繼電保護與配電自動化的配電網(wǎng)故障處理分析

蘇 新

（國網(wǎng)啟東市供電公司，江蘇 南通 226200）

1 配電自動化與繼電保護綜述

1.1 配電自動化概述

在配電網(wǎng)自動化技術(shù)所構(gòu)成的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，采用高效的通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測方法，使得供電企業(yè)在運行中可以對電網(wǎng)進行細致監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的各種故障和異?，F(xiàn)象，為早期的故障做好充分的準備，提高電網(wǎng)的運行效率。此外，地區(qū)隔離是配電自動化技術(shù)的一個主要優(yōu)點，在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，可以對故障區(qū)域進行有效的隔離，從而保證了配電網(wǎng)的停電不會影響到正常地區(qū)的供電。通過與電力系統(tǒng)所處情況相適應的配電自動化操作方案，可以實時監(jiān)測配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，提高網(wǎng)絡(luò)的管理效率，促進配電網(wǎng)穩(wěn)定運行[1]。

1.2 繼電的保護

由于各種因素的作用，使得配電系統(tǒng)發(fā)生故障，這種情況在電網(wǎng)中十分常見，嚴重威脅著電網(wǎng)的運行。在運行時，帶觸頭的繼電器對電力系統(tǒng)和電子設(shè)備起到更好的保護作用。繼電保護的基本原理是通過提高電流使導線上的電流大于負荷，從而使電壓降低，當發(fā)生故障時，各點間的電壓會降低。在正常情況下，測得的阻抗為負荷阻抗，而變短路時的阻抗即為線路阻抗。此外，為了滿足繼電器的功能需求，必須保證繼電器具有選擇、快速、靈敏和安全可靠等特性。選擇性指在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，要將其從電源系統(tǒng)中移除，如果發(fā)生了阻動，需要附近的設(shè)備或線路來解決?？焖僖馕吨^電器的反應速度要快，要迅速地解決問題，防止高電流、低電壓，降低設(shè)備的損傷，改善系統(tǒng)的可靠性。靈敏指當出現(xiàn)故障時對電器或電線的保護反應，無論短路點的位置、類型或有無過渡電阻，它都能做出適當?shù)姆磻?。安全可靠是繼電保護最根本的要求，應嚴格監(jiān)控繼電器的安全措施，防止隨意的誤動作，以免造成重大的損害。

1.3 故障分析

在配電網(wǎng)中，出現(xiàn)了各種各樣的問題，而如何解決這些問題就成為了配電自動化的一個重要內(nèi)容。在實際使用中，不同的切換等級常常會造成保護裝置的問題，使其不能正確判斷故障的本質(zhì)，從而使最后的處理工作缺乏針對性。為了解決上述問題，人們已經(jīng)將原有的饋線斷路器換成負荷開關(guān)。盡管這些問題可以得到很好地解決，但是總的線路都會出現(xiàn)故障，從而給電力系統(tǒng)的運行帶來不利的影響。主電路很難出現(xiàn)故障，但是分支問題依然存在，人們將單相和過流環(huán)隔離切換到二次輸入位置，實現(xiàn)了故障隔離，避免了對整體線路的影響，也隔絕了外界的干擾[2]。

2 繼電保護與配電自動化下的問題處理規(guī)則

2.1 ?？啃詼蕜t

在解決繼電保護、配電網(wǎng)自動化等問題時，應遵循保修原則。首先，要保證配電網(wǎng)絡(luò)的品質(zhì)，而且要清晰，不能發(fā)生短路。在保證全網(wǎng)電纜的服務(wù)品質(zhì)的基礎(chǔ)上，為各系統(tǒng)之間的協(xié)作提供了一個平臺，保證了主干和主干的協(xié)調(diào)及主干的運行質(zhì)量，提高了供電的可靠性。只有減少了電網(wǎng)的故障，才能保證電力供應的可靠性。只有從細節(jié)上解決問題，才能逐漸解決大問題，從而提升整體的發(fā)展水平。

2.2 確保提供電力的準則

只有保證了分配系統(tǒng)的供電，才能提高問題的處理能力。一方面，要強化線路的清晰性，做好對線路短路的警示與維修。如果出現(xiàn)緊急情況，應制訂應急預案，提高檢查頻率，采取措施防止對配電線路造成損害。為保障電力供應容量，加強對老化配電線路的維修及線路的保護。另一方面，當出現(xiàn)短路故障時，要認真分析其成因，加強保險絲的防護，檢查配電線路的最長運行時間，有針對性地進行故障排除[3]。

