配電網(wǎng)自適應(yīng)智能型快速故障定位與就近隔離技術(shù)研究

丁偉平

（國網(wǎng)山東省電力公司海陽市供電公司，山東 煙臺 265100）

0 引 言

在電力系統(tǒng)中，解決線路或設(shè)備故障問題至關(guān)重要。為確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，必須盡快將故障點(diǎn)與其他部分的網(wǎng)絡(luò)斷開，并迅速完成修復(fù)工作。配電網(wǎng)直接面向終端用戶，直接影響著供電服務(wù)水平的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此配電網(wǎng)自適應(yīng)智能型快速故障定位與就近隔離技術(shù)對提高供電可靠性、優(yōu)化營商環(huán)境具有重要意義。

1 線路基本保護(hù)配置

線路保護(hù)采用分級保護(hù)配置。對于短路故障，采用出線斷路器、分支斷路器、分界斷路器的三級保護(hù)配置模式，且各級保護(hù)在靈敏度和時(shí)限上均匹配。出線斷路器的電流速斷保護(hù)被設(shè)定為在距離變電站電氣距離最近的分支斷路器、聯(lián)絡(luò)斷路器安裝處發(fā)生故障時(shí)啟動。為確保保護(hù)的可靠性，必要時(shí)可啟動低電壓閉鎖元件，實(shí)現(xiàn)電流、電壓元件的協(xié)同工作。對于單相接地故障，采用五級保護(hù)逐級配合的方式，包括出線斷路器、#1 分段斷路器、#2 分段斷路器、分支斷路器以及分界斷路器。

2 自適應(yīng)智能型饋線自動化策略

傳統(tǒng)的饋線自動化故障處理方法均依賴于信息通信。由于配電終端的計(jì)算能力有限，無法滿足加密解密的計(jì)算時(shí)間[1-2]。而自適應(yīng)智能型策略是一種就地型的饋線自動化方案，無須配網(wǎng)主站的參與，具有不依賴通信、故障處置快速、恢復(fù)供電時(shí)間短等優(yōu)勢[3-4]。線路上的分段（分支）和聯(lián)絡(luò)開關(guān)選用一二次融合斷路器，并配置為就地型模式，以充分發(fā)揮其故障處置能力[5]。為確保故障位置與短時(shí)來電時(shí)間精準(zhǔn)對應(yīng)，對分段開關(guān)的來電檢故障加速分閘功能進(jìn)行延時(shí)配置。同時(shí)，完善分段開關(guān)的檢短時(shí)來電分閘功能，加入短時(shí)來電時(shí)間檢測，使故障點(diǎn)負(fù)荷側(cè)開關(guān)能夠依據(jù)短時(shí)來電時(shí)間完成隔離。

3 短路故障處理

3.1 常規(guī)情況下的故障處理

以標(biāo)準(zhǔn)三分段三聯(lián)絡(luò)10 kV 線路為例，配置短路故障三級保護(hù)。三分段三聯(lián)絡(luò)線路結(jié)構(gòu)如圖1 所示，線路各開關(guān)保護(hù)配置如表1 所示。

表1 線路開關(guān)短路故障配置

圖1 三分段三聯(lián)絡(luò)線路結(jié)構(gòu)

出線開關(guān)過電流保護(hù)要求Ⅰ段保護(hù)范圍不超分段開關(guān)FB1；退出合閘加速保護(hù)功能，依靠開關(guān)過流保護(hù)延時(shí)跳閘。

分段開關(guān)功能調(diào)整包括以下幾部分內(nèi)容。

第一，針對合位來電檢故障加速分閘功能，需要增加延時(shí)功能，以便根據(jù)不同故障點(diǎn)的位置來對應(yīng)不同的短時(shí)來電時(shí)間。當(dāng)觸發(fā)加速分閘動作后，將直接實(shí)施正向閉鎖，以隔離前端故障。合位來電檢故障加速分閘動作邏輯，如圖2 所示。

圖2 合位來電檢故障加速分閘動作邏輯

第二，增加檢短時(shí)來電時(shí)間分閘并反向閉鎖功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測到短時(shí)來電時(shí)間后，將自動執(zhí)行分閘操作，并實(shí)施反向閉鎖，以隔離故障后端。檢短時(shí)來電時(shí)間分閘并反向閉鎖動作邏輯，如圖3 所示。

