能力，盡可能壓降變電站跳閘，縮小停電感知范圍，實現由“跳全線，定區段”到“跳本地，定地點”的新跨越，在現有配電自動化基礎上，借助成套智能柱上開斷設備及繼電保護的級差配合，通過與現有配電自動化系統間融合互動，實現快速就地隔離故障，恢復非故障區域供電，有效縮短配電線路故障停電范圍、縮短故障點定位及事故處理時間，進一步提高配電網的供電可靠性與配電網的精益運營水平。

1 總體思路

推進配電網保護與配電自動化融合，推廣“出線開關+分段或分支首端開關+分界開關”三級保護配合模式，“站內選線+站外選段”單相接地故障處理模式，提升配電網故障防御能力，實現“用戶故障不出戶，線路故障不進站”，故障“就近判斷，就地處理”。

遵循“控增減存、統籌推進”的基本原則，增量設備嚴把入網檢測、功能配置、中性點接地方式等技術要求，存量設備改造按“一站一案”“一線一案”要求統籌推進、差異實施；堅持“試點先行、逐步推廣”的有效做法，積極開展新技術、新功能的試點應用，全面推廣經試點證明有效地技術；聚焦“減小停電范圍、縮短停電時間”的工作主線，細化故障自愈研究，加強配網保護與配電自動化的功能配合。

2 基本原則

2.1 同步建設原則

新建線路應同步實施配電網保護與配電自動化，與配電一次網架“同步規劃、同步建設、同步投運”。

2.2 有機融合原則

配電網保護改造應與現有配電網設備現狀及饋線自動化模式協調配合，逐步過渡，原有設備更換后應充分利用，杜絕大拆大建。

2.3 就地處理原則

饋線自動化及配電網保護故障處理，應堅持就地處理原則，依靠現場設備實現故障的隔離，恢復。盡量減輕對配電自動化系統、通信的依賴。

2.4 簡單實用原則

配電網三級保護，應綜合考慮線路運行狀況、可靠性需求，堅持簡單實用原則，在必要性強的大分支線覆蓋斷路器保護，實現投資成效最大化。

3 故障防御提升模式

3.1 饋線自動化+三級保護

融合模式，適用于存量線路改造。基于目前配電線路柱上分段開關主要為集中型負荷開關、電壓型負荷開關現狀，綜合考慮投資能力及設備改造工作量，短期內采取主干線集中型、電壓型饋線自動化功能，在線路故障高的大分支線進行新裝或更換智能型斷路器方式，實現“出線開關+大分支開關+（分界/熔斷器）開關”形成三級保護配合，如圖1所示。

圖1 饋線自動化+三級保護融合模式

3.1.1 相間短路故障處理

故障點位于主干線或未安裝斷路器的分支線。故障發生后，變電站出口斷路器跳閘，線路通過集中型或電壓型饋線自動化功能，實現故障處理。

故障點位于已安裝斷路器的分支線。故障發生后，站內開關不動作，分支斷路器跳閘。瞬時性故障，跳閘后一次重合閘，恢復線路供電。永久性故障，跳閘后重合于故障點，經后加速閉鎖，隔離故障區域。

故障點位于用戶設備。故障發生后，安裝于用戶T節點的分界開關跳閘或熔斷器熔斷動作，直接隔離用戶故障。站內開關及分支斷路器不動作，不影響線路正常供電。

3.1.2 接地故障處理

故障點位于主干線或未安裝斷路器的分支線。故障發生后，站內小電流選線裝置動作，選定單相接地故障線路。線路暫態型故障錄波指示器動作，判斷主干線接地區間。由調度根據選線結果，進行故障隔離處理。

故障點位于已安裝斷路器的分支線。故障發生后，斷路器判斷故障位置，可發生告警信息，調度部門根據小電流選線裝置選線結果及分支斷路器告警信息，縮小故障區間，進行故障隔離處理。也可實現單相接地故障，分支線直接告警/跳閘。

故障點位于用戶設備。安裝有用戶分界負荷開關或分界斷路器的用戶內部接地故障，故障發生后，由開關直接跳閘，切除用戶接地故障。僅安裝熔斷器設備的，由站內小電流選線裝置、錄波型故障指示器、分支斷路器進行單相故障處理。

3.2 電壓電流型全斷路器模式

適合增量新建線路，柱上分段開關、分支開關，全部選用一二次融合柱上成套斷路器，具備相間及接地故障檢測能力，配置兩段式相過流保護、零序保護及重合閘功能，保護動作信息應上傳配電自動化系統并啟動FA，如圖2所示。