2.3 運轉(zhuǎn)經(jīng)濟的準則

快速地解決問題能降低維修費用，符合有效的經(jīng)濟發(fā)展指導方針。要維持高效率的工作，就必須對維修技術(shù)進行優(yōu)化，對電網(wǎng)的工作狀況有一個全面的認識，才能在最短的時間內(nèi)找到問題所在，找到最有效的方法。在電路應用時，需要加大經(jīng)濟投入，采用技術(shù)手段減少故障維修費用。改進整個線路的維修功能，增加線路的連接線，提高線路的服務(wù)水平，減少線路的維修次數(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)的壽命，減少維修費用，提高經(jīng)濟性，從而擴大開發(fā)的范圍，促進配電自動化的發(fā)展。

4 配電自動化與繼電保護在配電網(wǎng)故障處理中的應用

4.1 繼電保護配合配電自動化問題解決的研究

繼電保護與自動控制相結(jié)合，加快了故障處理的速度，提高工作效率。對已有或即將出現(xiàn)的危險電源點進行隔離，以避免其他供電設(shè)備受到危害，一旦有問題，就能立刻分析出問題所在的位置，找到問題所在，通過相關(guān)的技術(shù)設(shè)備來解決。在事故發(fā)生之前，能把事故的預防控制在萌芽階段，確保整個電力系統(tǒng)的供電。

繼電保護與配電自動化在處理故障問題上存在著一定的差別，但其工作的目的卻是一致的，即確保全網(wǎng)的運行效率，更好地解決配電網(wǎng)的各種問題。配電網(wǎng)與配電自動化的有機結(jié)合，使得整個電力系統(tǒng)始終處于動態(tài)平衡，減少了相應的故障[4]。

4.2 多個級別差的配合

多個差分的協(xié)作指在變電站內(nèi)實現(xiàn)開關(guān)設(shè)定和10 kV饋線開關(guān)的保護。為了減少短路電流的沖擊，變電所的低壓側(cè)變壓器會將超出正常電流的流量保護操作時間設(shè)定為0.3 s，并在此期間設(shè)定多個分檔保護延時。

饋電開關(guān)具有31～43 ms的機械操作時間、11 ms左右的熄滅時間以及約32 ms的維修內(nèi)在反應。為了應付這樣的時差，應該把它設(shè)定成103 ms的迅速關(guān)掉。在饋線點開口部設(shè)有過電流跳閘及保險絲，其勵磁波涌電流極低，可適當提高電流閾值，避免勵磁涌流，縮短延時。跳閘操作可以縮短故障清理的時間，但必須人工恢復分支的正常運行，對排除故障有很大的壞處，不宜采用此方法。從時間角度來看，10 kV的有限切換保護操作和變電所的延時時間在203～252 ms，這與變壓器的低壓端切換有一定的時滯，從而實現(xiàn)了二級差值的保護[5]。

4.3 在兩極的極差故障中的運用

采用了斷路器開關(guān)和分支斷路器的開關(guān)設(shè)置為0，并且在變電所里面，插座斷路器的延遲操作時間在200～250 ms。除此之外，繼電保護和配電自動化還有兩大優(yōu)點。第一，用戶可以在系統(tǒng)的控制下自動斷開，不會對電力供應造成任何的影響，而變電所也可以避免徹底地斷電。第二，該方法可以有效地避免多級跳閘和非技術(shù)性跳閘，簡化了故障診斷流程，縮短了維修周期。

4.4 針對多供一備配電網(wǎng)的模式化故障恢復策略

針對多供一備配電網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化故障隔離方案，確定故障位置供電線路的動力電故障，建立線路絕緣，優(yōu)化線路終端連接開關(guān)，分析故障所在的下游重要部位，優(yōu)化故障定位，完善區(qū)域供電。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和模式故障修復的角度來看，N供1備電纜的常規(guī)供電效果可以滿足N-1規(guī)范的要求，保證N供1備電纜的平均利用率達到66%。實現(xiàn)了N供1備電纜網(wǎng)絡(luò)的平均利用率超過75%，充分利用了網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了設(shè)備的利用率。

