配电网级联开闭所“自协商”快速故障处理模式探讨

张延辉 张宪青

摘 要：本文提出了一种配电网级联开闭所快速故障处理的设计方案。该系统采用安装在级联开闭所的故障处理终端识别故障，开闭所内终端通过电信号、开闭所间通过光信号快速建立故障“自协商”，快速识别故障区域、快速隔离故障区域，并以短信息方式发送故障处理结果至运行维护人员，避免大面积停电的发生，提升配电网运行的可靠性。

关健词：故障快速处理；级联开闭所；光纤式保护；配电自动化

中图分类号：TM76 文献标识码：A

一、引言

智能电网就是电网的智能化，可将其定义为：基于双向高速通信技术，融合精密的传感技术以及测量技术、前沿的控制理论与决策支持系统，实现电网的可靠、经济、安全、高效，并达到环境友好、资源节约、安全使用的目标。其主要特点是：自愈、经济、安全以及清洁，能够适应经济社会发展所需求优质电力与服务。

智能配电系统是智能电网的基本构成环节，能够完成对配电网系统进行控制的任务，智能配电系统运行的智能化程度及稳定性程序是智能电网系统安全高效运行的主要影响因素之一。级联开闭所作为配电网的主要运行结构方式，因此级联开闭所的故障快速处理对保证智能配电网的安全可靠运行具有重要意义。

二、目前配电网故障的处理模式

1 故障处理的集中式控制方式

集中式控制方式中，完成故障处理的“智能”设置在主站内，依靠SCADA系统所提供的数据信息对出现的故障进行相应的分析、处理。现场的配电终端把发生故障的数据信息由相应的通讯通道发送给控制中心，控制中心则依据开关设备的状态、故障检测的数据信息、网络拓扑结构进行分析，对故障区域进行判断，以及下发遥控指令，跳开故障区域两侧的开关设备，对变电站的出现开关设备进行重合。此控制方式适合各类比较繁琐的控制系统，但是他要求必须有可靠的逻辑通道以及计算机软硬件系统，故障处理时间一般为分钟级。

故障分析和处理软件可以安装在较大的变电站，也可以在变电站综合自动化功能中增加相应的故障分析、处理程序，对故障进行处理，变电站将处理结果上报给控制中心。故障处理的软件模块也可以安装在控制中心的主站内，有主站直接进行相应的控制咯通过自展转达控制命令进行相应的控制。如图1所示。

集中式控制方式具有以下优点：

（1）适应复杂的配电网供电结构；

（2）适合于存在最优恢复供电的多电源、复杂配网系统；

集中式控制方式存在以下问题：

（3）通信系统经常不正常或局部不正常；

（4）配电网络经常发生变化，但主站的网络拓扑结构来不及及时更新；

（5）技术和管理上的原因影响网络拓扑更新；

（6）故障处理算法由主站实现，故障隔离、供电恢复也由主站实现，对通讯有绝对的依赖性；

（7）故障处理速度慢，时间一般为分钟级。

2 故障处理的分布式控制方式

故障处理的分布式控制方式中，故障处理的“智能”在现场开关设备以及开关设备的控制设备中完成。建立在分布控制方式上的故障处理模式有以下几种：

（1）电压型故障处理

该模式的工作原理是：变电站出线处安装重合器，在线路分段处安装分段器，当线路出现故障时，重合器分闸，分段器完全失压后跳閘，重合器延时重合，分段器一次按时限顺序延时自动合闸，若再次合到故障，重合器分闸，最靠近故障区段的电源侧的分段器因为在合闸后短时间内又检测到失压而跳闸并闭锁，实现故障隔离。重合器第二次重合，恢复电源侧非故障区域供电；

该模式的优点是：投资少，无需通信，动作可靠。存在的问题是：故障处理及供电恢复慢，开关设备动作次数多，对配电网进行多次冲击。

（2）电流型故障处理

该模式的工作原理为：电流型分段器不能用来开端故障电流，只能与重合器配合使用。当线路发生故障时，电源侧保护装置切断故障线路，分段器的计数装置进行计数，当达到预先整定的动作次数后，在重合器跳开故障线路的瞬间，分段器自动分闸并闭锁，若未达到预先整定的次数，在重合器再次重合后，分段器所累积的计数值经过一段时间后会自动清零，为下一次动作做好准备。

该模式的优点是：投资少，无需通信，与电压型故障处理相比，分段开关动作次数少，故障恢复速度较快。存在问题是：当线路分段较多时，需增加变电站重合器的重合次数，对系统冲击大；

