智能配电双环网供电模式中的故障分析与处理

薛斌，梁茜，张萍

（1.西北电网有限公司，陕西西安 710048；2.西安供电局，陕西西安 710032）

随着经济的发展，电力系统的可靠性问题渗透到电力系统规划、设计、运行、管理的各个方面，供电可靠性在生产管理中占的比重越来越大[1]。用电负荷需求呈明显上升态势，对供电容量和供电可靠性的要求也逐渐增高，越来越多的用户要求有两路或两路以上的供电电源，以保证其供电可靠性和稳定性。智能配电网的提出正是基于对这方面的考虑，须具有故障定位与隔离的功能，这项功能对减少停电时间意义重大[2]。

1 常见供电模式分析

1.1 树干型供电模式

原有的10 kV中压系统供电模式大多数采用树干式。这种模式最大的优点就是节省投资，其一般多在架空线路中使用。架空线和室外变压器受温度和气候影响较大，多种恶劣天气都易导致设备故障；而且其没有任何备用，如果线路中出现故障，会导致长时间大面积停电，供电可靠性较低。因此在许多大中城市中，这种接线模式正逐步被淘汰[3]。

1.2 单环网供电模式

单环网供电模式多在电缆回路中使用，一路电源从变电站出来，沿最近路径连接负荷中心的若干个室外箱变，再与另一个电源环网。正常情况下两电源开环运行，一侧电缆出现故障时，切除故障段电缆，其余部分继续供电。此种接线方法可采用室外箱式变压器，减少电力电缆的用量，投资较少。但由于电缆故障的查找需要较长的时间，且变压器及低压系统无备用，一旦出现事故，将造成较长时间和较大面积的停电，因此不宜适用于对供电可靠性要求高的用户[3]。

1.3 双环网供电模式

在10 kV双环网供电模式中，正常情况下2座变压器分别接在2个不同的电源点，且各带一部分负荷。当一路电源或一台变压器出现故障或检修时，可保障用户的不间断供电（有自投装置时，停电时间仅为几秒钟）。此模式可解决单环网供电模式中因设备故障造成的较大面积较长时间的停电问题，提高供电可靠性[3]。

2 配电双环网供电模式

在多种环网供电模式中，双环网供电模式是运行可靠性较高的模式。电网双环网供电后，网架更加完善，电网的布局更趋科学合理，调度更加灵活，安全运行的稳定性和供电质量得到了进一步提高，非常适用于对供电可靠性要求高、不允许停电的重要用户。但是，这种供电模式也是一种接线较为复杂的模式，其发生故障时的现象也与其他模式不同。因此，结合双环网供电模式的特点，研究双环网供电模式中的故障处理方案，得出配电双环网供电模式中的各种故障类型，分析如何准确定位、隔离以及解决故障，缩短事故分析判断时间成为了一个重要问题。

3 标准双环网供电模型分析

在标准配电双环网供电的模型中，建立6座10 kV开闭所，每个开闭所设4条进线，由2座110 kV变电站供电。该配电网的6座开闭所中，1号、2号、3号开闭所由甲变电站主供，乙变电站作为备用电源；4号、5号、6号开闭所由乙变电站主供，甲变电站作为备用电源。每座开闭所内部均采用两段母线独立运行，A1~A12为I段进线负荷开关，B1~B12为II段进线负荷开关，双环网的开环点在联络开关A7、B7处。每个开闭所全部进、出线均不带保护装置，加装熔断器和测控装置。

该配电网的双电源环网接线模式如图1所示。当某一电源失电（如线路故障或检修时），将失电线路快速切换到另一线路，从而实现负荷转供。图中，开关颜色绿色表示断开，红色表示运行；测控装置黄色表示正常，绿色表示告警。

图1 双电源环网接线图Fig.1 Wiring layout of double power supply loop network

4 双环网供电模式中的故障分析

在电力系统的运行过程中，时常会发生故障，其中大多数为短路故障（简称短路）。所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的相与相之间或相与地（或中性线）之间的连接。三项系统中短路的基本类型有三相短路、单相短路、单相接地短路、双相接地短路这几种[4]。在我国35 kV及以下系统中，采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式。在正常运行时，相与相或相与地之间是绝缘的。本文以三相短路为例进行分析。

短路故障对电力系统的正常运行和电气设备有很大危害。在发生三相短路时，由于电源供电回路的阻抗减小以及突然短路时的暂态过程，使回路的短路电流值大大增加，可能超过该回路的额定电流许多倍。短路还会引起电网中电压降低，特别是靠近短路点处的电压下降最多，结果可能使部分用户的供电受到破坏[5]。为减少短路故障对电力系统的危害，最主要的措施就是迅速将发生短路的部分与系统其他部分隔离，保障非故障区域的供电安全[6]。

本文在上述图1所示的双电源环网接线模型基础上，研究在发生三相短路情况下回路中可能产生的各种故障现象，结合回路中保护动作现象和测控装置告警信息，判断故障区域，给出相应的故障处理方案。

4.1 变电站出线故障处理方案

当回路中发生三相短路故障，突然短路时所产生的暂态过程，会使回路中的短路电流大大增加，产生的故障电流导致乙变电站II段出线开关保护动作，乙变电站所带4号、5号、6号开闭所II段全部失电；4号、5号、6号3个开闭所所有进、出线测控装置均无告警，由此现象可判断，故障发生在乙变电站II段出线处，见图2。

