配網自動化支持下的故障處理技術研究

季傲飛，劉希卓

（國網安康供電公司，陜西 安康 725000）

0 引 言

隨著電力需求的不斷增長和電網復雜性的提升，傳統的故障處理方法已無法滿足快速、準確處理配網故障的需求。通過利用先進的傳感技術、數據分析及機器學習算法，可以顯著提升故障處理的速度和準確性，降低停電時間，提高電網的可靠性和安全性，有助于改善現有的電力系統運行效率。

1 饋線自動化故障處理

配網饋線自動化包括本地自動化操作、故障診斷與定位以及中央集中控制3 個核心組件。本地執行模式無須依賴中心控制系統或輔助系統即可獨立完成自動化控制任務，該優勢在降低系統升級成本方面尤為顯著，因此廣泛應用于配網自動化改進項目。

故障處理主要職責是追蹤并識別故障電流的流動路徑，然后依托安裝在一次設備上的故障檢測器確定故障的具體位置。當線路發生故障時，位于電源側的故障檢測器會激活故障信號，而位于負荷側的故障檢測器則保持靜態，從而迅速定位故障點[1]。

配網自動化技術基于故障定位原理，集中收集和分析斷線故障信息，然后通過數據網絡將信息傳輸至配電主控系統，進一步分析故障和制定決策，最終制訂解決方案并下達執行指令。配網故障處理策略利用配電自動化系統的硬件資源和故障檢測器，確保故障定位的精確性。同時，融合人工智能技術與自動控制技術，合理安排故障區域的恢復供電工作，有效避免線路開關反復閉合，減輕對一次設備的停電影響。

饋線自動化將傳感器、智能設備和自動化算法應用于配網的饋線，實現對故障的自動檢測、定位和處理。饋線自動化廣泛應用于土木工程領域，并帶來許多優勢。

首先，饋線自動化能夠大大縮短故障處理時間。相比傳統的人工巡檢和故障處理方式，饋線自動化能夠迅速識別故障并定位故障點，減少人為判斷和調度的時間。故障處理時間的縮短對于電力系統的穩定性和可靠性至關重要。

其次，饋線自動化能提高故障處理的準確性。傳統的人工巡檢和故障處理易受人為主觀因素的影響，導致處理結果不準確或錯誤。而饋線自動化利用傳感器和智能算法進行故障識別和定位，不受人為因素影響，能夠準確判斷故障的發生位置和類型，提高故障處理的準確性。

最后，饋線自動化能夠增強電力系統的可靠性和健壯性。饋線自動化通過實時監測和故障排除，能夠快速恢復電力供應，縮短停電時間，增強電力系統的可靠性。同時，自動化的處理過程能夠保證故障處理的一致性和規范性，增強電力系統的健壯性。

2 就地型饋線自動化故障處理

就地型饋線自動化故障處理中，利用線路自動化設備結合配網和末端層的數據通信，實現故障點的識別、隔離和恢復部分區域供電的功能。該處理機制主要由智能分布系統和重合閉鎖設備構成。每種策略都有其獨特的優點和局限性，在具體實施時需要依據所處環境的實際情況選擇合適的控制策略。

2.1 重合器的故障處理策略

2.1.1 電壓-時間控制故障處理

電壓-時間控制故障處理策略根據無電壓狀態下斷開開關、電力恢復后延遲閉合開關的特性，配合變電站出線斷路器的二次閉合來處理故障。由故障引起上級重合器跳閘的情況下，相應的負荷側分段器會同步跳閘[2]。然后沿著電路的路徑，各分段器按順序嘗試合閘。當合位達到故障點時，重合器二次跳閘，從而隔離故障點；如果重合器的二次閉合成功，則表示故障區域外的部分已恢復供電。電壓-時間控制故障處理如圖1 所示。

圖1 電壓-時間控制故障處理

圖1中，開關1和開關2表示變電站的出線斷路器，具備二次閉合和設定時間后的斷開保護功能。而編號為分段開關1、分段開關2、分段開關3 及分段開關4 則為基于電壓-時間控制的負荷開關。

如果C區域發生故障，故障處理流程如下。第一步，開關1 由于過流保護機制觸發而斷開，導致分段開關1 和2 失去電力，隨即斷開。第二步，經過5 s 的間隔，開關1 進行重合閘嘗試，使得分段開關1 的一側重新獲得電力，并在7 s 后完成閉合。如果在3 s 內未監測到斷電情況，則判斷該區域未遭受故障影響。第三步，分段開關1 閉合7 s 后，分段開關2 嘗試閉合。此時，如果分段開關2 閉合至故障點，則會觸發開關1 的保護機制重新啟動，執行故障隔離動作。隨著分段開關1 與開關2 因斷電而再度斷開，分段開關2 在閉合后迅速失電，進而確定C 區為故障區域。第四步，在聯絡開關方面，如果兩端均有電壓，則系統運行正常，如果C 區域的線路故障導致開關1 斷開后單側失電，聯絡開關將在制定的時間內嘗試延時閉合。在此期間，分段開關2 將執行閉合及斷開動作，確保聯絡開關能感知到單側失電狀態，并據此鎖閉閉合，成功隔離故障區域。