圖2 電壓電流型全斷路器模式

3.2.1 相間短路故障處理

主干線短路處理方案一：自適應重合閘模式。定值設定：站內開關速斷0.4s，主干線分段開關均為0.2s。故障點位于主干線，故障發生后，故障點在K1時，故障由站內出線開關處理；故障點在K2、K3、K4區段時，線路首臺開關Q1跳閘，Q2、Q開關失壓分閘，Q1開關1s重合閘，Q2、Q3斷路器逐級合閘，當合閘在短路故障區段時，后加速跳閘故障上游非故障區域恢復供電；同時短路故障下游故障的斷路器瞬時電壓閉鎖，聯絡開關合閘轉供恢復故障下游非故障區域的供電，當故障與聯絡開關相鄰的K4點故障時，聯絡開關閉合閘。若是瞬時性故障，變電站重合后，線路分段斷路器來電即合恢復線路供電。

主干線短路處理方案二：級差保護模式（適用于輻射網，能就近切除故障）。定值設定：站內開關速斷0.4s，主干線首臺分段開關Q1為延時0.2s，分段開關Q2延時0.1s，分段開關Q3延時s。故障點位于主干線，故障發生后，故障點在K1時，故障由站內出線開關處理；故障點在K2時，線路首臺開關Q1跳閘；故障點在K3時，分段開關Q2跳閘；故障點在K4時，分段開關Q3跳閘。

故障點位于已安裝斷路器的分支線。故障發生后，站內開關及線路分段開關不動作，分支斷路器跳閘。瞬時性故障，跳閘后一次重合閘，恢復線路供電。永久性故障，跳閘后重合于故障點，經后加速閉鎖，隔離故障區域。

故障點位于用戶設備。故障發生后，安裝于用戶T節點的分界開關跳閘或熔斷器熔斷動作，直接隔離用戶故障。站內開關、分段斷路器及分支斷路器不動作，不影響線路正常供電。

3.2.2 接地故障處理

故障點位于主干線或未安裝斷路器的分支線故障發生后，站內小電流選線裝置動作，選定單相接地故障線路。由調度根據選線結果，進行故障隔離處理。同時，主干線分段開關采用自適應選段當主干線發生接故障時，分段開關告警（分閘）；具備分閘功能。

故障點位于已安裝斷路器的分支線。故障發生后，斷路器判斷故障位置，可發生告警信息，調度部門根據小電流選線裝置選線結果及分支斷路器告警信息，縮小故障區間，進行故障隔離處理。也可實現單相接地故障，分支線直接跳閘功能。

故障點位于用戶設備。安裝有用戶分界負荷開關或分界斷路器的用戶內部接地故障，故障發生后，由開關直接跳閘，切除用戶接地故障。僅安裝熔斷器設備的，由站內小電流選線裝置、錄波型故障指示器、分支斷路器進行單相故障處理。

4 建設改造原則

4.1 變電站設備建設原則

站內10kV保護裝置，更改速斷保護時限，具備0.2s級差。

站內小電流選線裝置，逐步改造為選用暫態錄波算法的新型選線裝置，提升選線準確性。

消弧線圈容量可實現變電站10kV母線最大規劃電容電流可靠過補償的變電站，仍采用中性點不接地或經消弧線圈接地方式。

4.2 新建線路保護建設原則

配電線路出線開關+首臺分段開關+大分支（分界/熔斷器）開關形成三級保護模式建設，保護信息接入配電自動化系統，實現故障信息告警。

架空線路柱上開關應全部選用一二次融合成套柱上斷路器，具備相間過流保護功能；分段、聯絡及大分支線的柱上斷路器還應具備基于暫態量算法的單相接地故障處理功能。

主干線短路和接地故障，通過分段開關逐級合閘后加速/零序電壓突變隔離；接地故障通過分段開關告警，運維人員到現場確認故障，再處理。

所有用戶T節點位置應有熔斷器或分界斷路器保護措施。

4.3 存量線路保護改造原則

存量線路應以現有設備現狀及饋線自動化模式為基礎，逐步改造。全線停電檢修線路，應結合停電同步完成保護化改造。

存量線路，應以線路故障高的大分支線、或末端分段開關加裝或更換斷路器為主方式改造，保留現有主干線集中型、電壓型饋線自動化功能不變，實現“出線開關+首臺分段開關+大分支（分界/熔斷器）開關形成”三級保護模式。

存量線路改造時，更換調整的電壓型負荷開關，可調整至大分支線中間適當位置，實現分支線電壓型饋線自動化功能。

存量線路改造時，應避免新上斷路器開關與傳統普通型斷路器開關串聯使用，原有線路運行正常的普通型斷路器開關，可向線路末端分支位置優化調整。

現有用戶分界負荷開關，保持現狀不變。所有用戶T節點位置應有熔斷器或分界斷路器保護措施。

4.4 設備選型原則

分段、聯絡開關，選用一二次成套柱上斷路器（戶外），配置雙側TV，具有相間短路、接地故障自動判別處理和“三遙”及遠方改定值等功能，滿足加密認證等安全防護要求，具備錄波功能及線損計量功能。

