基于主站-就地型自愈的非典型故障隔离优化策略

基于主站-就地型自愈的非典型故障隔离优化策略

黄玳1,周勇军2,谭英桃3

广西电网有限责任公司桂林供电局，广西桂林 540001

摘要：主站-就地型自愈技术利用自动化开关和主站配合完成故障定位、隔离和恢复非故障区域供电的过程，是配网重要的自愈模式。然而，当线路同时两点及以上非典型故障时，仅通过馈线开关闭锁完成故障隔离的自愈方式存在故障隔离范围过小导致自愈失败的风险。本文提出结合馈线开关的保护报警与闭锁信号，增加疑似故障区域判断，适当扩大故障隔离范围的优化策略。针对不同类型配网线路，分析了优化策略的有效性。

关键词：配网自愈；主站-就地型；非典型故障；隔离策略

引言

配网线路是为用户供电的终端高压设备[1]，其拓扑结构复杂，分布面广且环境复杂，易发生永久性故障跳闸，造成不好的社会影响与经济损失。随着经济与技术的发展，用户对配网线路供电可靠性和持续性有更高的要求。因此需对配网设备进行改造升级，实现系统自动故障定位、故障隔离、非故障区域恢复供电的功能，并通知运维人员尽快处理故障恢复线路正常供电。近年来，配网自动化与智能化在快速推进，国内一些发达城市已经初步完成了配网线路自愈系统[11]，在应用中取得了不错效果。

主站-就地型自愈技术就是当前较为流行的自愈模式，其在处理典型的单一永久性故障时，实现快速故障定位、故障隔离、恢复上游线路与非故障区域转供的功能。然而，当线路同时发生两点及以上故障时，仅利用自动化开关闭锁完成故障就地隔离的策略存在故障隔离范围过小，带故障转供导致转供线路跳闸，造成自愈失败的风险。

针对线路同时发生两点及以上故障的配网自愈，本文提出了一种基于主站-就地型自愈的非典型故障隔离优化策略。通过结合自动化开关的保护报警[15]与闭锁信号，增加疑似故障区域判断，适当扩大故障隔离范围的方式，避免带故障转供造成转供线路跳闸的风险，提高自愈复电成功率。

1主站-就地型自愈原理

随着电力设备与通信技术迅速发展，配网自愈技术成为智能电网的重要组成部分。主流的配网自愈技术有集中型自愈、就地型自愈和集中-就地型自愈[13-14]三种。其中，主站型自愈技术通过汇集线路开关的故障信号到子站/主站后，由子站/主站完成线路自愈，其优势在于能较好分析电网情况调整运行方式；就地型自愈技术利用电压-时间型开关进行故障定位并完成故障就地隔离，其能够迅速完成故障隔离。顾名思义，集中-就地型自愈技术就是一种融合了集中型自愈技术与就地型自愈技术优势的自愈模式，其能够迅速完成故障就地隔离与分析复杂运行方式制定多种自愈方案，成为很多地市供电局的首选配网自愈技术。下面将从配网智能分段开关和线路自愈实现过程两个方面介绍主站-就地型自愈原理[2]。

1.1配网智能开关

集中-就地型自愈需要主站出线开关重合闸与馈线开关配合实现故障隔离与恢复非故障区域供电。馈线开关有电压-时间型开关、配置遥控监控终端（即FTU）的开关]和新型智能开关三种类型。电压-时间型开关具备“失电分闸、得电合闸”的特性。当通过电压-时间型开关送电至故障点时，此类开关能发出“X闭锁”或“Y闭锁”。其中，“X闭锁”表示故障点在开关前段线路，“Y闭锁”表示故障点在开关后段线路。FTU开关能检测开关电压、电流、分合闸状态与保护信号并上传到主站，同时可具有远程遥控开关的功能。得益于通信与开关技术的发展，新型的配网智能开关将电压-时间开关与FTU开关的优点结合起来，使其同时具备“失电分闸、得电合闸”、开关闭锁与三遥功能（即遥信、遥测、遥控）等特性。

