配網故障自愈技術的研究與實際應用

廣東電網責任有限公司湛江廉江供電局 鐘 波

配網故障自愈即通過系統設備對線路運行情況進行實時監測，根據監測信號反饋故障信息，實現對故障的診斷、隔離和臨時處理，實現對配網故障范圍的有效控制，避免產生大面積停電等事故問題。自愈技術的實現離不開可靠的接線方式、有效的FLISR 技術及完善的信息化管理系統，電力企業在配網升級改造過程中需要從這幾方面入手，提升配網故障的自愈水平，進一步增強電力系統運行穩定性。

1 配網故障自愈的功能特點介紹

配網運行狀態實際可區分為正常運行狀態、警戒運行狀態（如設備過載、電壓頻率偏差過大等）、故障以及恢復狀態幾種類型，配網故障自愈的功能需在各運行狀態、各環節中得到應用，實現對設備運行狀態的有效監控，為解決配網故障問題、提升供電質量提供保障。

圖1 配電系統不同運行狀態下的自愈過程

自愈是配網在智能化方向發展過程中應用的關鍵技術，能對配網的運行狀態進行持續監控，能夠將配網從警戒狀態處理至正常狀態以降低配網的故障概率，也可從故障狀態快速恢復至正常狀態，實現對影響范圍的有效控制[1]。配網故障自愈技術的內涵為：優化現有設備運行配置，增強電網資產利用率；控制外來負面影響，增強電網安全性；降低停電頻次，確保供電可靠；還可滿足消費者的多方面需求，增強供電質量的同時接納各類新能源電力，實現電力系統的可持續發展。配網故障自愈功能的主要特點為：能對配網運行模型進行優化調整，降低損耗的同時提升運行穩定性；能提升配網故障運行穩定性，通過自動化、智能化手段消除故障影響。

2 配網自愈接線技術及應用

2.1 電纜接線

“2-1”單環網。該接線與架空線路的單聯絡環網接線相似，通過聯絡開關建立兩變電站母線之間的聯系，能實現兩變電站相互間的轉供電，應用時需注意導線的線徑滿足實際載流量。該技術的環網點通常位于柱上聯絡開關、開關站、環網柜等區域，其聯絡點通常處于2個之內[2]。在實際應用時，該接線技術適用于具備一定的接線條件或對供電可靠性具有較高要求的城鎮配電網，能滿足配電網在低負荷密度情況下的快速增長需求，對于配網故障自愈技術的優化提升及配網的建設與擴展具有積極意義。

“3-1”單環網。該接線技術結構與“2-1”單環網相近，在其基礎上增加至“3-1”，能夠實現3個變電站母線之間相互轉供電。在聯絡點布置過程中，各回線路均需要在合理的位置設置聯絡點，盡可能確保聯絡點處于剛好將線路負荷均分的點位[3]。在實際應用時，該接線技術多用于具備一定的接線條件或負荷密度發展到一定水平的城鎮繁華核心區域，也可用于具有雙電源供電需求的特殊用戶。

N 供1備接線。能通過負荷將單條線路的故障問題轉移，避免對其他運行線路造成影響，這種接線狀態下的配網通常為N 主1備的運行模式，通過將聯絡開關裝設于線路末端滿足應急供電需求。然而在N 的數值超出3時線路的接線將趨于復雜化，在提升設備利用率的同時也使得配網調度變得更加困難，且聯絡線的大量敷設也增加了配網建設成本支出。

在實際應用時，電力企業應選擇“2供1備”與“3供1備”接線模式。“2供1備”接線需將每條回路的負載率控制在66.7%之內，“3供1備”接線需將負載率控制在75%之內，兩者均需避免將負荷接入唯一的1條備用回路之中；在建設成本方面，無論是“2供1備”還是“3供1備”接線，最多只需將出線間隔控制在4個以內，而三個單環網線路的架設所需要的出線間隔為6個，因此這種接線方式的成本更低；在實際應用時，該接線模型適用于負荷增長緩慢的城市繁華區域，也適用于雙電源供電負荷。

2.2 架空線接線

2.2.1 多分段單聯絡

城鎮建設期間所應用的配網接線技術通常為架空多分段單聯絡的接線方法，這種接線方式能夠構建“手拉手”環網，通過聯絡開關實現對多站中壓母線或單站多條中壓母線的有效連接。這種開環的環網接線方式能確保配網任意區段出現短路接地相關工作時能借助分段開關將故障線路切除，通常確保非故障區段的可靠供電，同時也可在維護期間為工作人員提供便利。

多分段單聯絡接線技術方式具有結構簡單、維護方便、建設成本低等性能優勢，后續進行自動化、智能化改造的難度更低，在當前配電網規劃建設過程中應用較為廣泛。

在接線特點方面，該接線方式通常將線路劃分為2～3段，電力企業需對每段線路的配變容量進行控制，避免出現容量高于10MVA 的情況；為滿足故障應急需求，線路需設置相應的備用供電回路，所占比例通常為50%，在增加部分成本的同時可對配網接線進行簡化，同時也可提升運行穩定性；在負載率方面，該接線技術應用過程中需避免出現負載率超出50%的情況，確保架空線路可靠性達到N-1要求；在實際應用過程中能滿足負荷密度相對較低的區域供電需求，因此用電增長快速但配網管理水平低的城鎮配電網建設適合應用該接線方式。