圖3 檢短時(shí)來電時(shí)間分閘并反向閉鎖動作邏輯

3.1.1 K1 區(qū)段故障

當(dāng)故障點(diǎn)為圖1 中的K1 區(qū)段時(shí)，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，在故障發(fā)生后，出線開關(guān)CB1 會執(zhí)行保護(hù)分閘動作，而FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 會在延時(shí)2 s 后嘗試重合閘，并判斷故障類型。如果故障是瞬時(shí)性的，系統(tǒng)將恢復(fù)正常運(yùn)行；如是故障時(shí)永久性的，CB1 將再次執(zhí)行保護(hù)分閘，且不再嘗試重合閘。再次，系統(tǒng)確定短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間。如果FB1 檢測到短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間小于0.12 s（Ⅰ段0 s 動作）或大于0.4 s（Ⅱ段或Ⅲ段），則執(zhí)行自動分閘并反向閉鎖，以隔離故障區(qū)域。最后，當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1 單側(cè)失壓后，如果檢測到短時(shí)來電且持續(xù)時(shí)間不在0.2 ～0.3 s 內(nèi)，系統(tǒng)會延時(shí)合閘，以恢復(fù)故障后端的供電。

3.1.2 K2 區(qū)段故障

當(dāng)故障點(diǎn)為圖1 中的K2 區(qū)段時(shí)，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，出線開關(guān)CB1 保護(hù)分閘（Ⅱ段或Ⅲ段），同時(shí)FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在延時(shí)2 s 后執(zhí)行重合閘動作。如果故障是瞬時(shí)性的，則系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；如果故障是永久性的，F(xiàn)B1 將加速保護(hù)分閘（延時(shí)0.3 s）并正向閉鎖，而CB1 因未達(dá)到保護(hù)延時(shí)將不會再次動作。再次，F(xiàn)B2檢測短時(shí)來電的持續(xù)時(shí)間。如果短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間在0.3 ～0.4 s，F(xiàn)B2 將自動分閘并反向閉鎖。最后，當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1 出現(xiàn)單側(cè)失壓且檢測到短時(shí)來電的持續(xù)時(shí)間不在0.2 ～0.3 s 時(shí)，系統(tǒng)將啟動延時(shí)合閘，以恢復(fù)故障后端的供電。

3.1.3 K3 區(qū)段故障

當(dāng)故障點(diǎn)為圖1 中的K3 區(qū)段時(shí)，動作邏輯包括以下幾部分內(nèi)容。首先，出線開關(guān)CB1 進(jìn)行保護(hù)分閘（Ⅱ段或Ⅲ段），F(xiàn)B1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在延時(shí)2 s 后嘗試重合閘。如果故障是瞬時(shí)性的，則系統(tǒng)自動恢復(fù)正常運(yùn)行；如果故障是永久性的，F(xiàn)B2 會加速保護(hù)分閘（延時(shí)0.2 s）并正向閉鎖，而CB1、FB1 因未到保護(hù)延時(shí)將不會動作。最后，當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1 出現(xiàn)單側(cè)失壓且檢測到短時(shí)來電的持續(xù)時(shí)間在0.2 ～0.3 s 時(shí)，系統(tǒng)將閉鎖延時(shí)合閘，以完成故障隔離。

3.2 特殊情況下的故障處理

當(dāng)線路較短導(dǎo)致出線開關(guān)CB1 的Ⅰ段保護(hù)定值超過FB1 的承受能力時(shí)，可采用保護(hù)配置方案，確保保護(hù)設(shè)備能夠正確、快速地動作。線路開關(guān)短路故障配置如表2 所示。

