配电网自适应智能型快速故障定位与就近隔离技术研究

丁伟平

（国网山东省电力公司海阳市供电公司，山东 烟台 265100）

0 引 言

在电力系统中，解决线路或设备故障问题至关重要。为确保电力系统运行的稳定性和安全性，必须尽快将故障点与其他部分的网络断开，并迅速完成修复工作。配电网直接面向终端用户，直接影响着供电服务水平的关键环节，因此配电网自适应智能型快速故障定位与就近隔离技术对提高供电可靠性、优化营商环境具有重要意义。

1 线路基本保护配置

线路保护采用分级保护配置。对于短路故障，采用出线断路器、分支断路器、分界断路器的三级保护配置模式，且各级保护在灵敏度和时限上均匹配。出线断路器的电流速断保护被设定为在距离变电站电气距离最近的分支断路器、联络断路器安装处发生故障时启动。为确保保护的可靠性，必要时可启动低电压闭锁元件，实现电流、电压元件的协同工作。对于单相接地故障，采用五级保护逐级配合的方式，包括出线断路器、#1 分段断路器、#2 分段断路器、分支断路器以及分界断路器。

2 自适应智能型馈线自动化策略

传统的馈线自动化故障处理方法均依赖于信息通信。由于配电终端的计算能力有限，无法满足加密解密的计算时间[1-2]。而自适应智能型策略是一种就地型的馈线自动化方案，无须配网主站的参与，具有不依赖通信、故障处置快速、恢复供电时间短等优势[3-4]。线路上的分段（分支）和联络开关选用一二次融合断路器，并配置为就地型模式，以充分发挥其故障处置能力[5]。为确保故障位置与短时来电时间精准对应，对分段开关的来电检故障加速分闸功能进行延时配置。同时，完善分段开关的检短时来电分闸功能，加入短时来电时间检测，使故障点负荷侧开关能够依据短时来电时间完成隔离。

3 短路故障处理

3.1 常规情况下的故障处理

以标准三分段三联络10 kV 线路为例，配置短路故障三级保护。三分段三联络线路结构如图1 所示，线路各开关保护配置如表1 所示。

表1 线路开关短路故障配置

图1 三分段三联络线路结构

出线开关过电流保护要求Ⅰ段保护范围不超分段开关FB1；退出合闸加速保护功能，依靠开关过流保护延时跳闸。

分段开关功能调整包括以下几部分内容。

第一，针对合位来电检故障加速分闸功能，需要增加延时功能，以便根据不同故障点的位置来对应不同的短时来电时间。当触发加速分闸动作后，将直接实施正向闭锁，以隔离前端故障。合位来电检故障加速分闸动作逻辑，如图2 所示。

图2 合位来电检故障加速分闸动作逻辑

第二，增加检短时来电时间分闸并反向闭锁功能。当系统检测到短时来电时间后，将自动执行分闸操作，并实施反向闭锁，以隔离故障后端。检短时来电时间分闸并反向闭锁动作逻辑，如图3 所示。

图3 检短时来电时间分闸并反向闭锁动作逻辑

3.1.1 K1 区段故障

当故障点为图1 中的K1 区段时，动作逻辑包括以下几部分内容。首先，在故障发生后，出线开关CB1 会执行保护分闸动作，而FB1、FB2 保持合闸状态。其次，CB1 会在延时2 s 后尝试重合闸，并判断故障类型。如果故障是瞬时性的，系统将恢复正常运行；如是故障时永久性的，CB1 将再次执行保护分闸，且不再尝试重合闸。再次，系统确定短时来电持续时间。如果FB1 检测到短时来电持续时间小于0.12 s（Ⅰ段0 s 动作）或大于0.4 s（Ⅱ段或Ⅲ段），则执行自动分闸并反向闭锁，以隔离故障区域。最后，当联络开关LS1 单侧失压后，如果检测到短时来电且持续时间不在0.2 ～0.3 s 内，系统会延时合闸，以恢复故障后端的供电。

3.1.2 K2 区段故障

当故障点为图1 中的K2 区段时，动作逻辑包括以下几部分内容。首先，出线开关CB1 保护分闸（Ⅱ段或Ⅲ段），同时FB1、FB2 保持合闸状态。其次，CB1 在延时2 s 后执行重合闸动作。如果故障是瞬时性的，则系统恢复正常运行；如果故障是永久性的，FB1 将加速保护分闸（延时0.3 s）并正向闭锁，而CB1 因未达到保护延时将不会再次动作。再次，FB2检测短时来电的持续时间。如果短时来电持续时间在0.3 ～0.4 s，FB2 将自动分闸并反向闭锁。最后，当联络开关LS1 出现单侧失压且检测到短时来电的持续时间不在0.2 ～0.3 s 时，系统将启动延时合闸，以恢复故障后端的供电。

