【摘 要】配電網(wǎng)故障處理是配電自動化的核心內(nèi)容之一，盡管我國配電自動化和配電管理系統(tǒng)已經(jīng)得到了初步應(yīng)用，但是配電網(wǎng)故障處理仍存在諸多方面的問題。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)故障；繼電保護(hù)；安全運(yùn)行；信息采集；自動控制；安全可靠；經(jīng)濟(jì)合理

0 引言

我國配電網(wǎng)的發(fā)展是隨城市建設(shè)規(guī)模及用電負(fù)荷迅速增長和供電可靠性要求而提出的。由于城市規(guī)劃與電力規(guī)劃脫節(jié)的歷史原因，原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能適應(yīng)城市發(fā)展的需求。

1 城市配電網(wǎng)繼電保護(hù)自動裝置的發(fā)展

城市配電網(wǎng)中的電力設(shè)備和線路應(yīng)裝設(shè)反映系統(tǒng)故障和異常運(yùn)行的繼電保護(hù)和自動裝置，實(shí)現(xiàn)智能化和一體化，以保證配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。由于中低壓配電網(wǎng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)層次復(fù)雜、信息采集點(diǎn)多，因此繼電保護(hù)自動裝置的分布于城市配電網(wǎng)中的不同層次，范圍包括變電站內(nèi)與配電系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備、中壓配電饋線、開閉所、配變站以及低壓配電網(wǎng)等。

配電系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置與整個電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)一樣，歷經(jīng)了電磁型、晶體管型、集成電路型、微機(jī)型的發(fā)展過程，不同形式的保護(hù)至今還在配電系統(tǒng)中廣泛存在并發(fā)揮作用。微機(jī)型繼電保護(hù)裝置由于性能優(yōu)越、運(yùn)行可靠，越來越得到用戶的認(rèn)可而在配電系統(tǒng)中大量使用。同時，由于用戶對供電質(zhì)量要求不斷提高和制造廠家的努力，繼電保護(hù)技術(shù)在配網(wǎng)中得到很大的發(fā)展，并且超越原有的行業(yè)范圍，走向多功能智能化。而傳統(tǒng)意義上的獨(dú)立的繼電保護(hù)裝置正在消失。繼電保護(hù)裝置和設(shè)備必須遵循配電系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃和建設(shè)要求，具有合適的環(huán)境適應(yīng)能力，同時配置有必要的通訊接口，支持多種介質(zhì)的通訊方式，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集，具備與調(diào)度控制中心通信的功能。

隨著微機(jī)繼電保護(hù)在高壓電網(wǎng)推廣成功，其優(yōu)良的性能、方便的操作和簡單的維護(hù)在電力系統(tǒng)中深得人心。隨后，制造工藝成熟、性能優(yōu)越、價格適宜的繼電保護(hù)產(chǎn)品逐步在中低壓電網(wǎng)推廣，并在實(shí)踐應(yīng)用過程中不斷發(fā)展。

（1）微機(jī)型繼電保護(hù)擴(kuò)展成綜合測控裝置

近年來微電子技術(shù)的高速發(fā)展，高性能、低價格的 CPU 及外圍器件不斷推出，CPU 強(qiáng)大的計(jì)算能力在完成繼電保護(hù)功能之外，還有較多的能力去處理傳統(tǒng)上由另外一些裝置完成的或者過去沒有實(shí)現(xiàn)的功能，形成了一個融合保護(hù)、測量、控制、通訊等功能在一起的綜合裝置。在這種裝置里，保護(hù)功能得到較大的發(fā)展，并可能會發(fā)展并研究出更適用于配網(wǎng)的保護(hù)方法。 這種趨勢和要求反過來也對裝置制造提出了很高的要求。

目前，在城市配電系統(tǒng)新建的開閉所和配電站中，中低壓開關(guān)設(shè)備就地安裝并通過通信構(gòu)成自動化系統(tǒng)已成為一個潮流。

（2）10kV 柱上開關(guān)及配電開關(guān)智能化

目前已有開發(fā)并使用的有兩大類柱上裝置：一類是 FTU（現(xiàn)場遠(yuǎn)方終端）和柱上開關(guān)分離，各自獨(dú)立工作，完成自身功能；另一類是將 FTU（現(xiàn)場遠(yuǎn)方終端）與柱上開關(guān)組合在一起，成為一個機(jī)電一體化的設(shè)備。使用這些具有良好通信能力的智能化設(shè)備，可以完成許多在以前無法完成或者要有很多裝置才能完成的任務(wù)，同時也給配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)系統(tǒng)注入新的內(nèi)容，即保護(hù)的設(shè)計(jì)和整定需要考慮饋線開關(guān)的控制方法。

（3）繼電保護(hù)自動裝置的就地化

繼電保護(hù)自動裝置的就地化使接線簡化、間隔清晰、操作更可靠。就地裝置通過通信與集控中心聯(lián)系，大大減輕了集控中心的空間壓力和接線復(fù)雜性。而且隨著電子器件和電路設(shè)計(jì)技術(shù)不斷更新，裝置硬件已經(jīng)能夠適應(yīng)戶外環(huán)境的要求?？梢灶A(yù)見，就地化的繼電保護(hù)自動裝置將向較高電壓等級發(fā)展。

