配电网继电保护配合与故障处理关键技术研究

国网河北省电力有限公司威县供电分公司 唐宏业 潘鹊羽

随着电力系统的发展和升级，配电网的可靠性越来越高，但是由于各种因素的影响，如天气变化、人为操作失误等，仍然存在一些难以预测或控制的问题，导致了设备损坏或者系统失效。

因此，在保证供电安全的同时，如何有效地应对这些问题成为当前亟待解决的重要课题之一。基于此，配电网继电保护配合与故障处理是至关重要的一环。通过对配电网中的重要设备进行监测和分析，及时发现并判断出潜在的风险点，从而采取相应的措施以避免事故发生。

1 继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理

1.1 配电网多级保护配合的可行性

在配电网中，由于不同设备和线路之间的连接方式不同，导致了不同的故障模式。因此，为了保证电力系统的稳定运行，需要采用多种类型的保护装置进行配合工作。其中，常用的是三相四线制系统中的双回路环型接地器（DGCT）和单回路接地器（SGCT）。这些保护装置可以分别对主电路和母线进行保护，从而实现配电网的多级保护配合[1]。

在配电网中，常见的故障类型包括短路、欠压、过载等多种情况。对于短路故障，DGCT能够通过电流互感原理检测到短路位置并及时断开电源，以避免进一步扩大事故的影响范围；而对于欠压或过载故障，SGCT则可以通过电压互感原理来检测到负载的变化，并在一定程度上控制负荷，防止因负荷过高而引发的安全问题。

此外，配电网中还存在一些特殊情况下，如大面积停电时，需要采取联合保护的方式才能确保供电可靠性。在这种情况下，DGCT和SGCT可以在各自的工作范围内独立完成任务，但当发生较大规模的故障时，其会自动协同工作，共同保障电力系统的稳定性和安全性[1]。

1.2 多级级差保护与配电自动化配合的配电网故障处理

1.2.1 两级级差保护的配置原则

在配电网中，两级级差保护是一种常见的保护方式。其主要目的是通过两个不同级别的保护装置来实现对同一线路的双重保护。该方法可有效提高系统的安全性和可靠性，同时也能够降低设备成本。然而，由于两级级差保护需要考虑多个因素的影响，因此其配置也需要注意一些原则。

首先，要确保两级级差保护之间的协调性。在实际应用过程中，两级级差保护之间可能会出现冲突或干扰的情况。为了避免这种情况发生，必须保证之间的协调性和一致性。例如，在设置时应该考虑到其保护时间、保护范围以及保护功能等方面的要求，以确保两者之间的协调性和有效性。

其次，要注意两级级差保护之间的相互影响。在实际应用中，两级级差保护之间的相互影响也是一个重要的问题。如果二者之间的相互作用过于强烈或者不正确地控制，那么就会导致系统不稳定甚至无法正常运行。因此，在设计时应当充分考虑这两者之间的关系，并采取相应的措施进行优化调整。

最后，还需要注意两级级差保护之间的联动效应。

1.2.2 三级级差保护的配置原则

以某地配电网为例，采用三级级差保护的典型配置一般有以下几种方案。

方案1：变电站10kV出线开关、馈线分支开关与用户开关采用断路器并配置保护功能形成三级级差保护，如图1（a）所示，其中用户开关B～B4保护动作延时时间设定为0s；变电站10kV出线断路器的延时时间为1s，可计算该S/T保护动作在短线路范围内实现[2]。

图1 三级级差保护典型配置方案

方案2：变电站10kV出线开关、某个馈线分段开关与馈线分支开关采用断路器并配置保护功能形成三级级差保护，实现对配电网继电保护的有效控制。该方案采用主接线形式，通过断路器跳闸原理，在满足系统正常运行要求下保证了10kV出线母线上所设置的故障线路供电可靠性。当变电站负荷发生较大变化时（如变压器、发电机等）需采取自动重合闸装置进行相应隔离切除，如图1（b）所示。

方案3：变电站10kV出线开关与环网柜出线开关以及中间某一级环网柜的进线开关采用断路器并配置保护功能形成三级级差保护，在系统出现故障后，通过继电保护装置快速反应，快速切除线路。该方案的优点是操作简单、灵活性高和可靠性好，如图1（c）所示[3]。

2 各种类型分布式电源的控制策略及故障电流特性

2.1 电机类型DR

同步电机。同步电机其转子速度必须与并网点的电压同步转速相同，才能保证电网的安全运行。然而，在配电网继电保护装置中，由于线路阻抗存在问题，致使其无法实现同步供电。同步发电机短路电流按照时间顺序分为次暂态、暂态和稳态三个阶段，空载条件下机端发生短路时，短路全电流表示见公式（1）：