分支開關，選用一二次成套柱上斷路器（分界），配置單側TV，內置EVT、相/零序電流互感器具有相間短路、接地故障自動化判別處理功能。

用戶分界開關，優先選用一二次成套柱上斷路器（分界），配置單側TV，內置相/零序電流互感器具有相間短路、接地故障自動化判別處理功能。也可選用普通柱上斷路器及二遙動作型配電終端，但投運前應完成整體調試，滿足保護功能及安全防護要求。

4.5 定值整定原則

短路定值：變電站速斷時間為0.4s；主干線分段開關速斷時間均為0.2s；首臺分段開關速斷時間為均為0s，具備一次重合閘功能，分段開關均具備后加速功能。

接地定值：接地站內接地告警、分段首臺（30s）、大分支首臺（20s）、分界（10s）。

5 配電自動化系統提升

配電自動化系統FA功能，應適應“饋線自動化+三級保護”、“電流型”全斷路器、“電壓電流型全斷路器”模式，對短路故障精確定位、單相接地故障精確定段策略進行優化升級，實現故障精準定位，非故障區域快速復電。

主干線發生短路故障時，原有饋線自動化FA處理模式不變。支線發生短路故障時，采用就地化三級保護處理模式，配電自動化系統啟動FA模式。即啟動FA策略由站內向站外延伸，長線路中后部的斷路器、長支線首端斷路器均可啟動FA。

線路A區發生接地時，由變電站出線開關進行選線，分段開關區間發生接地時，由站內進行選線，分段開關選段，配電自動化系統啟動FA。

變電站采集選線裝置的信息，同時采集分段開關接地信息，進行比較，判斷是否選線準確，并進行接地告警。

優化FA啟動功能，完善智能推斷故障（可疑故障）功能。實現在變電站或開關分閘信息漏丟、收到保護信號，但未收到分閘信號、收到分閘信號，但未收到保護信號、保護信號與分閘信號都收到的情況下，但時限未配合上等異常情況，配電自動化系統實現智能啟動FA（根據變電站或自動化終端上送的保護信號，遙測突變數據進行智能分析，利用線路拓撲對關聯事件進行聚類分析），以支撐調度員提升故障監控能力和FA處理及時率和成功率。

6 新技術探索應用

6.1 推廣配電物聯網技術應用

研究推廣配電物聯網技術，推動配電自動化應用向低壓配電網延伸，實現中低壓故障一體化研判與互補分析。一方面，通過局放、溫度等異常狀態，指導主動運維消缺，避免引起故障停電；另一方面，當上級主供電源停電時，通過邊緣計算啟動快切策略，ms級內完成備用電源的切換，讓用戶側絲毫感受不到停電；另外，通過剩余電流動作保護器開關泄漏電流的實時監測，主動向用戶提醒戶內線路、電器的安全隱患，可實現主動向用戶告知超容量用電引起的開關過載跳閘風險，可最大化的解決了用戶“停電”痛點。

6.2 基于5G的智能分布式故障處理

應用優質一二次融合物聯網環網柜成套設備，利用5G通信技術，建設電纜網智能分布FA，將5G通信技術與就地式智能分布式饋線自動化相結合解決設備之間互聯互通問題，實現事前故障主動感知、事中故障ms級快速隔離，不依賴配電自動化系統、動作可靠、處理迅速，加快故障處理速度，實現ms級故障自愈，切實提高配電網的智能化數字化運行水平。

6.3 探索單相接地故障主動防御

一般來說，饋線發生單相接地故障后，將引起同母線跨線異相電壓升高，加重薄弱環節的絕緣損壞程度，從而引發新的故障。

探索單相接地故障主動防御，將配電線路區間分為3態（正常態、異常態、故障態），配電自動化系統運行中接收故障線路同母線全部配電終端上送接地電阻信號，通過調用單相接地故障處理專家庫與多維數據庫，綜合研判線路風險點并預警，對線路故障隱患早發現早消缺，實現故障主動防御。

7 結束語

配電網故障防御能力提升工作，通過對增量線路成套設備的使用、存量線路設備的升級改造，推廣“配網三級保護+主干線饋線自動化模式”，實現主干線短路接地故障的處理，分支線用戶的故障就地快速處理，盡可能降低變電站跳閘次數，縮小停電感知范圍，實現快速就地隔離故障，恢復非故障區域供電進一步提高配電網的供電可靠性與配電網的精益運營水平，增強用戶用戶的獲得感與幸福感。