2 配電網(wǎng)常用保護(hù)及存在的問題

根據(jù)電氣與電子工程師協(xié)會電力系統(tǒng)繼電保護(hù)分會配電保護(hù)工作組的調(diào)查報(bào)告，供電企業(yè)在配電網(wǎng)的變壓器和饋線上正廣泛使用多功能保護(hù)裝置，幾乎所有的此類保護(hù)裝置中均配置了三相速斷保護(hù)、接地速斷保護(hù)、時間-過流保護(hù)。但是，瞬時跳閘的相電流過流保護(hù)的應(yīng)用面減少，一般傾向于只允許單次瞬時跳閘。在饋線保護(hù)的整定問題上多采用整套的時間-電流特性的相電流保護(hù)整定配合方式。 按照保護(hù)針對的故障類型來劃分，配電網(wǎng)保護(hù)主要包括短路保護(hù)和接地保護(hù)兩大類。

2.1 短路保護(hù)

一般情況下，短路故障的故障電流大于負(fù)荷電流，較易檢測，通常采用定時限的相電流過流保護(hù)，通過延時實(shí)現(xiàn)變壓器、母線、饋線之間的相互配合。采用距離保護(hù)則可以在檢測短路故障的同時測量故障電流和故障電壓計(jì)算故障阻抗，實(shí)現(xiàn)故障定位。

2.2 接地保護(hù)

電網(wǎng)故障絕大部分是接地故障或由接地故障發(fā)展而來的其它故障，接地電阻可能比較大，需要用專門的接地保護(hù)來檢測。接地保護(hù)不需監(jiān)視正常的相電流，定值整定可以不考慮負(fù)荷電流的影響，靈敏度有了提高。但是根據(jù)不同原理，需要檢測的量可能比較小，信號檢測難度增大。

對一些小電阻接地系統(tǒng)的接地故障，多采用時間-電流繼電器來檢測故障。而對于高阻故障（可能達(dá)到幾千歐），則利用反時限、零序量（功率、電流、電壓）、距離、中性點(diǎn)電壓等原理來檢測。保護(hù)延時動作也可以減少瞬時性接地故障時的饋線開關(guān)分?jǐn)唷?/p>

電流保護(hù)是配電網(wǎng)最常用的保護(hù)方式，目前最常見的是過流保護(hù)，根據(jù)保護(hù)的動作量分類，可以劃分為單相過流、殘流過流、負(fù)序過流等。它們作為主保護(hù)和后備保護(hù)被廣泛用于電力系統(tǒng)中。

單相過流保護(hù)是線路的常用保護(hù)，可以節(jié)省熔斷器投資、避免設(shè)備損傷、縮短停電時間和電壓跌落過程，且整定方法簡單。為了和下方保護(hù)配合，其定值必須高于最大負(fù)荷電流，因而降低了保護(hù)的靈敏度。

與單相過流保護(hù)不同，負(fù)序過流保護(hù)不受三相平衡的負(fù)荷電流的影響，其定值可遠(yuǎn)低于負(fù)荷電流的水平。但是負(fù)序過流保護(hù)不能反應(yīng)三相對稱的短路故障。

過流保護(hù)有速斷、定時限、變時限等多種動作特性，微機(jī)保護(hù)更可以提供多種時間-電流特性，便于和其它保護(hù)及熔斷器配合。瞬時過流保護(hù)（速斷）在一個周波（20ms）左右出口，其保護(hù)區(qū)的大小受系統(tǒng)阻抗（尤其是背后系統(tǒng)阻抗和下方負(fù)荷側(cè)阻抗的比值）影響。定時限過流保護(hù)引入延時，保護(hù)之間按時間階梯配合，距離電源越遠(yuǎn)則保護(hù)延時越短，不足之處是近電源處發(fā)生故障時，故障電流水平高、保護(hù)延時長，不能及時保護(hù)一次設(shè)備，保護(hù)與下端的熔斷器配合時也存在困難。采用變時限的過流保護(hù)可以根據(jù)故障電流水平?jīng)Q定保護(hù)動作延時，能夠很好地解決近電源點(diǎn)保護(hù)的快速動作問題，反時限過流保護(hù)即是最常用的一種變時限保護(hù)。

隨著自適應(yīng)技術(shù)在繼電保護(hù)中的應(yīng)用，微機(jī)過流保護(hù)可以優(yōu)化保護(hù)定值以適應(yīng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，而不必采用傳統(tǒng)方法，按最惡劣的運(yùn)行方式進(jìn)行保護(hù)整定。這也就是繼電保護(hù)的自適應(yīng)問題，至今仍有很多學(xué)者在不斷地探索。

另外，過流保護(hù)還存在一些較難解決的問題，如：勵磁涌流、電容器的投切會引起保護(hù)誤跳閘的事件；冷負(fù)荷啟動（持續(xù)幾秒鐘至幾分鐘）也會引起相電流過流和接地過流保護(hù)誤動作；以及高阻接地問題。對前一類問題，通常要采取提高速斷保護(hù)定值、給速斷加延時、安裝抑制諧波的相電流過流保護(hù)或接地過流保護(hù)等措施。而對于第二類問題，通常采取負(fù)荷分批啟動、提高保護(hù)定值、閉鎖保護(hù)等措施來避開此過程。過流保護(hù)對高阻接地問題的對策一直未能得到很好的解決。

3 結(jié)束語

總之，我國配電網(wǎng)自動化水平較低，實(shí)現(xiàn)配電自動化，提高檢測、隔離短路故障和接地故障的快速性和靈敏度，是提高供電質(zhì)量和供電可靠性亟待解決的問題。

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[責(zé)任編輯：湯靜]