3.1.3 K3 区段故障

当故障点为图1 中的K3 区段时，动作逻辑包括以下几部分内容。首先，出线开关CB1 进行保护分闸（Ⅱ段或Ⅲ段），FB1、FB2 保持合闸状态。其次，CB1 在延时2 s 后尝试重合闸。如果故障是瞬时性的，则系统自动恢复正常运行；如果故障是永久性的，FB2 会加速保护分闸（延时0.2 s）并正向闭锁，而CB1、FB1 因未到保护延时将不会动作。最后，当联络开关LS1 出现单侧失压且检测到短时来电的持续时间在0.2 ～0.3 s 时，系统将闭锁延时合闸，以完成故障隔离。

3.2 特殊情况下的故障处理

当线路较短导致出线开关CB1 的Ⅰ段保护定值超过FB1 的承受能力时，可采用保护配置方案，确保保护设备能够正确、快速地动作。线路开关短路故障配置如表2 所示。

表2 线路开关短路故障配置（出线Ⅰ段越级）

3.2.1 Ⅰ段越级时K1 区段故障

当故障点为图1 中的K1 区段时，动作逻辑如下所示。首先，出线开关CB1 检测到故障时，会立即进行Ⅰ段0.12 s 的保护分闸，同时FB1、FB2 保持合闸状态。其次，CB1 在分闸后会延时2 s 尝试进行重合闸动作。如果故障是瞬时性的，则系统恢复正常运行；如果故障是永久性的，CB1 在合闸至故障点后，会再次启动Ⅰ段保护，并在0.12 s 后执行分闸操作，且不再尝试重合闸。再次，若FB1 检测到的短时来电持续时间小于0.2 s，FB1 会自动分闸并反向闭锁；若检测到的短时来电持续时间大于0.1 s，则不会分闸。最后，当联络开关LS1 出现单侧失压后，若检测到的短时来电且持续时间不在0.2 ～0.3 s，系统会启动延时合闸功能，以恢复故障后端的供电。

3.2.2 Ⅰ段越级时K2 区段故障

当故障点为图1 中的K2 区段时，动作逻辑如下所示。首先，当分段开关FB1 检测到故障时，会立即进行Ⅰ段0 s 的保护分闸，出线开关CB1 因未达到Ⅰ段延时而不会动作，FB2 保持合闸状态。其次，若FB1 单侧检测到电压，则延时3 s 后尝试合闸，如果故障是瞬时性的，则恢复正常运行；如果是永久性的，FB1 合闸至故障点后，会加速执行保护分闸并正向闭锁，以防故障扩大，CB1 不动作（未到保护延时）。同时，FB2 会检测到短时来电持续时间，如果持续时间小于0.1 s，FB2 会自动执行分闸操作，并反向闭锁。最后，联络开关LS1 出现单侧失压，且检测到短时来电持续时间不在0.2 ～0.3 s 内，系统会启动延时合闸功能，以恢复故障后端的供电。

4 接地故障处理

对于典型的三分段线路，接地故障采用五级保护逐级配合的方式，已经能够精准地切除并隔离故障。当重合闸不成功时，故障点负荷侧的分段开关仅需检测短时来电时间，即可实现故障隔离。对于小电流接地系统，采用合闸时零序电压加速保护；而对于小电阻接地系统，则采用零序过流加速保护。加速延时的设置可参考短路故障过流加速，其中CB1、FB1、FB2 的加速延时分别设置为0.4 s、0.3 s、0.2 s。

对于四分段线路，只需在未配置接地保护的分段开关上配置来电检故障延时加速分闸功能。针对小电流接地系统，采用暂态方向加速保护；针对小电阻接地系统，采用零序过流加速保护。只需将加速延时设为0.1 s，即可实现对故障的快速识别和处理。

5 结 论

馈线自动化的核心是故障检测、故障区间判定、故障区间隔离以及尽快恢复对非故障区域的供电。基于此，文章提出了一种基于配电网分级保护的自适应智能型快速故障定位与就近隔离技术方案，解决了传统馈线自动化过渡依赖通信和配电自动化主站、安全防护难度大、定值参数不能自适应等问题。该方案通过合理整定各级保护的继电保护定值，强化了各级保护与馈线自动化的配合策略，从而实现了对配网相间及接地故障的精准定位和快速就近隔离。