继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理

继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理

李气长

李气长

珠海凌晖电气有限公司广东省珠海市519000

摘要：智能配电网不仅具有坚强的网架结构和合理的设备选型，还需具有可靠配合的故障处理机制。配电自动化与继电保护协调配合的故障处理机制是配电网的重要环节，是配电网安全稳定发展的重要保障。

关键词：继电保护；配电自动化；配电网故障处理

一、配电网络故障处理基本原理

我国是农业大国，农村人口以及面积占据着我国的巨大比例，我国亦注重三农问题，因此，农村配电是各个地区重点关注的问题。由于农村面积较广，配电线路较长，一旦某一处的线路发生故障，会使得电流传输而来的方向的各个开关的短路电流，较于其它区域而言，相对明显。可以采用定点采集电流数据以及延时级差相融合的方法进行故障的处理。

与农村电路相反的是城市电路，因为城市用电较多，用电作业较为繁重，所以城市电路相对而言半径较短，分段数也较多，当某一处的线路发生故障时，电流传输而来的方向的开关处的电流变动不明显，所以不宜对其开关处的电流进行测量，而应该利用电流延时保护机制对其出现的故障进行处理。

二、分析配电网故障

电力体系中经常见到的情况之一是配电网故障，最为关键的配电自动化内容之一是处理好配电网故障。在现实处理配电网故障的时候，部分单位运用馈线开关来换掉断路器，目标是一旦出现故障，可以马上跳闸的是靠近故障点上游故障范围最近的断路器，然后把故障的电流切断，整条线路防止出现跳闸问题。

然而想不到的是出现故障时的现象，因为各级开关配合的保护常常会发生故障，然后造成出现很多跳闸的情况，同时也会很难判断故障的原因，然后故障处理的有效方法很难具体地选择与应用。部分单位为了把这一故障解决，直接应用馈线开关取代负荷开关。

如此一来，跳闸的情况确实得到了暂时性地解决了，同时也可以有效地实施判断出现故障原因，然而这种形式仍然存在问题，就是不管配电网在哪一处出现故障，整条线路都会导致停电，严重影响到用户的长时间用电。

三、配电自动化与两级级差保护故障处理的协调配合

为避免配电网故障时短路电流对主电网造成影响，变压器低压侧开关的保护动作时间最小设置为0.5s。为了不影响上级保护的正确动作，需要在0.5s内安排保护的延时配合。

断路器（弹簧储能操作机构）的机械动作时间一般为30～40ms，熄弧时间为10ms左右，保护响应时间为30ms左右。因此，若设置0s保护动作延时，在100ms内即可切断故障电流。考虑一定的时间裕度，变电站出线开关可以设置为250～300ms的保护动作延时时间，以确保选择性，从而实现配电自动化与两级级差保护的配合。

1、两级级差保护的配置原则

级差保护是通过对变电站10kV出线开关、主干线开关及分支线开关设置不同的保护动作延时来实现配合的。两级级差保护配合下，仅需在变电站出线开关、用户开关或分支开关处安装断路器，其余主干线开关均采用负荷开关。用户断路器开关或者分支断路器开关的保护动作延时时间设置为0s，变电站出线断路器保护动作延时时间设置为200～250ms。

图1为采用两级级差保护配置的典型线路图，其中方框代表断路器，圆圈代表负荷开关，实心代表合闸，空心代表分闸。S1、S2为变电站开关，A6、B3为分支线开关，B1、B2为用户开关，A1、A2、A3、A5为分段开关，A4为联络开关。变电站开关S1、S2均为断路器开关，保护动作延时设定为0s；用户开关B1、B2和分支开关B3为断路器开关，保护动作延时设定为200ms；分段开关和联络开关为负荷开关。

当主干线为全架空线路时，变电站断路器和用户断路器开关或者分支断路器开关的重合闸功能全部开放。此时，在不同位置发生故障时，配电自动化与两级级差保护配合的故障处理方案如下。