图2 变电站出线故障图Fig.2 Fault graph on the output line of substation

此时，1号、2号、3号开闭所仍正常供电。要使4号、5号、6号开闭所恢复供电，应先断开B12进线负荷开关，将故障区域隔离后，再合上联络开关B7，转由甲变电站的对4号、5号、6号3个开闭所供电，如图3所示。

图3 变电站出线故障隔离后运行图Fig.3 Operation graph after the fault isolation on the outline of substation

4.2 开闭所母线故障处理方案

当回路中发生三相短路故障，电源供电回路的阻抗减小，回路的短路电流值大大增加，产生的故障电流导致乙变电站II段出线开关保护动作，乙变电站所带4号、5号、6号开闭所II段全部失电；B12、B11、B10进线开关测控装置发生告警，但B9、B8、B7进线和所有出线开关测控装置未发生告警。由此现象可判断故障发生在5号开闭所II段母线处，见图4。

图4 开闭所母线故障图Fig.4 Fault graph on the bus-bar of power station

此时，1号、2号、3号开闭所仍正常供电。要使4号、5号、6号开闭所恢复供电，应先断开B10和B9进线负荷开关，将故障区域隔离。合上联络开关B7，由甲变电站对4号开闭所供电。合上乙变电站II段出线开关，对6号开闭所供电，见图5。

图5 开闭所母线故障隔离后运行图Fig.5 Operation graph after the fault isolation on the bus-bar of switch stations

4.3 开闭所间线路故障处理方案

回路中发生三相短路故障，产生故障电流，致使乙变电站II段出线开关保护动作，乙变电站所带4号、5号、6号开闭所II段全部失电，B12、B11、B10、B9进线开关测控装置发生告警，但B8、B7进线开关和所有出线测控装置未发生告警，由此现象可判断故障发生在4号开闭所与5号开闭所之间的联络线处，见图6。

图6 开闭所间线路故障图Fig.6 Fault graph on the connecting line between switch stations

此时，1号、2号、3号开闭所仍正常供电。要使4号、5号、6号开闭所恢复供电，应先断开B9和 B8进线负荷开关，将故障区域隔离。合上联络开关B7，由甲变电站对4号开闭所供电。合上乙变电站II段出线开关，对5号和6号开闭所供电，见图7。

4.4 供电线路末端故障处理方案

回路中发生三相短路故障，电源供电回路的阻抗减小，回路的短路电流值大大增加，产生的故障电流导致乙变电站II段出线开关保护动作，乙变电站所带4号、5号、6号开闭所II段全部失电；B12、B11、B10、B9、B8进线开关测控装置发生告警，但B7进线和所有出线开关测控装置未发生告警。由此现象可判断故障发生在4号开闭所II段母线处，见图8。

图7 开闭所间线路故障隔离后运行图Fig.7 Operation graph after the fault isolation on the connecting line between switch stations

图8 供电线路末端故障图Fig.8 fault graph at the terminal of power line

此时，1号、2号、3号开闭所仍正常供电。要使4号、5号、6号开闭所恢复供电，应先断开B8进线负荷开关，将故障区域隔离。合上乙变电站II段出线开关，对5号和6号开闭所供电，见图9。

图9 供电线路末端故障隔离后运行图Fig.9 Operation graph after the fault isolation at the terminal of power line

4.5 某一出线用户故障处理方案

回路中发生三相短路故障，突然短路时所产生的暂态过程，会使回路中的短路电流大大增加，产生的故障电流导致乙变电站II段出线开关保护动作，乙变电站所带4号、5号、6号开闭所II段全部失电；B12、B11、B10、B9、B8、B7进线开关测控装置均未发生告警，但5号开闭所某出线开关测控装置发生告警。由此现象可判断故障发生在5号开闭所这条出线，见图10。

图10 出线用户故障图Fig.10 Fault graph on customer side

此时，1号、2号、3号开闭所仍正常供电。要使4号、5号、6号开闭所恢复供电，应先断开该条出线负荷开关，将故障区域隔离。合上乙变电站II段出线开关，对4号、5号和6号开闭所供电，见图11。

图11 出线用户故障隔离后运行图Fig.11 Operation graph after the fault isolation on customer side

5 结语

双环网供电模式正广泛应用在城市电网的重要用户中，能够给对供电可靠性要求较高的用户提供稳定的电力供应。该模式中的故障分析与处理具有一定的特殊性，针对不同类型的故障，分析研究出各种情况相应的最优处理方案是十分必要的。

课题研究为西安配电双环网供电的建设与运行提供了理论依据与技术参考，并已在西安部分地区双环网供电系统中得以实际应用。根据此方案，在对系统快速恢复供电后，调度运行人员可及时通报抢修人员，有效减少设备巡查时间，提高配网的事故快速解决能力，进而提高供电安全水平和配电网管理水平。这不仅保障了重要用户的生产安全、可靠、合理的用电需求，还可以大幅提升电网生产运行的可靠性，为西安智能配电网的发展起到了积极的推动作用。

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