配電網(wǎng)饋線故障及其可靠性分析

范煒豪

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信電學(xué)院，江蘇 徐州 221005）

隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展，對(duì)電力需求越來(lái)越高，國(guó)家電力公司加大了對(duì)配電網(wǎng)的改造，提出了“實(shí)現(xiàn)可靠供電、降低網(wǎng)損，提高供電能力、供電質(zhì)量，推動(dòng)電力企業(yè)提高效率、改善服務(wù)、促進(jìn)發(fā)展”的目標(biāo)。而配電網(wǎng)由架空線或電纜配電線路、配電所或配電變壓器、斷路器、補(bǔ)償電容、各種開(kāi)關(guān)在內(nèi)的配電網(wǎng)和繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測(cè)量和計(jì)量?jī)x表以及通信和控制設(shè)備構(gòu)成，是電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電和配電三大系統(tǒng)之一。而我國(guó)配電網(wǎng)絕大多數(shù)為樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，且多為架空線，可靠性差，損耗高，電能質(zhì)量差，自動(dòng)化程度低，尤其是在農(nóng)村，因此，對(duì)配電網(wǎng)饋線故障及其可靠性的研究，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

1 電網(wǎng)饋線故障區(qū)域定位

1.1 配電網(wǎng)饋線故障區(qū)域定位的含義

配電網(wǎng)饋線故障是指饋線發(fā)生相間故障或接地故障。為了迅速恢復(fù)供電，需要知道故障發(fā)生在哪個(gè)區(qū)域后，才能迅速斷開(kāi)饋線上相應(yīng)的斷路器或和分段開(kāi)關(guān)來(lái)隔離故障。當(dāng)饋線發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障電流為線路的容性充電電流，一般小于5 A，饋線上的斷路器和分段開(kāi)關(guān)不會(huì)有明顯的故障電流，線電壓幾乎不變。從對(duì)系統(tǒng)造成的危害來(lái)看，它只是破壞了系統(tǒng)的絕緣性能。對(duì)于小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，故障選線和確定故障點(diǎn)是一個(gè)探討的熱點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)，至今的技術(shù)都不是很成熟。饋線路發(fā)生三相短路、兩相短路、兩相短路接地時(shí)，饋線會(huì)有明顯的現(xiàn)象發(fā)生。確定饋線故障區(qū)域的目的是要能正確確定故障發(fā)生在線路的哪幾個(gè)開(kāi)關(guān)之間，從而確定應(yīng)該動(dòng)作的開(kāi)關(guān)，為尋找故障提供依據(jù)，而不能精確確定故障發(fā)生在哪個(gè)點(diǎn)。

1.2 配電網(wǎng)饋線開(kāi)關(guān)的故障處理

當(dāng)故障發(fā)生在不同區(qū)域時(shí)，處理的方式也不同。如單重故障時(shí)，故障處理方式是：

（1）當(dāng)故障發(fā)生在主饋線母線上時(shí)，需要按照設(shè)計(jì)的饋線自動(dòng)化流程來(lái)動(dòng)作重合器和分段器開(kāi)關(guān)來(lái)判斷故障區(qū)域和隔離故障區(qū)域。

（2）當(dāng)故障發(fā)生在負(fù)荷側(cè)時(shí)，熔斷器在重合器動(dòng)作跳閘之前先熔斷。當(dāng)熔斷器熔斷后，通過(guò)聯(lián)動(dòng)裝置使負(fù)荷開(kāi)關(guān)跳閘隔離故障區(qū)域。

由于故障發(fā)生在不同區(qū)域時(shí)處理方式的不同，在進(jìn)行環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)控制部分自動(dòng)化技術(shù)改造時(shí)，只考慮控制環(huán)網(wǎng)柜的進(jìn)線開(kāi)關(guān)和出線開(kāi)關(guān)，在環(huán)網(wǎng)柜出現(xiàn)進(jìn)線側(cè)故障、本體母線故障和出線側(cè)故障的情況下，可以按照編制的饋線故障處理程序動(dòng)作環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)線開(kāi)關(guān)和出線開(kāi)關(guān)，配合重合器的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)判斷和隔離故障區(qū)域的功能，而不考慮控制負(fù)荷側(cè)開(kāi)關(guān)。故障發(fā)生后，如果重合器經(jīng)歷了故障電流，則重合器跳閘，并按預(yù)先整定的電流、時(shí)間特性進(jìn)行若干次合、分閘的操作。若重合成功則自動(dòng)中止后續(xù)動(dòng)作，并經(jīng)歷一定的時(shí)間后恢復(fù)到預(yù)先的整定狀態(tài)；若在動(dòng)作到達(dá)整定的次數(shù)重合閘失敗，則閉鎖在分閘狀態(tài)，只有通過(guò)手動(dòng)復(fù)位才能解除閉鎖。

