新型电力系统的配电网故障检测与处置要点探究

许玉柱

（国网河北省电力有限公司容城县供电分公司）

0 引言

稳定、优质地电力系统配电网，是维持城市稳定，是推动社会经济发展的关键。电力企业应结合当下社会发展现状，动态化改进电力系统的配电网，为配电网故障检测与处置奠定基础。新型电力系统的配电网故障检测作为电力企业的核心内容，有必要不断提高配电网故障检测的精准性，同时改进故障处置技术，进而提高电力系统配电网的安全性。

1 新型电力系统的配电网特点

新型电路系统的核心是“碳达峰碳中和”，在满足正常电力需求的基础上，新型电路系统需保持自身配电网的安全性，同时向清洁低碳、灵活高效、安全可控的方向发展。与传统电力系统配电网相比，新型电力系统配电网具有以下技术特点：

第一，发电侧。新能源发电转变为主体性发电，具有高质量、市场化与高占比特征，但新能源发电不稳定问题亟待解决，制约发电侧系统的进一步发展。

第二，电网侧。新能源发电系统、柔性输电技术在电力系统中的作用愈发显著，电力系统发展朝着动态化特征快速发展，系统能源发电的分布式接入，促使传统电力系统向扁平化、分布式的新型电力系统转变，电力系统架构出现重大变革。

第三，负荷侧。在新型电力系统中，增加多元化储能单元、多种新型负荷，系统自动分类接入的负荷，实现电力系统资源的高效、有效配置与应用，电力系统对接的各个单元都能充分发挥自身作用［1］。

2 新型电力系统的配电网故障识别

2.1 短路故障

1）短路故障类型

一相接地或多相接地或者相互接触，导致线路运行受阻，是电力系统配电网短路故障的主要体现。电力系统配电网的短路故障类型包括：（1）两相短路：三相电路中，任意两相出现短路；（2）两相接地短路：三相电路中，同一地点出现两次或多次任意两相接地短路；（3）不同点两相接地短路：三相电路中任意两相电路发生接触短路，不限制短路发生地点。

2）短路故障定位方法

电流突变法与过流速断法，是短路故障的主要定位方法［2］。

a. 电流突变法

当配电线路的电流突然发生较大变化，可初步考虑为短路故障。但电流突变法也存在缺点，短路变流并不是突变的，因此不能直接检测到短路电流，当故障点后线路若携带感性负荷、大容量容性负荷，会导致电流反造成误判，判据如下：

① 线路带电稳定时间≥Tset0（可设置）；

② 短路故障电流增量：

负荷电流IL≤Tset0（可设置），△I≥1/2*Tset0；

负荷电流IL≥Tset0（可设置），△I≥1/2*Tset0；

③ 短路故障持续时间：≤Tset1（可设置）；

④ 短路故障结束电流：≤Tset1（可设置）。

b. 过流速断法

线路短路后，可检查线路中整定继电保护的电流值，从而比较判断线路是否发生短路，过流速断法的检测原理见图1。

图1 过流速断法的检测原理图

IK—电流采样值；Iset—电流设定值；Tset—延时设定值；TfMAX—从保护启动到保护跳闸停电的最大时延；Iaver—保护启动前的平均电流；Uk—当前电压采样值；Un—正常运行时的电压。

检测点电流值，需要用采集装置捕捉后，经过上述数据处理单元，通过短路检测原理图，检测配电线路是否发生短路故障。当发生短路故障之后，故障信息上传，从而判断线路发生的是什么类型的短路故障。

2.2 接地故障

1）主动式定位法

S注入法、中电阻法、交直流综合投入法是电力系统配电网常用的接地故障主动式定位法，以中电阻法为例，该方法是在中性点人工置入一个中值电阻，在线路中形成特定形式的工频电流，在故障位置能精准检测出工频电流。

2）被动式定位法

被动式定位接地故障，可采用阻抗法、相关法、暂态无功功率方向法等对接地故障进行定位。例如在阻抗法中，按照线路参数单一原则，在不同条件下，故障时线路中电抗值的大小，根据正比关系预先得到的系数，预测故障点位置。阻抗法测算故障点具有投资小、操作方便等优势，但定位精度不足，通常用于单辐射线路的故障定位。

3 新型电力系统配电网故障的处置

3.1 配电网短路故障的一体化处置方案

1）短路故障信号分析

以10kV配电网为例，10kV配电网的跳闸保护属于过流保护，短路故障信号从过流Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段体现出来。过流Ⅰ段的故障电流过大，需快速对故障段进行隔离，可通过以下方式进行调整：变压器的低压出线大电流的闭锁重合闸定值，设置≤变压器5倍的低压额定容量；过流保护过程中，线路末端的电流整定必须加以躲避。若有大电流（独立）情况发生，例如NSR612RF、CS-9611C等特殊型号保护装置，过流Ⅰ段可按照都比线路末端的最大三相短路电流整定方式，保护故障点在内的60%范围线路，最长可达到80%。

当配电线路中出现超大的负荷电流，且超过额定电流的3-8倍，可判定为过流Ⅱ段。当过流Ⅱ段发生故障，线路全长都会受到保护，且故障段灵敏度明显提高，其灵敏度增加11.5倍，跳闸时间与I段过流相比，会明显高出一个级差。当过流Ⅲ段发生故障，说明配电线路后备保护缺失，调整限荷值并进行整定即可。