4.5 處理主干線的問題

若發(fā)生在主干道上的故障，則應首先對線路的故障進行認真地分析與判定。一旦斷路器出現(xiàn)了自動脫開，切斷故障電源后還要等待一段時間，使其再次關(guān)閉，供電線路才能再次運行。但如果總是斷電，那就是一種長期的分配問題。當發(fā)生故障時，該繼電器會立即切斷其他的電力設(shè)備，使其脫離整個配電網(wǎng)絡(luò)的控制，從而避免了正常的供電中斷。發(fā)生故障后，維護人員應及時對故障進行記錄。一旦發(fā)生了長期供電故障，供電線路的終端會將故障信息直接傳送給供電基站，由供電企業(yè)對故障數(shù)據(jù)進行過濾，及時更新，并將故障信息反饋給維護人員，讓維護人員對故障進行仔細地檢查，并將故障信息及時反饋給維護人員，讓他們能夠及時發(fā)現(xiàn)故障，并通過手機進行遠程處理，最終恢復供電狀態(tài)。

4.6 參照分析

這個方法最重要的就是要找出線路上的問題，然后通過定值檢查來確定測試值和期望值之間的差距，從而判斷出問題的原因。通過對比普通設(shè)備的技術(shù)指標和異常設(shè)備的技術(shù)指標，發(fā)現(xiàn)了不同于常規(guī)設(shè)備的異常情況，在進行了回路調(diào)試和更換設(shè)備之后，二次線路無法精確恢復的情況下，可以在繼電器定值檢查中。例如，某個繼電器的測試值或者它的整定值偏差較大，無法很好地判斷出該刺激點的工作性質(zhì)，可以及時改進繼電器的數(shù)值，也可以用同樣的表格來衡量其他的回路的重要性。

4.7 替換處理

電力體系運轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障時，解決全面自動化維護設(shè)備內(nèi)部故障是最常見的方式，是用好的或者認為正常的一樣的軟件替代認為出現(xiàn)故障的軟件，用這種方式來辨別好壞，這樣就能夠迅速地縮小故障找到的范疇，實時對故障展開解決。針對微機維護故障或者內(nèi)部回路繁雜的單元繼電故障，能夠運用附近的設(shè)備或者臨時在維修的插件繼電器替代的原有設(shè)備，如果障礙消失，就證明故障在換下來的軟件，不然就一定在另外的地方持續(xù)地找到故障。

4.8 分布式電源介入

如果饋線電源沒有裝設(shè)瞬時電流速斷保護，那么不同級別的保護配合也很密切，利用電源基站的主線開關(guān)或者分線的開關(guān)來實現(xiàn)過電流保護動作的時限配合。如果電源饋線中存在一定的電源問題，分布式電源帶來的助力電流就會幫助過電流保護提升它的敏捷度，對于保護動作是比較好的。假設(shè)分布式電源接到該饋線中，一旦分布式電源在下方存在問題，上方的開關(guān)經(jīng)流的短路電流相比較之前會有所降低，由于過電流保護的靈敏度高以及分布式電源的容量較小，通常不會導致分布式電源上游開關(guān)的過電流保護拒動，也不會破壞配合關(guān)系。

如果電源饋線裝設(shè)瞬時電流速斷保護，分布式電源可以從電源母線上的臨近饋線進入。在這個過程中存在電源問題，分布式電源自身帶有的助力電流會加大電源基站瞬時電流速斷保護的使用面積，根據(jù)存在的動作區(qū)域，計算出分布式電源下游部分的電源電力，從而增加跳級式跳閘的風險。但是，假設(shè)分布式電源直接接到電源饋線中，那么就不會產(chǎn)生任何影響。當分布式電源在下方位置存在問題時，就會減小經(jīng)流電源基站的出線開關(guān)帶有的電路電流，同時縮小瞬時電力速斷保護的范圍。另外，無論配電系統(tǒng)是否安裝了瞬時電流速斷保護的電源饋線，饋線上連接的分布式電源自身帶有的短路電流在發(fā)生加大電流的情況下，反向電流也有可能讓分支開關(guān)存在誤動的狀況，從而損害了層級保護的關(guān)系。因此，一定要做好配置方向的元件。如果分布式電源所帶有的短路電流水平不高，則這方面的影響問題不大。對于下游接有分布式電源的開關(guān)，其自動重合閘的延時時間應該要大于2 s。

5 結(jié) 論

配電自動化與繼電保護在配電網(wǎng)絡(luò)的正常運轉(zhuǎn)中占有舉足輕重的地位，故障診斷是電網(wǎng)的一個永久問題，二者結(jié)合起來，既能保證電網(wǎng)的安全，又能促進電力市場的穩(wěn)定發(fā)展。電力系統(tǒng)的智能化、智能化的電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。配電自動化和繼電保護對電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生了巨大的影響，確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。