继电保护与配电自动化协同故障隔离技术

周云、刁杨华、吴林、王磊

摘要：近年来，随着人们生活水平的持续提升，电力产业进入快速发展阶段。在配电网络规模逐步增大的过程中，用户逐渐关注用电质量和用电可靠性。如果要保证可靠性供电，最根本的途径是尽可能减少停电次数和尽量缩短停电时间。在我国，停电事故的发生一般是因为电力系统出现故障，所以要求电力部门及时采取有效管理方法改善配电网水平，加强对设备的维护，尽最大可能降低停电的发生的概率。如果发生停电，要及时定位并隔离故障点，保证在最短时间实现电网的修复，降低因停电造成的损失。

关键词：继电保护；配电自动化；故障隔离技术

引言

电能经由配网线路进行输送供应，因此在实际供应的过程中，由于运行环境的变化或人为原因导致，配网线路存在一定的运行风险。此类运行风险最终体现为配网线路故障，最终造成电网供电断路、供电不稳定等现状。此类现状的出现，对于配电线路的稳定运行，产生了较大的社会影响，因此也引起了广泛用户关注。

1配电线路产生故障的原因

1.1内在故障因素

配电线路引发故障的内因较多：①配电线电气设备性能下降，一些电气设备安全中施工人员未严格按照相关规范施工，导致施工作业存在瑕疵，运行中的质量问题逐渐凸显，同时，部分电气设备所处的环境复杂，加上投入使用时间较为长久，部分电气元件出现老化，绝缘性能下降，也容易导致电气设备出现故障。②局部线路绝缘性能降低，一些线路所处的环境状况较为恶劣，如大量粉尘附着在线路表面，或经过生产企业的线路受腐蚀其他等腐蚀等，引发短路、接地故障等。

1.2外力破坏因素

①在配电线路架设施工中，很多配电线路会架在道路的上方，而道路中发生交通事故的频率较大，对配电线路造成一定影响，车辆不慎碰到电线杆使其倒塌而对电线造成影响，都能使电力运送中断。②随着城市步伐的加快，施工行为在城市中经常发生。在建筑施工过程中难免会对杆塔的基础设施造成影响甚至破坏，使得电杆倒地、折断或者稳固性降低，对配电线路产生不良影响；还有一些不法分子为了个人的私利，采取不正当手段盗取用电设施，使得配电线路瘫痪。③在山区开发施工时会采取爆破的做法，由于其威力巨大，很有可能对一定范围内的配电线路造成危害，使导线断裂。

1.3污闪因素

污闪现象的原因跟污染有很大关系，配电线路所处运行环境比较复杂，尘埃比较多，随着使用年限的增长，尘埃会附着在电线的绝缘电子表面。在阴雨天气下，尘埃和电子混合在一起变成能够导电的水膜，由于缺乏绝缘物质的保护作用，因此，配电线路容易出现漏洞问题，如果其无法承受电压强度，还会发生跳闸问题。

2继电保护与配电自动化协同故障隔离技术

为避免短路电流对系统的伤害，当系统发生相间短路故障时，变电站出口断路器电流Ⅱ段保护动作时间一般设置为0.5s，意味着设置继电保护动作时间的开关需要在0.5s内完成隔离，对于配电自动化也是如此。