2.2.2 多分段多聯絡

多分段多聯絡接線相對單聯絡接線更加復雜，環網形式為網格式。該接線模型能與其他線路建立聯系，因此線路中增設了分段開關，能實現與關聯線路的相互備用，能夠確保配網任意區段出現短路接地相關工作時、能夠借助分段開關將故障線路切除，通常確保非故障區段的可靠供電，同時也可在維護期間為工作人員提供便利。

在接線特點方面，該接線方式通常將線路劃分為2～3段，每段線路聯絡點之間即該接線方法的任意兩個聯絡開關之間均需設置不少于1個的分段開關，開關規劃位置需結合線路負荷情況選擇，應能盡量將線路兩端負荷均分；為滿足故障應急需求，線路需設置相應的備用供電回路，所占比例通常為33%，相對單聯絡接線具有更高的線路利用率，但聯絡線的增設也增加了配網建設成本；該接線的線路負載率相對單聯絡接線進一步提升，需避免出現負載率超出50%的情況，確保架空線路可靠性達到N-1要求；在實際應用過程中能有效提升配網故障自愈效果，適用于城鎮配電網中接近飽和的負荷增長緩慢區域。

3 配網故障自愈FLISR 技術及應用

3.1 分段器與重合器聯合應用技術

電力企業可通過分段器（分段開關）與重合器（開關投入重合閘）聯合應用的方式實現對配網故障的快速隔離，滿足非故障區域的供電需求。圖2中的QF1為重合器，其他開關為分段器。當線路13處發生短路故障時，應用該技術的配網線路能夠通過重合、分段操作最終將線路13兩端的QF12與QF13分段器斷開，實現故障線路的切除并恢復線路11與12的供電，同時能夠將與對側變電站聯絡的QF 開關閉合，恢復線路14的供電，在實際應用時需做好分段器分合閘閉鎖時間的整定計算工作，確保能在最短時間內以更少的操作切除故障線路。

圖2 重合器和分段器聯合應用技術

分段器與重合器聯合應用技術無需為配網增設通信通道，分段器設備的成本相對斷路器也更低，實現了對相關成本的控制；分段器與重合器的配合也實現了開關動作次數的控制，緩解了系統承受的沖擊，有利于提升電力設備運行周期。

3.2 點對點雙向通信技術

配網饋線任意區段出現故障時，故障點兩端的負荷側與電源側均會收到故障點發出的短路電流相關信號，FTU 則會對自身及相鄰FTU 傳遞的電流信號進行診斷分析，根據診斷結果控制相關開關斷路器的閉合與斷開。該技術的應用情況詳見圖3，當線路13存在短路點時QF12接收到短路信號分閘，QF13作為相鄰開關未接收到短路信號也會分閘；最終，QF12與QF13分閘、QF 合閘，將線路13切除的同時不影響其他線路供電需求。

圖3 點對點雙向通信的故障處理動作程序

相對而言，該技術應用過程中無需等待主站對故障信號進行診斷分析，能依靠就近的FTU 完成故障點切除工作；在實際應用時，FTU 集成通信、保護、遙信、遙控、遙測等多項功能，在繼電保護裝置等各方面應用成本相對較低，可靠性符合工作需求。

4 配網自愈技術中信息系統的應用

為實現對配網運行情況的統一調度管理，有必要建設統一的信息系統實現對大量配網運行數據信息的協調控制，避免出現信息孤島等影響主要利用率的問題。在信息系統建設過程中，需通過交互總線建立配網自愈系統與GIS 平臺、95598系統、生產管理系統等各信息化、自動化系統之間的信息交互，必要時可采取直接互聯的方式滿足系統數據交換的實時性需求。

圖4 配電網自愈系統信息交互示意圖

為確保配網自愈系統能夠與所接入的各系統建立暢通的信息交互體系，滿足自愈技術應用相關數據信息的實時共享需求，需采取相關措施對各業務模塊進行優化管理。在實際應用時，需依靠計算機網絡完成自愈系統與調度系統之間廠站圖元模型的數據交換，確保工作人員借助自愈系統能實時掌握電度系統匯總的相關信息參數；GIS 系統能夠將設備信息、配網圖形信息與自愈系統交互；生產管理系統能夠將歷史、實時數據信息與自愈系統交互。此外，信息系統還需要為后續的發展預留額外接口，滿足其他系統的接入與數據交換需求。

綜上，配網故障自愈技術能有效提升配網運行穩定性，實現對相關故障問題預警、診斷、切除等，避免產生大范圍停電等事故問題。在實際應用時，可結合配網負荷發展情況、故障自愈具體要求選擇適宜的架空線路和電力線路接線方向，合理應用重合器與分段器配合技術及FTU 故障快速診斷切除技術，同時也需要為配網的智能化發展建設相應的信息化系統，實現自愈系統與配網各管理系統的數據交互。