配网故障自愈技术的研究与实际应用

广东电网责任有限公司湛江廉江供电局 钟 波

配网故障自愈即通过系统设备对线路运行情况进行实时监测，根据监测信号反馈故障信息，实现对故障的诊断、隔离和临时处理，实现对配网故障范围的有效控制，避免产生大面积停电等事故问题。自愈技术的实现离不开可靠的接线方式、有效的FLISR 技术及完善的信息化管理系统，电力企业在配网升级改造过程中需要从这几方面入手，提升配网故障的自愈水平，进一步增强电力系统运行稳定性。

1 配网故障自愈的功能特点介绍

配网运行状态实际可区分为正常运行状态、警戒运行状态（如设备过载、电压频率偏差过大等）、故障以及恢复状态几种类型，配网故障自愈的功能需在各运行状态、各环节中得到应用，实现对设备运行状态的有效监控，为解决配网故障问题、提升供电质量提供保障。

图1 配电系统不同运行状态下的自愈过程

自愈是配网在智能化方向发展过程中应用的关键技术，能对配网的运行状态进行持续监控，能够将配网从警戒状态处理至正常状态以降低配网的故障概率，也可从故障状态快速恢复至正常状态，实现对影响范围的有效控制[1]。配网故障自愈技术的内涵为：优化现有设备运行配置，增强电网资产利用率；控制外来负面影响，增强电网安全性；降低停电频次，确保供电可靠；还可满足消费者的多方面需求，增强供电质量的同时接纳各类新能源电力，实现电力系统的可持续发展。配网故障自愈功能的主要特点为：能对配网运行模型进行优化调整，降低损耗的同时提升运行稳定性；能提升配网故障运行稳定性，通过自动化、智能化手段消除故障影响。

2 配网自愈接线技术及应用

2.1 电缆接线

“2-1”单环网。该接线与架空线路的单联络环网接线相似，通过联络开关建立两变电站母线之间的联系，能实现两变电站相互间的转供电，应用时需注意导线的线径满足实际载流量。该技术的环网点通常位于柱上联络开关、开关站、环网柜等区域，其联络点通常处于2个之内[2]。在实际应用时，该接线技术适用于具备一定的接线条件或对供电可靠性具有较高要求的城镇配电网，能满足配电网在低负荷密度情况下的快速增长需求，对于配网故障自愈技术的优化提升及配网的建设与扩展具有积极意义。

“3-1”单环网。该接线技术结构与“2-1”单环网相近，在其基础上增加至“3-1”，能够实现3个变电站母线之间相互转供电。在联络点布置过程中，各回线路均需要在合理的位置设置联络点，尽可能确保联络点处于刚好将线路负荷均分的点位[3]。在实际应用时，该接线技术多用于具备一定的接线条件或负荷密度发展到一定水平的城镇繁华核心区域，也可用于具有双电源供电需求的特殊用户。

N 供1备接线。能通过负荷将单条线路的故障问题转移，避免对其他运行线路造成影响，这种接线状态下的配网通常为N 主1备的运行模式，通过将联络开关装设于线路末端满足应急供电需求。然而在N 的数值超出3时线路的接线将趋于复杂化，在提升设备利用率的同时也使得配网调度变得更加困难，且联络线的大量敷设也增加了配网建设成本支出。

在实际应用时，电力企业应选择“2供1备”与“3供1备”接线模式。“2供1备”接线需将每条回路的负载率控制在66.7%之内，“3供1备”接线需将负载率控制在75%之内，两者均需避免将负荷接入唯一的1条备用回路之中；在建设成本方面，无论是“2供1备”还是“3供1备”接线，最多只需将出线间隔控制在4个以内，而三个单环网线路的架设所需要的出线间隔为6个，因此这种接线方式的成本更低；在实际应用时，该接线模型适用于负荷增长缓慢的城市繁华区域，也适用于双电源供电负荷。

2.2 架空线接线

2.2.1 多分段单联络

城镇建设期间所应用的配网接线技术通常为架空多分段单联络的接线方法，这种接线方式能够构建“手拉手”环网，通过联络开关实现对多站中压母线或单站多条中压母线的有效连接。这种开环的环网接线方式能确保配网任意区段出现短路接地相关工作时能借助分段开关将故障线路切除，通常确保非故障区段的可靠供电，同时也可在维护期间为工作人员提供便利。

多分段单联络接线技术方式具有结构简单、维护方便、建设成本低等性能优势，后续进行自动化、智能化改造的难度更低，在当前配电网规划建设过程中应用较为广泛。

在接线特点方面，该接线方式通常将线路划分为2～3段，电力企业需对每段线路的配变容量进行控制，避免出现容量高于10MVA 的情况；为满足故障应急需求，线路需设置相应的备用供电回路，所占比例通常为50%，在增加部分成本的同时可对配网接线进行简化，同时也可提升运行稳定性；在负载率方面，该接线技术应用过程中需避免出现负载率超出50%的情况，确保架空线路可靠性达到N-1要求；在实际应用过程中能满足负荷密度相对较低的区域供电需求，因此用电增长快速但配网管理水平低的城镇配电网建设适合应用该接线方式。