三、配电网级联开闭所“自协商”的故障处理模式

如图2所示，为一个四级级联的配电网开闭所，8板、31板、23板、3板为变电站的出线开关，6DL、7DL、8DL、11DL、13DL、16DL、17DL为1#、2#、3#、4#开闭所的断路器开关，每个开闭所装设一套HP-9000开闭所故障处理设备，所间通过光纤组成光纤环网。

如图2所示的1#开闭所中I段，6DL、7DL、8DL、11DL建立以母线为联系的电信号“自协商”，图2中1#开闭所的7DL与2#开闭所的8DL建立的以电缆线路关联的光信号的“自协商”。同理，1#、2#、3#、4#开闭所均建立建立以母线为联系的电信号“自协商”，以及以电缆线路关联的光信号的“自协商”。

下面以开闭所的典型故障来说明配电网级联开闭所”自协商“的快速故障处理原理：

（1）联络线故障

若2#、3#开闭所间联络线发生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL、2#7DL全部感受到过流，3#8DL没有过流，开闭所故障处理设备通过1#7DL与2#8DL、2#7DL与3#8DL的光纤通道故障信息的交换协商，1#8DL与1#7DL、2#8DL与2#7DL的电信号通道故障信息的交换协商，判断出故障区段在2#7DL、3#8DL之间；

1#8DL、1#7DL、2#8DL闭锁保护动作，2#8DL后备失灵保护启动；

2#7DL保护跳闸，故障被切除；如果2#7DL拒动，2#8DL失灵保护立刻跳闸；

3#8DL进线失压保护跳闸，故障被隔离；3#11DL单侧失压延时合闸，非故障区段供电恢复；

系统发送短信通知相关人员：

2#开闭所联络线7DL保护跳闸，故障已隔离；

3#开闭所进线8DL跳闸，11DL合闸，非故障区域恢复供电。

（2）母线故障

若2#开闭所I段母线发生故障：

1#8DL、1#7DL、2#8DL全部感受到过流，开闭所故障处理设备通过1#7DL与2#8DL的光纤通道故障信息的交换协商，1#8DL与1#7DL、2#8DL与2#7DL的电信号通道故障信息的交换协商，判断出故障区段在2#8DL、2#7DL之间；

1#8DL、1#7DL闭锁保护动作，1#7DL后备失灵保护启动；

2#8DL保护跳闸，故障被切除；如果2#8DL拒动，1#7DL失灵保护立刻跳闸；

3#8DL进线失压保护跳闸，故障被隔离；3#11DL单侧失压延时合闸，非故障区段供电恢复；

系统发送短信通知相关人员：

2#开闭所联络线8DL保护跳闸，故障已隔离；

3#开闭所进线8DL跳闸，11DL合闸，非故障区域恢复供电。

（3）用户线故障

若1#开闭所6DL用户线发生故障：

1#8DL、1#6DL全部感受到过流，开闭所故障处理设备通过1#8DL与1#6DL的电信号通道故障信息的交换协商，判断出故障区段在1#6DL下游；

1#8DL闭锁保护动作，1#8DL后备失灵保护启动；

1#6DL保护跳闸，故障被切除；如果1#6DL拒动，1#8DL失灵保护立刻跳闸；

系统发送短信通知相关人员：

2#开闭所联络线8DL保护跳闸，故障已隔离。

配电网级联开闭所”自协商“的快速故障处理的特点：

不依赖通讯，可以实现四级级联开闭所的故障隔离和非故障区域的供电恢复，故障隔离时间毫秒以下，故障处理不受城市改扩建的影響；

有通讯情况下，故障处理终端采用自主协商模式，以毫秒级的速度隔离故障，适应任意复杂的电网结构。整个故障隔离过程不需要主站参与。

可以隔离联络线、母线、用户线等故障，并实现非故障区域的自动恢复供电；

配电网网络重构后，开关定值自动适应不同电源方向的供电方式，确保定值配合的正确性；

故障地点和类型信息以及故障自动处理结果信息以短信通知相关人员，以加快故障维护速度；

电流、电压、功率、故障信息以及故障处理信息可以传输到监控中心；

各开闭所自动化系统独立运行，易于维护和复制推广。

结语

目前，配电网级联开闭所”自协商“的快速故障处理已在郑州配电网中运行，期间正确地隔离了多次故障，故障隔离情况及时以短信方式通知相关人员，大大缩小了停电范围，缩短了故障查找和排除的时间，取得了明显的经济和社会效益。

参考文献

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