完成故障處理流程步驟后，系統將自動完成故障的隔離過程。完成隔離后，相關的開關數據會被發送至主控系統，并通知主站已隔離的區域，以便運營維護團隊對C 區域的故障進行處理[3]。

2.1.2 重合器協作故障處理

采用能夠斷開短路電流的重合器取代傳統分段開關，當探測到異常電流時，能根據預設的電流與時間關系圖有效隔離故障位置。當配網發生故障，且故障電流超過重合器的設置閾值時，該重合器會依照預定流程，執行多輪分閘與合閘操作。重合器成功合閘后，便會終止序列并重置至初始條件。如果合閘嘗試失敗，重合器則啟動自動閉鎖程序，此狀態只能通過人工重置解除。重合器協作故障處理模式如圖2 所示。

圖2 重合器協作故障處理

以圖2 中線路的b 點遭遇接地故障為例，具體處理步驟如下。第一步，當故障電流流過重合器B 時，引起該重合器斷開，此時重合器A 預設的斷開延時尚未生效，重合器A 不動作。第二步，經過指定時間間隔后，若故障屬于瞬態，重合器B 將成功閉合，若故障為持續性質，則重合器B 將重新斷開并鎖閉，以實施故障隔離。在此過程中，重合器A 維持其初始位置，確保該策略不僅可縮小停電范圍，還能減少斷開次數。由于重合器不具備電壓檢測能力，該故障處理方案不適用于環形供電網絡[4]。

2.1.3 電壓-電流控制故障處理

電壓-電流控制故障處理策略使用過流脈沖計數分段器和重合器處理配網的故障[5]。該策略記錄配電線路中的過流和失壓事件，并利用出站開關的多次重合動作實現對故障區域的隔離。故障處理模式如圖3 所示。

圖3 電壓-電流控制故障處理

在放射型饋線布局中，分段器和重合器均處于閉合狀態。當P 點出現故障時，故障處理流程是重合器A 響應故障執行跳閘操作，同時C 分段器記錄一次事件并保持其閉合狀態。對于瞬時故障，重合器A 在多次嘗試閉合后，可能會閉合成功并保持電力供應正常，同時重合器C 的事件計數會被重置；反之，重合器A 閉合失敗，將被標記為故障狀態，此時重合器C 的事件計數達到2 次，在重合器C 執行跳閘動作后，分段器C 將斷開連接，以隔離故障地點；成功重合后，故障區域以外的區域將重新獲得供電。

電壓-電流控制故障處理策略適用于放射型和環網結構的配網，其優勢在于能夠迅速隔離故障點，該方案對開關的性能有較高的要求。

2.2 智能分布式的故障處理策略

基于智能分布式故障處理策略，該方案以重合器配合模式為核心，在故障發生時能夠通過光纖通信技術快速定位并隔絕故障點，免去變電站出線開關的跳閘需求，并實現聯絡開關的自動閉合，以轉移電力供應。智能分布式故障處理如圖4 所示。

圖4 智能分布式故障處理

若ABC 開關區域遭遇永久故障，處理流程如下。第一步，S1和A 開關將傳導并記錄故障電流，如果S1至A 開關區域無故障存在，S1開關保持閉合不跳閘；第二步，當故障電流通過S1開關和A 開關時，被A開關的電子檢測裝置捕獲時，便能確定S1到A 區域內無故障發生；第三步，如果A 開關的檢測裝置捕獲到故障電流，而B 開關和C 開關的檢測裝置未捕獲到，判斷ABC 區域內發生故障，進而斷開A 開關以隔絕故障區，B 開關和C 開關的檢測裝置捕獲到來自A 開關的故障電流，同樣進行隔離操作；第四步，由于圖4 中E 開關、F 開關、S2開關的檢測裝置未捕獲到故障電流，判定該處無故障發生，開關維持初始狀態；第五步，當ABC 故障區被隔絕，聯絡開關D監測到S1失壓但未察覺B 開關的故障，認定無故障存在。在預設的延時T 結束后，聯絡開關將自動閉合，恢復該區域的供電[6]。

在智能分布式故障處理框架中，控制器扮演著關鍵角色。它主要安裝于開關站、變電站及其他關鍵位置，具備與配電子站類似的功能，能夠采集并分析周邊站點的末端設備數據，實現快速的現場控制，同時將故障處理的結果和流程反饋到主控系統。該智能化處理模式大幅提高配電自動化的故障響應效率，并進一步提升配電系統的自動化與智能化水平。然而，該模式運行邏輯較為復雜，維護需求較高。

3 結 論

利用本地自動化操作、故障診斷與定位以及中央集中控制等核心技術，可有效降低系統升級成本，提升配網的自我恢復能力。此外，智能分布式故障處理策略通過結合光纖通信技術和人工智能算法，能夠快速準確地定位和隔離故障點，顯著提高電力系統的運行效率與供電可靠性。