2.2.2 多分段多联络

多分段多联络接线相对单联络接线更加复杂，环网形式为网格式。该接线模型能与其他线路建立联系，因此线路中增设了分段开关，能实现与关联线路的相互备用，能够确保配网任意区段出现短路接地相关工作时、能够借助分段开关将故障线路切除，通常确保非故障区段的可靠供电，同时也可在维护期间为工作人员提供便利。

在接线特点方面，该接线方式通常将线路划分为2～3段，每段线路联络点之间即该接线方法的任意两个联络开关之间均需设置不少于1个的分段开关，开关规划位置需结合线路负荷情况选择，应能尽量将线路两端负荷均分；为满足故障应急需求，线路需设置相应的备用供电回路，所占比例通常为33%，相对单联络接线具有更高的线路利用率，但联络线的增设也增加了配网建设成本；该接线的线路负载率相对单联络接线进一步提升，需避免出现负载率超出50%的情况，确保架空线路可靠性达到N-1要求；在实际应用过程中能有效提升配网故障自愈效果，适用于城镇配电网中接近饱和的负荷增长缓慢区域。

3 配网故障自愈FLISR 技术及应用

3.1 分段器与重合器联合应用技术

电力企业可通过分段器（分段开关）与重合器（开关投入重合闸）联合应用的方式实现对配网故障的快速隔离，满足非故障区域的供电需求。图2中的QF1为重合器，其他开关为分段器。当线路13处发生短路故障时，应用该技术的配网线路能够通过重合、分段操作最终将线路13两端的QF12与QF13分段器断开，实现故障线路的切除并恢复线路11与12的供电，同时能够将与对侧变电站联络的QF 开关闭合，恢复线路14的供电，在实际应用时需做好分段器分合闸闭锁时间的整定计算工作，确保能在最短时间内以更少的操作切除故障线路。

图2 重合器和分段器联合应用技术

分段器与重合器联合应用技术无需为配网增设通信通道，分段器设备的成本相对断路器也更低，实现了对相关成本的控制；分段器与重合器的配合也实现了开关动作次数的控制，缓解了系统承受的冲击，有利于提升电力设备运行周期。

3.2 点对点双向通信技术

配网馈线任意区段出现故障时，故障点两端的负荷侧与电源侧均会收到故障点发出的短路电流相关信号，FTU 则会对自身及相邻FTU 传递的电流信号进行诊断分析，根据诊断结果控制相关开关断路器的闭合与断开。该技术的应用情况详见图3，当线路13存在短路点时QF12接收到短路信号分闸，QF13作为相邻开关未接收到短路信号也会分闸；最终，QF12与QF13分闸、QF 合闸，将线路13切除的同时不影响其他线路供电需求。

图3 点对点双向通信的故障处理动作程序

相对而言，该技术应用过程中无需等待主站对故障信号进行诊断分析，能依靠就近的FTU 完成故障点切除工作；在实际应用时，FTU 集成通信、保护、遥信、遥控、遥测等多项功能，在继电保护装置等各方面应用成本相对较低，可靠性符合工作需求。

4 配网自愈技术中信息系统的应用

为实现对配网运行情况的统一调度管理，有必要建设统一的信息系统实现对大量配网运行数据信息的协调控制，避免出现信息孤岛等影响主要利用率的问题。在信息系统建设过程中，需通过交互总线建立配网自愈系统与GIS 平台、95598系统、生产管理系统等各信息化、自动化系统之间的信息交互，必要时可采取直接互联的方式满足系统数据交换的实时性需求。

图4 配电网自愈系统信息交互示意图

为确保配网自愈系统能够与所接入的各系统建立畅通的信息交互体系，满足自愈技术应用相关数据信息的实时共享需求，需采取相关措施对各业务模块进行优化管理。在实际应用时，需依靠计算机网络完成自愈系统与调度系统之间厂站图元模型的数据交换，确保工作人员借助自愈系统能实时掌握电度系统汇总的相关信息参数；GIS 系统能够将设备信息、配网图形信息与自愈系统交互；生产管理系统能够将历史、实时数据信息与自愈系统交互。此外，信息系统还需要为后续的发展预留额外接口，满足其他系统的接入与数据交换需求。

综上，配网故障自愈技术能有效提升配网运行稳定性，实现对相关故障问题预警、诊断、切除等，避免产生大范围停电等事故问题。在实际应用时，可结合配网负荷发展情况、故障自愈具体要求选择适宜的架空线路和电力线路接线方向，合理应用重合器与分段器配合技术及FTU 故障快速诊断切除技术，同时也需要为配网的智能化发展建设相应的信息化系统，实现自愈系统与配网各管理系统的数据交互。