智能配電網故障處理模式的選擇與應用

郭志軍+李穩

摘 要：首先對配電網中常見的故障類型進行了介紹，然后對故障處理模式的種類及特點進行了分析、比較。并采用舉例的方式深入詳述了故障處理模式的選擇和應用方式。最后闡明了故障處理模式的合理選擇是影響提高配電網的運行可靠性的一個重要因素。

關鍵詞：配電網；故障處理模式；應用

引言

配電網是國民經濟和社會發展的重要公共基礎設施，它承擔著從電源側接受電能并就地或逐級分配給各類用戶的功能，是電網與用戶銜接的最后一環，能夠敏銳的反映用戶在用電安全、用電質量和經濟性等方面的要求，因而配電網的運行安全對供電企業來說是十分重要的。

當前，除少數沿海發達地區外，我國的配電網網架結構整體還比較薄弱，據統計，我國電網中85%以上的故障發生在配電網上[1]，因此，研究配電網的故障處理對提高整個電網的供電可靠性有著非常重要的意義。本文結合作者在實際工作中的所見和體會，對配電網設計中常見的幾種故障處理模式進行梳理，并結合應用場合進行分析、比較，歸納出了各種模式的合理使用范圍，以期與同行共同探討。

1 配電網常見故障分類

1.1 按故障類型分類

從故障類型來看，配電網常見的故障可分為單相接地故障和相間短路故障兩大類。其中，單相接地故障約占故障總數的80%[2]。

單相接地故障主要由自然災害等造成的導線斷線、絕緣子擊穿等引起，一旦產生，會造成非故障相電壓急升，產生間隙性弧光過電壓，威脅在網運行電力設備安全。但由于我國配電網（尤其10kV配電網）一般為中性點非有效接地系統，在發生單相接地故障時，可帶故障運行一段時間，其間，運行維護人員盡快進行檢修，以免故障范圍擴大、故障性質變化。故發生單相接地故障時檢修的關鍵問題在于選線和故障定位。相間短路故障一般由外力破壞造成，相間短路會在故障回路內產生極大的短路電流，因此必須立即切除，實現手段為早期的繼電保護裝置及現在的配電自動化裝置等。

1.2 按故障性質分類

從故障類型來看，配電網常見的故障可分為瞬時性故障和永久性故障兩大類[3]。瞬時性故障在繼電保護斷開斷路器后，故障消失，故障點能夠恢復原來的絕緣強度，重合閘后配電網即能恢復正常的供電；永久性故障在繼電保護裝置斷開斷路器后，故障不能自動消失，正常供電將受到中斷。

2 故障處理模式的種類與選擇

當前常見的故障處理模式包括饋線自動化模式和故障監測方式兩類，其中饋線自動化可采用集中式（含全自動式、半自動式兩種）、智能分布式、就地重合器式三種方式[4]。各種模式的特點如下：

2.1 集中式饋線自動化

該方式下，配電主站或子站通過快速搜集區域內配電終端信息，判斷配電網運行狀態，集中進行故障識別、定位，自動（全自動式）或通過人工遙控（半自動式）完成故障隔離和非故障區域的恢復供電。集中式饋線自動化（全自動化式）的特點是自動化程度高，響應迅速，不需要人為干預，適合用于網架結構復雜、規模大且對供電可靠性要求高的場合。其缺點是對通信要求高，投資大。集中式饋線自動化（半自動化式）對通信及投資的要求較全自動化式均大大降低，但仍具有自動分析、定位故障區段等功能，適于在供電可靠性要求較高的地區大量使用。

2.2 智能分布式饋線自動化

該方式下，通過配電終端之間的故障處理邏輯，完成故障隔離和非故障區域恢復供電，并將故障處理的結果上報給配電主站。配電主站和子站可不參與處理過程。該方式的特點是無需配置主站、子站，可靠性極高，且能更好的適應線路變更。適用于對供電可靠性要求很高、但網架結構不是太復雜的場合。

2.3 就地重合器式饋線自動化

該方式下，在故障發生時，通過線路開關間的邏輯配合，利用重合器實現線路故障的就地識別、隔離和非故障線路恢復供電。該方式不需要通信手段，建設簡單，但有越級跳閘等風險，適合于網架結構簡單，且對供電可靠性要求不高的場合。

2.4 故障監測方式

該種方式下，在故障發生時，可通過線路上安裝的故障指示器對故障點進行簡單監測，方便維護人員迅速確定故障點。該方式安裝簡單，成本低，不依賴通信網，但故障時需人員現場操作，效率低，適合于負荷密度低、對供電可靠性要求低的農牧地區使用。綜上，故障處理模式的選擇應綜合考慮區域供電可靠性要求、配電網網架結構、配電網運行方式、故障類型、負荷分布等因素進行選擇。

3 故障處理模式的應用

以下舉例說明故障處理模式的應用。某市主城區負荷密度較大，供電可靠性要求高，10kV配電網架結構為單環式（電纜網）及多分段適度聯絡式（架空網）。為進一步提高供電可靠性，現正進行配電自動化系統建設，需對該區域配電網的故障處理模式進行設計。

根據以上電網現狀，考慮到主城區現有光纜通信資源較好，線路多，結合前文中故障處理模式各種形式的特點和適用場合論述，并綜合考慮投資及可靠性因素，本文建議其采用集中式饋線自動化（半自動化式）。發生故障時，主站根據各配電終端檢測到的故障報警，啟動故障處理程序，并進行邏輯判斷，確定故障類型和發生位置后向調度人員提供故障隔離、網絡重構實施策略，由調度員確認后逐步遙控操作執行。其工作原理如圖1所示。

（1）當甲線的1號環網柜母線F1發生故障時，甲線出線開關保護跳閘，甲線全線停電。此時，變電站出線開關1保護動作跳閘，配電自動化系統自動檢測、定位故障區域，通過調度員遠程分開1號環網柜的二臺進線開關，實現故障切除，隔離故障線路。然后發出合上2號環網柜的進線聯絡開關遙控命令，恢復非故障段供電。（2）當甲線的1號環網柜與2號環網柜之間的聯絡線F2發生故障時，由于正常運行時，K4聯絡開關斷開，甲線全線停電。此時，變電站A出線開關1保護動作跳閘，配電自動化系統自動檢測定位故障區域，通知調度員分開1號環網柜的K2進線開關和1號環網柜的K3進線開關，實現故障切除，隔離故障線路，然后發出合上2號環網柜的進線聯絡開關K4遙控命令，恢復非故障段1號環網柜供電。

4 結束語

隨著智能電網技術的不斷發展，配電網故障處理模式也將會衍生出更多的種類，為提高配電網的供電可靠性提供保障。如何使各種模式的特點與電網本身的條件匹配，從而發揮出最理想的效能，最大程度的提高配電網運行的安全可靠性也是我們應該一直注意研究的問題。只有這樣，電網建設才會實事求是地一步步走向更加堅強。

參考文獻

[1]劉健.配電網故障處理研究進展[J].供用電技術，2015（4）：8.

[2]李天友，林秋金.中低壓配電技能實務[M].北京：中國電力出版社，2012.

[3]劉慧芳.智能配電網故障自愈技術研究[D].北京：華北電力大學，2014：15，16.

[4]Q/GDW11184-2014.配電自動化規劃設計技術導則[S].國家電網公司，2014：5.