1.2主站-就地型自愈实现过程

主站-就地型自愈技术有全自动和半自动两种方式。全自动自愈表示从线路故障跳闸开始，系统自动完成故障定位、故障隔离、非故障区域恢复供电、生成自愈报告的全过程，不需值班调度员人工操作。半自动自愈表示系统只完成故障定位、故障隔离、上游线路恢复供电和制定自愈方案的过程，下游非故障区域转供操作需要当值调度员人为操作。当主站出线开关跳闸时，经一次重合闸后，系统利用配网智能开关的“X闭锁”和“Y闭锁”功能实现线路故障就地隔离；出线开关经二次重合闸恢复上游线路供电；主站收集到开关闭锁信号后，分析电网运行方式，启动自愈，制定自愈方案，通过全自动或半自动的方式操作馈线分段开关恢复非故障区域供电[3]。

2故障隔离问题分析

故障隔离是配网自愈关键步骤之一。故障隔离范围过小，带故障转供会导致转供线路跳闸，造成自愈失败。当前，主流的故障隔离策略对典型的单一永久性故障配网自愈有较好的效果。然而，线路同时发生两点及以上非典型永久性故障时，主站-就地型自愈技术仅采用电压-时间型开关闭锁完成故障隔离，存在故障隔离范围过小，带故障转供导致转供线路跳闸，造成自愈失败的风险。

图1 非典型故障隔离策略失败分析图

（图中，K类开关为主站出线开关，如KA表示A站出线开关、KB表示B站出线开关，下同；L类开关为线路常开联络开关，如L1表示线路A与线路B的常开联络开关，下同；其余开关均为配网智能开关；馈线上的波折箭头表示故障点，下同）

当前故障隔离策略在处理线路上同时发生两点及以上非典型永久性故障自愈失败分析如图1所示，故障点分别位于开关A2至开关A3段线路与开关A4至开关A5段线路，故障隔离过程如下：

（1）线路A发生永久性故障，KA开关跳闸，开关A1、A2、A3、A4、A5失压同时分闸，自愈启动。

（2）KA开关经一次重合闸动作， A1开关得电后延时合闸送电至A2开关，A2开关得电后延迟合闸送电至A3开关。

（3）因A2开关至A3开关段线路有故障，A站检测到线路有故障信号，重新跳开KA开关，开关A1、A2再次失压分闸；此时A2开关发“Y闭锁”、A3开关发“X闭锁”信号。

（4）KA开关经二次重合闸动作，恢复KA1开关至A2开关段线路供电。

（5）主站收集到开关A2、A3闭锁信号后，故障定位为A2开关至A3开关段线路，分析线路拓扑结构与负荷潮流分布情况，制定自愈方案。

（6）根据自愈方案，即将开关A3至开关L1段线路转由B站线路B供电，通过全自动或半自动方式操作合上L1开关， A5开关得电后延迟合闸送电至A4开关。

（7）因A4开关至A5开关段线路有故障，B站检测到故障信号后，KB开关跳闸，自愈失败。

从上述故障隔离过程可以得到，线路上同时发生两点及以上永久性故障时，经一次主站出线开关重合闸，馈线智能开关通过闭锁功能完成了前段故障就地隔离，而后段线路故障不能被有效定位与隔离。从而造成故障隔离范围过小，带故障转供导致转供线路跳闸，自愈失败。因此，需要对故障隔离策略进一步优化。

3故障隔离策略优化

针对目前主站-就地型自愈存在故障隔离范围小的问题，本文对隔离策略进行优化。当前主站-就地型自愈技术仅利用智能开关的闭锁功能对线路故障进行就地隔离，忽略了主站出线开关跳闸时馈线上各智能开关发出的保护信号。当线路同时发生两点及以上永久性故障时，存在故障隔离范围过小的问题，造成带故障转供导致自愈失败。本文考虑结合出线开关跳闸时与经一次重合闸后馈线上各智能开关保护信号和闭锁信号制定更优化的故障隔离策略。此策略不需增加设备成本投入与不改变线路拓扑结构，主站通过分析出线开关跳闸时馈线上各智能开关的保护信号与经一次重合闸后的闭锁信号，增加疑似故障区域，适当扩大故障隔离范围，避免带故障转供以提高自愈成功率。