（1）当在分支开关B3或者用户开关B1、B2下游发生故障时，仅由分支开关或者用户开关动作隔离故障，避免变电站开关动作切除整条线路，有效减少了停电用户数目，提高了供电可靠性。如图1所示，当在用户开关B1的下游发生故障时，B1快速动作切除故障，将故障隔离在一定范围内。经过0.5s延时后，用户开关B1重合。若重合成功，则判定为瞬时性故障；若重合不成功，用户开关B1再次动作切除故障，并判定为永久故障，重合器不再重合。

（2）当在主干线上发生故障时，由变电站开关动作切除故障，经过0.5s延时后，变电站开关重合。若重合成功，则判定为瞬时性故障；若重合不成功，则配合配电自动化将故障隔离在一定范围。如图1所示，当在分段开关A1和A2之间发生故障时，变电站开关S1动作切除故障，0.5s后S1重合。若重合成功，判定该故障为瞬时性故障；若重合失败，则根据各开关上传给配电自动化主站的信息分析可知，故障发生在A1与A2之间。配电自动化主站遥控A1、A2分闸，将故障隔离在A1与A2之间，遥控变电站开关S1和联络开关A4合闸，恢复非故障区域供电，提供供电可靠性，提升电力企业的经济效益。

当主干线为全电缆线路时，变电站断路器开关和用户断路器开关或者分支断路器开关的重合闸功能全部闭锁，线路发生故障即认为发生的是永久性故障。此时，在不同位置发生故障时，配电自动化与两级级差保护配合的故障处理方案如下。

（1）当在分支开关B3或者用户开关B1、B2下游发生故障时，分支开关或者用户开关动作，隔离故障。由于电缆上发生故障即认为永久性故障，此时分支开关或用户开关不再重合。如图1所示，当在用户开关B1的下游发生故障时，B1快速动作切除故障，将故障隔离在开关B1的下游线路，并不再进行重合操作。当在主干线上分段开关A1和A2之间发生故障时，变电站开关S1动作切除电源与故障点之间的联系，然后配电自动化主站根据各开关采集的电流信息判定故障区间，遥控分段开关A1、A2分闸，隔离故障在A1、A2之间，遥控变电站开关S1和联络开关A4合闸，恢复非故障区间供电。

综合上述分析，采用上述两级级差保护方案，当在用户侧发生故障时，由于保护延时时间的配合，各保护之间不会发生越级跳闸或多个开关同时动作的情况，故障处理简单，操作开关数少；当在主干线上发生故障时，由变电站开关动作切除故障，同时结合配电自动化技术将故障隔离在更小范围内，并恢复非故障区域的供电，减小停电范围，提高供电可靠性。同时，分段开关均采用负荷开关，相比于断路器而言，减少了投资成本。

结束语

针对供电线路较长，分段开关较少的一农村电路为代表的线路，可以在其故障区域周围的开关进行电流数值的测量，判断出故障区域并立即进行故障处理工作。丧失对于城市电路而言，一般需要用到延时装置，才能保证整个系统的正常工作。在进行事先的准备工作时，保证遵循上级所制定的原则，可以引用弹簧储能操动机构，实现两级级差的相互配合。而三级级差的相互配合需要永磁操动机构和无触点驱动技术共同发挥作用。为了保障整个电力网络供电的可靠性，可以使用断路器与负荷开关相配合的工作方式，利用配电自动化技术与多级保护的方式，保障更大的供电范围，减小为用户带来的损失。为了防止分支线路的故障对整个电力系统造成冲击，可以采用多级级差保护与电压时间型馈线自动化配合方式。

参考文献：

[1]刘健，赵树仁，张小庆.中国配电自动化的进展及若干建议[J].电力系统自动化，2012，36（19）：6-10，21.

[2]刘健，张志华，张小庆，等.继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理[J].电力系统保护与控制，2011，39（16）：53-57，113.