鼠笼异步发电机。鼠笼异步发电机是一种常见的非励磁同步发电机，也称为感应发电机。其转子上包括一个或多个导体桶，通常由铝或铜制成。定子绕组通过与转子上的导体桶产生旋转磁场，从而驱动转子旋转，产生电能输出。鼠笼异步发电机广泛用于小型和中型风力发电机组、水力发电机组以及其他分散式发电系统中，其优点是具有高效、稳定、低维护成本等特点。鼠笼异步发电机的短路全电流表示见公式（2）：

2.2 变流器类型DR

变流器类型DR的基本特性。DR电机由于不需要稀有磁材料，因此成本更低，而且在高速运行时具有较高的效率和更好的能量回收特性，DR变流器不需要使用传统电机中的刷子或永磁体等易损件，因此具有更高的可靠性和更长的使用寿命。电压源变流器（VSC）采用全控器件和 PWM控制技术，典型的电路结构有两电平 VSC、三电平VSC和级联多电平VSC，图2为分布式电源中常用的两电平VSC电路。

图2 分布式电源中常用的两电平VSC电路

不考虑VSC控制方式与限流保护条件下DR的短路电流。电网系统的继电保护装置一般在配电网中设置了，而实际情况是，当故障发生时电流出现最大值后才会进行切除。这就导致当保护接地回路当中存在短路或者不动作等问题。如果DR只向配电网发送有功功率，此时DR提供的最大短路电流见公式（3）：

如果要求DR向电网提供额定容量的无功功率，因此，最大可能的短路电流见公式（4）：

3 配电自动化配合的故障处理

3.1 全电缆馈线的故障处理

全电缆馈线作为一种高压输电线路，其故障处理需要特殊的技术和方法。在工作实践中，全电缆馈线常见故障的处理技术如下。

感应耦合检测（TDR）：通过测试端口输入一个短脉冲信号，由故障导体反射回来的信号经过处理可以确定故障点位置。这是一种快速、准确的故障预定位技术；小波分析技术：利用小波变换技术对电缆中的信号进行处理，可以分析出不同频率的成分并判断跳闸、接地故障等类型的故障；热像仪检测：利用热像仪检测故障段表面温度变化情况，根据缺陷周围的温度不同，确定故障位置，并进一步确定缺陷的性质和类型；微波干扰法：利用高频微波在故障区域的反射特征不同于正常区域来定位故障。该方法可准确探测到绝缘层、金属护套和接头等故障。

3.2 分支线路的故障处理

分支线路是电力系统中常见的一种输电方式，其结构较为复杂，故障处理也比较烦琐。在工作实践中，常见分支线路故障处理技术如下。故障点定位：首先需要进行故障点定位，根据断路器跳闸位置、现场检查以及测试仪器等，确定故障位置；隔离故障段：将故障部分与正常部分隔离开来，避免故障进一步扩大，并保证其他分支线路正常运行；具体故障排除：对于不同类型的故障，可采取相应的排除措施。如显性故障（如短路）可通过安装新设备、维修或更换元件等方式进行恢复；隐性故障（如接触不良）可通过对接触表面进行清洗、加固或更换来排除；恢复正常运行：故障被排除后，需要进行全面的测试和验收工作，确保线路能够正常运行。

3.3 主干线路的故障处理

在配电网中，主干线路是供电系统的重要组成部分。由于其承载能力大、负荷稳定性好等因素，因此在发生故障时对整个系统具有重要的影响。为了保障电力供应安全和稳定运行，需要采取有效的措施进行主干线路的故障处理工作。目前，常用的主干线路故障处理方法主要包括断路、隔离、换线接回等多种方式。其中，断路是最基本的方法之一，通过切断电源来防止电流过流或短路，从而避免了设备损坏及人员伤亡的风险。其可以通过将故障点隔开来实现对该区域内的设备的隔离，以确保其他区域不受到影响。相比之下，换线接回则是一种更为高效的故障处理方法。其原理是在故障位置上设置一个接回装置，并将故障点连接至另一端的接回装置上，这样就可以将故障点从主干线路上移除，并恢复正常供电。

4 结语

本文主要对配电网继电保护配合与故障处理进行了深入的研究，并提出了一些新的理论和方法。通过对相关问题的综述和分析，发现在配电网中存在较多问题，如电力质量差、线路老化等问题导致了设备故障率不断上升。因此，提高配电网的可靠性和稳定性成为当前亟待解决的问题之一。总之，本研究所做了一定的工作，为配电网的可靠运行提供了一定的参考价值。在未来的研究工作中，可以进一步完善现有的技术方案，探索更加高效、安全的方法来保障配电网的稳定运行。