为证明本文提出的故障隔离优化策略的有效性，基于线路典型单一永久性故障自愈和非典型故障自愈对优化策略进行详细介绍。

3.1典型故障隔离策略优化有效性分析

配网线路发生典型单一永久性故障的概率非常高，因此优化后的故障隔离策略应准确定位故障点并完成故障就地隔离，不扩大故障停电范围。如图2所示，优化后的故障隔离策略处理典型单一线路故障自愈过程如下：

（1）线路A发生永久性故障，开关KA跳闸，开关A1、A2、A3、A4、A5同时失压分闸。此时，开关A1、A2、A3检测到故障电流，发过流保护信号（或其他保护信号），开关A4、A5无故障报警信号，并将信号上传到主站，自愈启动。

（2）KA开关经一次重合闸动作，从开关A1开始依次得电延迟合闸送电至开关A4。

（3）因开关A3至开关A4段线路有永久性故障，A站检测到故障信号，开关KA再次跳闸，开关A1、A2、A3发过流保护信号（或其他保护信号），同时开关A3发“Y闭锁”、开关A4发“X闭锁”。

（4）KA开关经二次重合闸动作，恢复开关KA1至开关A3段线路送电。

（5）主站收集到KA开关第一次故障跳闸时开关A1、A2、A3发故障报警信号而开关A4、A5无保护报警信号，及一次重合闸后开关A3、A4闭锁信号，判断故障定位在A3开关至A4开关段线路、开关A4至开关L1至开关L2段线路无故障，分析线路拓扑结构与负荷潮流分布情况，制定自愈方案。

（6）根据自愈方案，通过全自动或半自动方式操作合上L1或L2开关，将开关A4至开关L1至开关L2段线路转由B站线路B或C站线路C供电。

图2 典型故障隔离策略优化分析图

故障隔离优化策略在处理典型的单一线路故障时，能够准确完成故障定位与隔离，没有扩大故障停电范围，保障用户供电稳定与有序。该策略也适用于电缆线路与架空-电缆混合线路，自愈过程见下文分析。

3.2非典型故障隔离策略优化有效性分析

非典型故障是指线路同时发生两点及以上故障。此部分分别对架空线路与架空-电缆混合线路的故障隔离优化策略处理馈线非典型故障自愈过程进行有效性分析。

3.2.1架空线路非典型故障隔离策略分析

架空线路具有分布广、环境复杂的特点，是城郊与乡镇地区最主要的供电方式。雷雨极端天气时，架空线路易发生因树竹触碰导线或避雷器炸故障，甚至同时发生两点及以上故障。此部分对架空线两点及以上非典型故障自愈过程进行分析。如图3所示。

（1）线路A发生永久性故障，开关KA跳闸，开关A1、A2、A3、A4、A5同时失压分闸；此时开关A1、A2、A3、A4检测到故障电流，发过流保护信号（或其他保护信号），开关A5无保护报警信号，并将信号上传到主站，自愈启动。

（2）KA开关经一次重合闸动作，从开关A1开始依次得电延迟合闸送电至开关A4。

（3）因开关A3至开关A4段线路发生永久性故障，A站检测到故障信号，开关KA再次跳闸，开关A1、A2、A3发过流保护信号（或其他保护信号），同时开关A3发“Y闭锁”、开关A4发“X闭锁”。