2.1线路各开关配置原则

2.1.1出口断路器

出口断路器配置两段保护，其中Ｉ段保护近端故障，动作时限为0s；Ⅱ段与配电变压器配合，动作时限为0.5s，并配置馈线终端FTU。

2.1.2主干线路分段开关

主干线路配置二级速断保护，一级动作时间为0.3s，二级动作时间为0s，超过二级保护的均配置0s，配置馈线终端FTU。

2.1.3分支线路开关

分支线路开关配置电流Ⅱ段保护，与出口断路器Ⅱ段保护配合，并配置一次重合闸，具备无压无流分闸功能。

2.1.4用户分界开关

用户分界开关配置0.1s定时限电流速断保护，具备无压无流分闸功能。

2.2故障隔离策略

线路发生相间短路故障时，分别针对主干线路故障和分支线路故障展开研究。

2.2.1主干线路故障隔离策略

出口断路器近端发生故障。Ｉ段保护瞬时动作，瞬时性故障合闸成功，永久性故障合闸失败，加速跳闸隔离故障区域。

出口断路器远端故障。分以下2种情况：

1）故障点上游开关为出口断路器的下一个开关，以图1为例，故障点在Q１和Q４之间，开关Q1配置0.3s定时限电流速断保护，即开关延迟0.3s动作。

2）超过二级保护的主干线路开关均配置0s，如图1中的主干线路开关Q4，Q5，Q8，QL都配置0s速断保护，若Q5，Q8之间发生永久性故障，故障点上游开关Q4，Q5立即跳闸，此时联络开关QL检测到一侧失压，启动配电自动化系统，代理终端通过收集各个馈线终端的故障信息，确定故障区域，遥控故障点两端的开关跳闸，其他误动开关合闸隔离故障区域。

图1典型架空混合线路

2.2.2分支线路故障隔离策略

用户侧故障。分界开关延迟0.1s动作隔离故障，与出口断路器构成两级级差保护。

分支线路故障。以图1为例，Q2与Q3之间发生故障，分支线路开关Q2立即动作，0.5s后Q2合闸，瞬时性故障合闸成功，永久性故障合闸失败，永久性故障时Q3在规定的时间内检测到无电压和电流后跳闸，故障隔离成功。

3实例分析及测试结果

3.1实例分析

以图1所示的典型架空混合配电网线路为例，出口断路器配置2段保护，其中Ｉ段0s，保护近端（1km）故障，Ⅱ段0.5s速断保护。主干线路开关、分支线路开关和分界开关的配置不再赘述，当在不同位置发生故障时，故障处理过程如下：

１）K1点故障，Q3延时0.4s保护动作，瞬时性故障开关合闸成功，永久性故障合闸失败，开关再次跳开，切除故障。分界开关下游故障，不影响主干线路正常运行，提高了供电可靠性。

２）K2点故障，Q4，Q5立即动作，代理终端QL通过自动拓扑可知Q8位于故障点下游遥控分闸，自动合闸Q4，恢复故障点上游区段供电，完成故障隔离。联络开关QL合闸，恢复故障点下游区段供电（在多联络开关线路中，需要比较联络开关的容量，选择容量大的联络开关合闸）。此方案中，一方面即使是线路通信发生故障，配电自动化不能在规定的时间内启动，主干线路近端故障仍可正确地隔离故障，保护变压器不受损坏；另一方面选用联络开关而不选用出口断路器作为代理终端，减轻了变压器保护配置负担，不更改原有变压器保护配置，扩大适用范围。故障首先由保护处理，存在保护无法配合发生越级跳闸的区段或需要联络开关动作恢复非故障区段供电时，由分布式馈线自动化处理，对其进一步优化和纠正，提高可靠性。

3.2静态模拟系统测试结果分析

基于的典型架空混合线路，在静态模拟系统中进行测试。在该系统中利用模拟仿真技术将变电站或馈线中各环节用相应模拟元件来代替，搭建1个变电站或馈线分段模型，该模拟系统较数字仿真具有更高的真实性和可信度。在模拟系统中，合理配置电流互感器TA、电压互感器TV的变比，使进入保护和自动装置中的电流和电压分别为5A和100V，与实际系统中数据保持一致。模拟系统可仿真架空线、城市电缆运行及故障、环网柜形式变电站等不同形式，实用性十分广泛。

K1点故障开关动作顺序为：

Q3跳闸，故障隔离完成。

K2点故障开关动作顺序为：

1）Q4，Q5跳闸；

2）遥控Q8跳闸，Q4合闸，故障隔离完成。

结语

继电保护与配电自动化协同故障隔离技术方案同样适用于含有多联络开关的线路，但在主干线路开关数量多的情况下，故障点远端故障时会有多个开关同时跳开，为避免此问题，可采用中间分段断路器保护。

参考文献

［1］徐丙垠，李天友，薛永端，等.配电网继电保护与自动化［M］.北京：中国电力出版社，2017.

［2］颜萍，顾锦汶，张广.一种快速高效的配电网供电恢复算法［J］.电力系统自动化，2008，32（2）：52－56.