2）短路信号判断与处理

无论是哪种类型过流保护，是否出现配电网永久性故障或断路器重合闸异常，检修部门必须立即排查故障线路，缩短故障点、故障范围的确定时间，及时隔离故障线路，加快修复配电网，使其恢复正常运行，避免影响正常供电。

短路故障检测与处置过程中，检修人员必须精准判断短路信号，从而准确处理短路故障：（1）及时检查开关位置与开关状态，检查重合闸加速动作。特殊情况下重合闸保护会正常投入，当带电作业、线路故障等特殊情况发生后，需要临时解除重合闸保护，解除硬压板是临床解除重合闸保护的主要措施。若线路故障并跳闸，同时观察到开关断开、信号无出口情况，此时需同步查看保护信号与配电线路的实际情况，确认电力系统是否正常运行，确保是否存在用户停电情况。（2）当过流Ⅰ段跳闸，初步判定配电线路全长前60%，或出现1km位置是故障点，检查人员可从线路首端至末端全线排查，加快确定故障点。（3）当过流Ⅱ段跳闸，初步断定配电线路全长后40%，或线路后90%为故障点，检查人员需从线路末端至首端全线排查，进而确定故障点。（4）当过流Ⅲ段跳闸，及时排查是否为过负荷、设备毁损、线路漂浮物等原因导致的配电网故障。（5）过流保护后若加速跳闸，可能原因有二，其一永久性故障，此故障出现在开关闸中，其二开关合闸引发的加速跳闸故障，此故障是瞬间励磁涌流引起的。若为第一种原因，按照过流保护进行跳闸处理，若为第二种原因，拉掉部分支线开关，分段依次送电。送电的同时监测线路，重新对线路负荷进行转移，重新调整定值［3］。

在短路故障检测与处理过程中，需准确分析影响电力系统配电网故障的判断因素，主要因素包括：配电网线路没有实测参数，定值计算都为理论值，计算结果存在偏差；配电网运行过程中存在较多的架空线路，线路中存在过度电阻，这会对配电网故障判定有较大影响。

3.2 配电网接地故障的处置方案

确定为电力系统配电网故障后，需借助如下一体化方案解决故障：第一，在5ms内快速补偿电容电流（快速高短路阻抗变压器式消弧线圈进行补偿），促使接地弧光消除。第二，根据故障类型，合理选择处置方法与隔离区域，故障类型分为瞬时性单相接地故障、非瞬时接地故障，前者无需采取隔离措施，等待故障自动解除即可，相关人员完整记录故障处理过程。后者隐匿性较强，需利用主动式特征波选线技术快速查找故障，快速隔离故障线路，利用专用软件分析相关的接地数据。

1）核心技术一

故障检测设备：以高短路阻抗变压器消弧线圈为主要设备，型号为KD-XH，该型号的消弧线圈阻抗高，接近100%，兼具高短路、高阻抗特点。KD-XH型消弧线圈的一次绕组与配电网中性点相互连接，同时线圈反向并接二次绕组，两次绕组连接后形成控制绕组，形成可靠硅短路，见图2。

图2 KD-XH型消弧线圈的工作原理

2）核心技术二

DDS型“小扰动法原理”快速选线系统，是电力系统配电网接地故障处置的核心技术。“小扰动法”具有短时、便于调节、扰动范围小等优势，KD-XH消弧线圈功能被“小扰动法”技术发挥到极致，促使ΔIL（补偿电流变化量）产生，在此状态下非接地线路的零序电流不发生变化，每个时间段的电流变化均为零，即：ΔIc1＝0，ΔIc2＝0，ΔIc4＝0，……，ΔIcn＝0。但接地线路的零序电流变化很大，变化量的ΔIc3与ΔIL相一致，在此状态下能准确选出接地故障线路。利用“小扰动法”原理具有可控性、动态调节性等优势，利用KD-XH 消弧线圈动态调节功能，可产生可控特征量，在动态化调节下能够多次产生特征量，校核选线结果，从提升故障线路选择与处置的准确性［4］。

3）一体化处置方案的动作时序

配电线路运维人员发现接地故障，立即使用消弧线圈进行快速补偿，对故障路段进行连续无级调节，自动消除配电线路的瞬时性单相接地故障。

4）一体化处置方案的典型配置

接地故障处置的配置非常简单，根据变电站母线数安装消弧线圈即可，KD-XH消弧线圈从10kV与6kV的规格中选取，搭配安装DDS 型小电流接地选线装置，快速找到电网线路故障，达到消除弧光与故障的效果。这种配置部件少、无需阻尼电阻且安装简单，且此配置对220kV/35kV、220kV/10（6）kV、35kV/10（6）kV等配电网同样适用。

4 结束语

保持配电线路正常工作，对维持电力系统稳定有重要的推动作用，加强配电线路故障的检测与处置，对减少线路故障，维持电力系统稳定有重要作用。现阶段我国的配电网检测与处置技术多样化，在日常工作中，可根据配电网线路的故障情况，选择合适的处置方式，加快恢复线路通电，提高配电网故障的处理水平。