智能配电网故障处理模式的选择与应用

郭志军+李稳

摘 要：首先对配电网中常见的故障类型进行了介绍，然后对故障处理模式的种类及特点进行了分析、比较。并采用举例的方式深入详述了故障处理模式的选择和应用方式。最后阐明了故障处理模式的合理选择是影响提高配电网的运行可靠性的一个重要因素。

关键词：配电网；故障处理模式；应用

引言

配电网是国民经济和社会发展的重要公共基础设施，它承担着从电源侧接受电能并就地或逐级分配给各类用户的功能，是电网与用户衔接的最后一环，能够敏锐的反映用户在用电安全、用电质量和经济性等方面的要求，因而配电网的运行安全对供电企业来说是十分重要的。

当前，除少数沿海发达地区外，我国的配电网网架结构整体还比较薄弱，据统计，我国电网中85%以上的故障发生在配电网上[1]，因此，研究配电网的故障处理对提高整个电网的供电可靠性有着非常重要的意义。本文结合作者在实际工作中的所见和体会，对配电网设计中常见的几种故障处理模式进行梳理，并结合应用场合进行分析、比较，归纳出了各种模式的合理使用范围，以期与同行共同探讨。

1 配电网常见故障分类

1.1 按故障类型分类

从故障类型来看，配电网常见的故障可分为单相接地故障和相间短路故障两大类。其中，单相接地故障约占故障总数的80%[2]。

单相接地故障主要由自然灾害等造成的导线断线、绝缘子击穿等引起，一旦产生，会造成非故障相电压急升，产生间隙性弧光过电压，威胁在网运行电力设备安全。但由于我国配电网（尤其10kV配电网）一般为中性点非有效接地系统，在发生单相接地故障时，可带故障运行一段时间，其间，运行维护人员尽快进行检修，以免故障范围扩大、故障性质变化。故发生单相接地故障时检修的关键问题在于选线和故障定位。相间短路故障一般由外力破坏造成，相间短路会在故障回路内产生极大的短路电流，因此必须立即切除，实现手段为早期的继电保护装置及现在的配电自动化装置等。

1.2 按故障性质分类

从故障类型来看，配电网常见的故障可分为瞬时性故障和永久性故障两大类[3]。瞬时性故障在继电保护断开断路器后，故障消失，故障点能够恢复原来的绝缘强度，重合闸后配电网即能恢复正常的供电；永久性故障在继电保护装置断开断路器后，故障不能自动消失，正常供电将受到中断。

2 故障处理模式的种类与选择

当前常见的故障处理模式包括馈线自动化模式和故障监测方式两类，其中馈线自动化可采用集中式（含全自动式、半自动式两种）、智能分布式、就地重合器式三种方式[4]。各种模式的特点如下：

2.1 集中式馈线自动化

该方式下，配电主站或子站通过快速搜集区域内配电终端信息，判断配电网运行状态，集中进行故障识别、定位，自动（全自动式）或通过人工遥控（半自动式）完成故障隔离和非故障区域的恢复供电。集中式馈线自动化（全自动化式）的特点是自动化程度高，响应迅速，不需要人为干预，适合用于网架结构复杂、规模大且对供电可靠性要求高的场合。其缺点是对通信要求高，投资大。集中式馈线自动化（半自动化式）对通信及投资的要求较全自动化式均大大降低，但仍具有自动分析、定位故障区段等功能，适于在供电可靠性要求较高的地区大量使用。

2.2 智能分布式馈线自动化

该方式下，通过配电终端之间的故障处理逻辑，完成故障隔离和非故障区域恢复供电，并将故障处理的结果上报给配电主站。配电主站和子站可不参与处理过程。该方式的特点是无需配置主站、子站，可靠性极高，且能更好的适应线路变更。适用于对供电可靠性要求很高、但网架结构不是太复杂的场合。

2.3 就地重合器式馈线自动化

该方式下，在故障发生时，通过线路开关间的逻辑配合，利用重合器实现线路故障的就地识别、隔离和非故障线路恢复供电。该方式不需要通信手段，建设简单，但有越级跳闸等风险，适合于网架结构简单，且对供电可靠性要求不高的场合。

2.4 故障监测方式

该种方式下，在故障发生时，可通过线路上安装的故障指示器对故障点进行简单监测，方便维护人员迅速确定故障点。该方式安装简单，成本低，不依赖通信网，但故障时需人员现场操作，效率低，适合于负荷密度低、对供电可靠性要求低的农牧地区使用。综上，故障处理模式的选择应综合考虑区域供电可靠性要求、配电网网架结构、配电网运行方式、故障类型、负荷分布等因素进行选择。

3 故障处理模式的应用

以下举例说明故障处理模式的应用。某市主城区负荷密度较大，供电可靠性要求高，10kV配电网架结构为单环式（电缆网）及多分段适度联络式（架空网）。为进一步提高供电可靠性，现正进行配电自动化系统建设，需对该区域配电网的故障处理模式进行设计。

根据以上电网现状，考虑到主城区现有光缆通信资源较好，线路多，结合前文中故障处理模式各种形式的特点和适用场合论述，并综合考虑投资及可靠性因素，本文建议其采用集中式馈线自动化（半自动化式）。发生故障时，主站根据各配电终端检测到的故障报警，启动故障处理程序，并进行逻辑判断，确定故障类型和发生位置后向调度人员提供故障隔离、网络重构实施策略，由调度员确认后逐步遥控操作执行。其工作原理如图1所示。

（1）当甲线的1号环网柜母线F1发生故障时，甲线出线开关保护跳闸，甲线全线停电。此时，变电站出线开关1保护动作跳闸，配电自动化系统自动检测、定位故障区域，通过调度员远程分开1号环网柜的二台进线开关，实现故障切除，隔离故障线路。然后发出合上2号环网柜的进线联络开关遥控命令，恢复非故障段供电。（2）当甲线的1号环网柜与2号环网柜之间的联络线F2发生故障时，由于正常运行时，K4联络开关断开，甲线全线停电。此时，变电站A出线开关1保护动作跳闸，配电自动化系统自动检测定位故障区域，通知调度员分开1号环网柜的K2进线开关和1号环网柜的K3进线开关，实现故障切除，隔离故障线路，然后发出合上2号环网柜的进线联络开关K4遥控命令，恢复非故障段1号环网柜供电。

4 结束语

随着智能电网技术的不断发展，配电网故障处理模式也将会衍生出更多的种类，为提高配电网的供电可靠性提供保障。如何使各种模式的特点与电网本身的条件匹配，从而发挥出最理想的效能，最大程度的提高配电网运行的安全可靠性也是我们应该一直注意研究的问题。只有这样，电网建设才会实事求是地一步步走向更加坚强。

参考文献

[1]刘健.配电网故障处理研究进展[J].供用电技术，2015（4）：8.

[2]李天友，林秋金.中低压配电技能实务[M].北京：中国电力出版社，2012.

[3]劉慧芳.智能配电网故障自愈技术研究[D].北京：华北电力大学，2014：15，16.

[4]Q/GDW11184-2014.配电自动化规划设计技术导则[S].国家电网公司，2014：5.