配電網(wǎng)自適應智能型快速故障定位與就近隔離技術研究

丁偉平

（國網(wǎng)山東省電力公司海陽市供電公司，山東 煙臺 265100）

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，解決線路或設備故障問題至關重要。為確保電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，必須盡快將故障點與其他部分的網(wǎng)絡斷開，并迅速完成修復工作。配電網(wǎng)直接面向終端用戶，直接影響著供電服務水平的關鍵環(huán)節(jié)，因此配電網(wǎng)自適應智能型快速故障定位與就近隔離技術對提高供電可靠性、優(yōu)化營商環(huán)境具有重要意義。

1 線路基本保護配置

線路保護采用分級保護配置。對于短路故障，采用出線斷路器、分支斷路器、分界斷路器的三級保護配置模式，且各級保護在靈敏度和時限上均匹配。出線斷路器的電流速斷保護被設定為在距離變電站電氣距離最近的分支斷路器、聯(lián)絡斷路器安裝處發(fā)生故障時啟動。為確保保護的可靠性，必要時可啟動低電壓閉鎖元件，實現(xiàn)電流、電壓元件的協(xié)同工作。對于單相接地故障，采用五級保護逐級配合的方式，包括出線斷路器、#1 分段斷路器、#2 分段斷路器、分支斷路器以及分界斷路器。

2 自適應智能型饋線自動化策略

傳統(tǒng)的饋線自動化故障處理方法均依賴于信息通信。由于配電終端的計算能力有限，無法滿足加密解密的計算時間[1-2]。而自適應智能型策略是一種就地型的饋線自動化方案，無須配網(wǎng)主站的參與，具有不依賴通信、故障處置快速、恢復供電時間短等優(yōu)勢[3-4]。線路上的分段（分支）和聯(lián)絡開關選用一二次融合斷路器，并配置為就地型模式，以充分發(fā)揮其故障處置能力[5]。為確保故障位置與短時來電時間精準對應，對分段開關的來電檢故障加速分閘功能進行延時配置。同時，完善分段開關的檢短時來電分閘功能，加入短時來電時間檢測，使故障點負荷側開關能夠依據(jù)短時來電時間完成隔離。

3 短路故障處理

3.1 常規(guī)情況下的故障處理

以標準三分段三聯(lián)絡10 kV 線路為例，配置短路故障三級保護。三分段三聯(lián)絡線路結構如圖1 所示，線路各開關保護配置如表1 所示。

表1 線路開關短路故障配置

圖1 三分段三聯(lián)絡線路結構

出線開關過電流保護要求Ⅰ段保護范圍不超分段開關FB1；退出合閘加速保護功能，依靠開關過流保護延時跳閘。

分段開關功能調(diào)整包括以下幾部分內(nèi)容。

第一，針對合位來電檢故障加速分閘功能，需要增加延時功能，以便根據(jù)不同故障點的位置來對應不同的短時來電時間。當觸發(fā)加速分閘動作后，將直接實施正向閉鎖，以隔離前端故障。合位來電檢故障加速分閘動作邏輯，如圖2 所示。

圖2 合位來電檢故障加速分閘動作邏輯

第二，增加檢短時來電時間分閘并反向閉鎖功能。當系統(tǒng)檢測到短時來電時間后，將自動執(zhí)行分閘操作，并實施反向閉鎖，以隔離故障后端。檢短時來電時間分閘并反向閉鎖動作邏輯，如圖3 所示。

圖3 檢短時來電時間分閘并反向閉鎖動作邏輯

3.1.1 K1 區(qū)段故障

當故障點為圖1 中的K1 區(qū)段時，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，在故障發(fā)生后，出線開關CB1 會執(zhí)行保護分閘動作，而FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 會在延時2 s 后嘗試重合閘，并判斷故障類型。如果故障是瞬時性的，系統(tǒng)將恢復正常運行；如是故障時永久性的，CB1 將再次執(zhí)行保護分閘，且不再嘗試重合閘。再次，系統(tǒng)確定短時來電持續(xù)時間。如果FB1 檢測到短時來電持續(xù)時間小于0.12 s（Ⅰ段0 s 動作）或大于0.4 s（Ⅱ段或Ⅲ段），則執(zhí)行自動分閘并反向閉鎖，以隔離故障區(qū)域。最后，當聯(lián)絡開關LS1 單側失壓后，如果檢測到短時來電且持續(xù)時間不在0.2 ～0.3 s 內(nèi)，系統(tǒng)會延時合閘，以恢復故障后端的供電。

3.1.2 K2 區(qū)段故障

當故障點為圖1 中的K2 區(qū)段時，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，出線開關CB1 保護分閘（Ⅱ段或Ⅲ段），同時FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在延時2 s 后執(zhí)行重合閘動作。如果故障是瞬時性的，則系統(tǒng)恢復正常運行；如果故障是永久性的，F(xiàn)B1 將加速保護分閘（延時0.3 s）并正向閉鎖，而CB1 因未達到保護延時將不會再次動作。再次，F(xiàn)B2檢測短時來電的持續(xù)時間。如果短時來電持續(xù)時間在0.3 ～0.4 s，F(xiàn)B2 將自動分閘并反向閉鎖。最后，當聯(lián)絡開關LS1 出現(xiàn)單側失壓且檢測到短時來電的持續(xù)時間不在0.2 ～0.3 s 時，系統(tǒng)將啟動延時合閘，以恢復故障后端的供電。