表2 線路開關(guān)短路故障配置（出線Ⅰ段越級）

3.2.1 Ⅰ段越級時(shí)K1 區(qū)段故障

當(dāng)故障點(diǎn)為圖1 中的K1 區(qū)段時(shí)，動作邏輯如下所示。首先，出線開關(guān)CB1 檢測到故障時(shí)，會立即進(jìn)行Ⅰ段0.12 s 的保護(hù)分閘，同時(shí)FB1、FB2 保持合閘狀態(tài)。其次，CB1 在分閘后會延時(shí)2 s 嘗試進(jìn)行重合閘動作。如果故障是瞬時(shí)性的，則系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行；如果故障是永久性的，CB1 在合閘至故障點(diǎn)后，會再次啟動Ⅰ段保護(hù)，并在0.12 s 后執(zhí)行分閘操作，且不再嘗試重合閘。再次，若FB1 檢測到的短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間小于0.2 s，F(xiàn)B1 會自動分閘并反向閉鎖；若檢測到的短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間大于0.1 s，則不會分閘。最后，當(dāng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1 出現(xiàn)單側(cè)失壓后，若檢測到的短時(shí)來電且持續(xù)時(shí)間不在0.2 ～0.3 s，系統(tǒng)會啟動延時(shí)合閘功能，以恢復(fù)故障后端的供電。

3.2.2 Ⅰ段越級時(shí)K2 區(qū)段故障

當(dāng)故障點(diǎn)為圖1 中的K2 區(qū)段時(shí)，動作邏輯如下所示。首先，當(dāng)分段開關(guān)FB1 檢測到故障時(shí)，會立即進(jìn)行Ⅰ段0 s 的保護(hù)分閘，出線開關(guān)CB1 因未達(dá)到Ⅰ段延時(shí)而不會動作，F(xiàn)B2 保持合閘狀態(tài)。其次，若FB1 單側(cè)檢測到電壓，則延時(shí)3 s 后嘗試合閘，如果故障是瞬時(shí)性的，則恢復(fù)正常運(yùn)行；如果是永久性的，F(xiàn)B1 合閘至故障點(diǎn)后，會加速執(zhí)行保護(hù)分閘并正向閉鎖，以防故障擴(kuò)大，CB1 不動作（未到保護(hù)延時(shí)）。同時(shí)，F(xiàn)B2 會檢測到短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間，如果持續(xù)時(shí)間小于0.1 s，F(xiàn)B2 會自動執(zhí)行分閘操作，并反向閉鎖。最后，聯(lián)絡(luò)開關(guān)LS1 出現(xiàn)單側(cè)失壓，且檢測到短時(shí)來電持續(xù)時(shí)間不在0.2 ～0.3 s 內(nèi)，系統(tǒng)會啟動延時(shí)合閘功能，以恢復(fù)故障后端的供電。

4 接地故障處理

對于典型的三分段線路，接地故障采用五級保護(hù)逐級配合的方式，已經(jīng)能夠精準(zhǔn)地切除并隔離故障。當(dāng)重合閘不成功時(shí)，故障點(diǎn)負(fù)荷側(cè)的分段開關(guān)僅需檢測短時(shí)來電時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)故障隔離。對于小電流接地系統(tǒng)，采用合閘時(shí)零序電壓加速保護(hù)；而對于小電阻接地系統(tǒng)，則采用零序過流加速保護(hù)。加速延時(shí)的設(shè)置可參考短路故障過流加速，其中CB1、FB1、FB2 的加速延時(shí)分別設(shè)置為0.4 s、0.3 s、0.2 s。

對于四分段線路，只需在未配置接地保護(hù)的分段開關(guān)上配置來電檢故障延時(shí)加速分閘功能。針對小電流接地系統(tǒng)，采用暫態(tài)方向加速保護(hù)；針對小電阻接地系統(tǒng)，采用零序過流加速保護(hù)。只需將加速延時(shí)設(shè)為0.1 s，即可實(shí)現(xiàn)對故障的快速識別和處理。

5 結(jié) 論

饋線自動化的核心是故障檢測、故障區(qū)間判定、故障區(qū)間隔離以及盡快恢復(fù)對非故障區(qū)域的供電。基于此，文章提出了一種基于配電網(wǎng)分級保護(hù)的自適應(yīng)智能型快速故障定位與就近隔離技術(shù)方案，解決了傳統(tǒng)饋線自動化過渡依賴通信和配電自動化主站、安全防護(hù)難度大、定值參數(shù)不能自適應(yīng)等問題。該方案通過合理整定各級保護(hù)的繼電保護(hù)定值，強(qiáng)化了各級保護(hù)與饋線自動化的配合策略，從而實(shí)現(xiàn)了對配網(wǎng)相間及接地故障的精準(zhǔn)定位和快速就近隔離。