2 配電網(wǎng)可靠性分析方法

2.1 故障遍歷分析法

故障遍歷分析法是基于故障枚舉的思想，利用遍歷技術(shù)發(fā)展起來(lái)的分析方法。這種方法首先根據(jù)故障點(diǎn)故障時(shí)間不同，將故障點(diǎn)分為故障時(shí)間為隔離時(shí)間、故障時(shí)間不受故障影響、故障時(shí)間為故障修復(fù)時(shí)間、故障時(shí)間為隔離時(shí)間加切換操作時(shí)間四類，然后以每個(gè)故障點(diǎn)為起點(diǎn)，向后搜索其父節(jié)點(diǎn)直至首次出現(xiàn)斷路器為止。通過(guò)遍歷分析出所有故障時(shí)間，最終分析系統(tǒng)可靠性。

2.2 最小路分析法

最小路分析法基本思想是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，將非最小路上的元件故障對(duì)負(fù)荷點(diǎn)可靠性的影響，折算到相應(yīng)的最小路的節(jié)點(diǎn)上，從而對(duì)每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，僅對(duì)其最小路上的元件與節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，即可得到負(fù)荷點(diǎn)相應(yīng)的可靠性指標(biāo)。而連接任意兩節(jié)點(diǎn)間的有向弧或無(wú)向弧組成的集合稱為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的一條路。如果一條路中移去任意一條弧后就不再構(gòu)成路則稱這條路為最小路。求取每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的最小路是最小路分析法的核心，把系統(tǒng)元件分成兩類：最小路上的元件；非最小路上的元件。如果系統(tǒng)無(wú)備用電源，那么最小路上的每個(gè)元件發(fā)生故障或檢修，均會(huì)引起負(fù)荷點(diǎn)的停運(yùn)；如果系統(tǒng)有備用電源，對(duì)于非最小路上的元件，先根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將其對(duì)負(fù)荷點(diǎn)可靠性指標(biāo)的影響折算到相應(yīng)的最小路的節(jié)點(diǎn)上，然后再按照上述方法處理即可；如果主饋線上裝有隔離開(kāi)關(guān)或分段斷路器，發(fā)生故障所引起的前段負(fù)荷點(diǎn)停運(yùn)，后段元件的檢修不會(huì)引起前段負(fù)荷點(diǎn)的停運(yùn)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)等值分析法

配電網(wǎng)實(shí)際是由結(jié)構(gòu)復(fù)雜的主饋線和副饋線構(gòu)成，針對(duì)實(shí)際配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用一個(gè)等效元件來(lái)代替一部分配電網(wǎng)絡(luò)，從而將一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)逐步簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單輻射狀的主饋線系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)等值分析法的基本思想。網(wǎng)絡(luò)等值分析法首先是向上等效，將一個(gè)復(fù)雜的副饋線分支用等效分支線代替，逐層向上層等效，最終將網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單輻射狀的主饋線網(wǎng)絡(luò)；接著是向下等效，將這種影響用等效串聯(lián)元件表示，并分層分析分布在各層的負(fù)荷點(diǎn)的可靠性。

3 結(jié)束語(yǔ)

在目前我國(guó)城市手拉手配電環(huán)網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)的技術(shù)改造的大背景下，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行饋線故障區(qū)域定位和饋線開(kāi)關(guān)的故障處理，還可以利用可編程序控制器對(duì)饋線上的重合器和分段開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，這種方法是可行的。對(duì)配電網(wǎng)可靠性分析還常常用到遞歸分析法、最小割集法等方法，在工作中可以根據(jù)實(shí)際情況選用分析方法。

1 魏君.論我國(guó)配電網(wǎng)饋線系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].今日科苑，2008（4）

2 張紅云.中壓配電網(wǎng)可靠性理論計(jì)算及分析[J].中國(guó)電力，2010（6）