3.1.3 K3 區(qū)段故障

當故障點為圖1 中的K3 區(qū)段時，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，出線開關CB1 進行保護分閘（Ⅱ段或Ⅲ段），F(xiàn)B1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在延時2 s 后嘗試重合閘。如果故障是瞬時性的，則系統(tǒng)自動恢復正常運行；如果故障是永久性的，F(xiàn)B2 會加速保護分閘（延時0.2 s）并正向閉鎖，而CB1、FB1 因未到保護延時將不會動作。最后，當聯(lián)絡開關LS1 出現(xiàn)單側失壓且檢測到短時來電的持續(xù)時間在0.2 ～0.3 s 時，系統(tǒng)將閉鎖延時合閘，以完成故障隔離。

3.2 特殊情況下的故障處理

當線路較短導致出線開關CB1 的Ⅰ段保護定值超過FB1 的承受能力時，可采用保護配置方案，確保保護設備能夠正確、快速地動作。線路開關短路故障配置如表2 所示。

表2 線路開關短路故障配置（出線Ⅰ段越級）

3.2.1 Ⅰ段越級時K1 區(qū)段故障

當故障點為圖1 中的K1 區(qū)段時，動作邏輯如下所示。首先，出線開關CB1 檢測到故障時，會立即進行Ⅰ段0.12 s 的保護分閘，同時FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在分閘后會延時2 s 嘗試進行重合閘動作。如果故障是瞬時性的，則系統(tǒng)恢復正常運行；如果故障是永久性的，CB1 在合閘至故障點后，會再次啟動Ⅰ段保護，并在0.12 s 后執(zhí)行分閘操作，且不再嘗試重合閘。再次，若FB1 檢測到的短時來電持續(xù)時間小于0.2 s，F(xiàn)B1 會自動分閘并反向閉鎖；若檢測到的短時來電持續(xù)時間大于0.1 s，則不會分閘。最后，當聯(lián)絡開關LS1 出現(xiàn)單側失壓后，若檢測到的短時來電且持續(xù)時間不在0.2 ～0.3 s，系統(tǒng)會啟動延時合閘功能，以恢復故障后端的供電。

3.2.2 Ⅰ段越級時K2 區(qū)段故障

當故障點為圖1 中的K2 區(qū)段時，動作邏輯如下所示。首先，當分段開關FB1 檢測到故障時，會立即進行Ⅰ段0 s 的保護分閘，出線開關CB1 因未達到Ⅰ段延時而不會動作，F(xiàn)B2 保持合閘狀態(tài)。其次，若FB1 單側檢測到電壓，則延時3 s 后嘗試合閘，如果故障是瞬時性的，則恢復正常運行；如果是永久性的，F(xiàn)B1 合閘至故障點后，會加速執(zhí)行保護分閘并正向閉鎖，以防故障擴大，CB1 不動作（未到保護延時）。同時，F(xiàn)B2 會檢測到短時來電持續(xù)時間，如果持續(xù)時間小于0.1 s，F(xiàn)B2 會自動執(zhí)行分閘操作，并反向閉鎖。最后，聯(lián)絡開關LS1 出現(xiàn)單側失壓，且檢測到短時來電持續(xù)時間不在0.2 ～0.3 s 內(nèi)，系統(tǒng)會啟動延時合閘功能，以恢復故障后端的供電。

4 接地故障處理

對于典型的三分段線路，接地故障采用五級保護逐級配合的方式，已經(jīng)能夠精準地切除并隔離故障。當重合閘不成功時，故障點負荷側的分段開關僅需檢測短時來電時間，即可實現(xiàn)故障隔離。對于小電流接地系統(tǒng)，采用合閘時零序電壓加速保護；而對于小電阻接地系統(tǒng)，則采用零序過流加速保護。加速延時的設置可參考短路故障過流加速，其中CB1、FB1、FB2 的加速延時分別設置為0.4 s、0.3 s、0.2 s。

對于四分段線路，只需在未配置接地保護的分段開關上配置來電檢故障延時加速分閘功能。針對小電流接地系統(tǒng)，采用暫態(tài)方向加速保護；針對小電阻接地系統(tǒng)，采用零序過流加速保護。只需將加速延時設為0.1 s，即可實現(xiàn)對故障的快速識別和處理。

5 結 論

饋線自動化的核心是故障檢測、故障區(qū)間判定、故障區(qū)間隔離以及盡快恢復對非故障區(qū)域的供電。基于此，文章提出了一種基于配電網(wǎng)分級保護的自適應智能型快速故障定位與就近隔離技術方案，解決了傳統(tǒng)饋線自動化過渡依賴通信和配電自動化主站、安全防護難度大、定值參數(shù)不能自適應等問題。該方案通過合理整定各級保護的繼電保護定值，強化了各級保護與饋線自動化的配合策略，從而實現(xiàn)了對配網(wǎng)相間及接地故障的精準定位和快速就近隔離。