配電自動化與繼電保護配合的配電網(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)架結構和合理的設備選型，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特點，分析了配電自動化與繼電保護配合的配電網(wǎng)故障處理機制[1-3]。

1 配電自動化與繼電保護配合現(xiàn)狀

配電自動化與繼電保護的協(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，配電自動化技術發(fā)展迅速。配電網(wǎng)中，繼電保護多采用兩級級差保護與配電自動化協(xié)調(diào)配合的故障處理策略，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。當配電網(wǎng)故障時，繼電保護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)故障定位和恢復非故障區(qū)域供電。

2 配電自動化與兩級級差保護故障處理的協(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，變壓器低壓側開關的保護動作時間最小設置為0.5 s。為了不影響上級保護的正確動作，需要在0.5 s內(nèi)安排保護的延時配合。

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

2.1 兩級級差保護的配置原則

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

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

圖1 兩級級差保護配置的典型線路

當主干線為全架空線路時，變電站斷路器和用戶斷路器開關或者分支斷路器開關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配合的故障處理方案如下。

（1）當在分支開關B3或者用戶開關B1、B2下游發(fā)生故障時，僅由分支開關或者用戶開關動作隔離故障，避免變電站開關動作切除整條線路，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，當在用戶開關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）當在主干線上發(fā)生故障時，由變電站開關動作切除故障，經(jīng)過0.5 s延時后，變電站開關重合。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，當在分段開關A1和A2之間發(fā)生故障時，變電站開關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S1和聯(lián)絡開關A4合閘，恢復非故障區(qū)域供電，提供供電可靠性，提升電力企業(yè)的經(jīng)濟效益。

當主干線為全電纜線路時，變電站斷路器開關和用戶斷路器開關或者分支斷路器開關的重合閘功能全部閉鎖，線路發(fā)生故障即認為發(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配合的故障處理方案如下。

（1）當在分支開關B3或者用戶開關B1、B2下游發(fā)生故障時，分支開關或者用戶開關動作，隔離故障。由于電纜上發(fā)生故障即認為永久性故障，此時分支開關或用戶開關不再重合。如圖1所示，當在用戶開關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B1的下游線路，并不再進行重合操作。

當在主干線上分段開關A1和A2之間發(fā)生故障時，變電站開關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)各開關采集的電流信息判定故障區(qū)間，遙控分段開關A1、A2分閘，隔離故障在A1、A2之間，遙控變電站開關S1和聯(lián)絡開關A4合閘，恢復非故障區(qū)間供電。

綜合上述分析，采用上述兩級級差保護方案，當在用戶側發(fā)生故障時，由于保護延時時間的配合，各保護之間不會發(fā)生越級跳閘或多個開關同時動作的情況，故障處理簡單，操作開關數(shù)少；當在主干線上發(fā)生故障時，由變電站開關動作切除故障，同時結合配電自動化技術將故障隔離在更小范圍內(nèi)，并恢復非故障區(qū)域的供電，減小停電范圍，提高供電可靠性。同時，分段開關均采用負荷開關，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配合中存在的問題

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

3.1 繼電保護設備的老化

雖然電網(wǎng)在技術上已經(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。老式繼電器由于設備老化，反應速度慢，難以滿足保護快速動作的要求。如果故障較為嚴重，有可能造成設備嚴重損壞，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配合應用的改進措施

4.1 定期更換老化的繼電保護設備

繼電保護設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行更換?？萍嫉陌l(fā)展使得繼電器的功能越來越強大，檢測效果越來越好?？筛鶕?jù)當?shù)貙嶋H情況，定期更換老化的繼電保護設備，淘汰原有的舊設備，使繼電保護更好地發(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 論

智能配電網(wǎng)已經(jīng)成為國家電網(wǎng)發(fā)展的大方向，與之對應的繼電保護和配電自動化技術應加快發(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非故障線路供電。