（4）KA开关二次重合闸动作，恢复开关KA至开关A3段线路送电。

（5）主站收集到KA开关第一次故障跳闸时开关A1、A2、A3、A4发故障报警信号而开关A5无故障报警信号，及一次重合闸后开关A3、A4闭锁信号，判定开关A3至开关A4段线路为故障区域、开关A4至开关A5至开关L2段线路为疑似故障区域，制定自愈方案。

（6）根据自愈方案，系统自动闭锁A5开关，通过全自动或半自动方式操作合上L1开关，将开关A5至开关L1段线路转由B站线路B供电。

图3 架空线路非典型故障隔离策略优化分析图

故障隔离优化策略通过分析主站出线开关第一次故障跳闸时馈线智能开关的保护报警和开关闭锁信号来判断故障隔离区域。本文将通过智能开关闭锁完成故障隔离的区域称为就地隔离区域；将系统利用智能开关故障报警信号与闭锁信号判断后适当扩大的故障隔离区域称为疑似故障区域。主站会自动闭锁疑似故障区域对应的智能开关，恢复非故障线路送电。

3.2.2架空-电缆混合线路非典型故障隔离策略优化分析

架空-电缆混合线路主要分布于城区和城郊，其涉及到重要用户和敏感用户供电。因此，故障准确定位与隔离，快速恢复非故障区域送电尤为重要。如图4所示，架空-电缆混合线路非典型故障自愈过程如下：

（1）线路A发生永久性故障，开关KA跳闸，开关A1-A8同时失压分闸；开关A1、A2、A5检测到故障电流，发过流保护报警信号（或其他保护报警），开关A3、A4、A6、A7、A8无故障报警信号，自愈启动。

（2）KA开关经一次重合闸，开关A1得电延迟合闸送电至开关A2。

（3）因开关A1至开关A2段线路发生永久性故障，A站检测到故障信号，开关KA再次跳闸，开关A1发过流保护信号（或其他保护信号），同时开关A1发“Y闭锁”、开关A2发“X闭锁”。

（4）KA开关二次重合闸，恢复开关KA1至开关A1段线路送电。

（5）主站收集到KA开关第一次故障跳闸时开关A1、A2、A5发故障报警信号而开关A3、A4、A6、A7、A8无故障报警信号，及一次重合闸后开关A1、A2闭锁信号，判定开关A1至开关A2段线路为故障区域、开关A2至开关A3至开关A4至开关A6段线路为疑似故障区域，制定自愈方案。

（6）根据自愈方案，系统自动闭锁A3、A4、A6开关，通过全自动或半自动方式操作合上L1开关，将开关A6至开关L1段线路转由B站线路B供电、将开关A3至开关L2段线路转由C站线路C供电。

图4 架空-电缆混合线路非典型故障隔离策略优化分析图

以上分析，故障隔离优化策略对架空-电缆混合线路同样有效。利用智能开关故障报警信号与闭锁信号完成故障定位，适当扩大故障隔离范围，恢复非故障区域线路送电。避免带故障转供，造成转供线路重要用户停电。

结语

配网自愈是智能电网建设中重要的组成，极大地提高用户供电的可靠性与用电幸福感。故障隔离是自愈技术的关键步骤。本文介绍了当前主站-就地型自愈技术原理与实现过程，对其故障隔离策略进行分析。针对主站-就地型自愈在处理非典型故障隔离范围过小的问题，提出一种故障隔离优化策略。通过综合分析智能开关故障报警信号与闭锁信号，增加疑似故障区域，适当扩大故障隔离范围的方式，提高配网自愈成功率。本文详细阐述了不同线路类型下优化策略处置故障隔离与自愈实现过程，表明该策略能有效完成故障定位与隔离，提高线路自愈成功率。

参考文献

[1]徐义权. 配网线路设备运行管理及维护措施研究[J]. 科技创新与应用, 2021, 11(25):3.

[2]杨双辉. 10kV配网线路网架规划分析[J]. 通讯世界, 2017(23):2.

[3]刘俊炜. 探析10kv配网线路的常遇故障及防范方法[J]. 电子测试, 2017(11X):2.