國網河北省電力有限公司威縣供電分公司 唐宏業(yè) 潘鵲羽

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和升級，配電網的可靠性越來越高，但是由于各種因素的影響，如天氣變化、人為操作失誤等，仍然存在一些難以預測或控制的問題，導致了設備損壞或者系統(tǒng)失效。

因此，在保證供電安全的同時，如何有效地應對這些問題成為當前亟待解決的重要課題之一?；诖?，配電網繼電保護配合與故障處理是至關重要的一環(huán)。通過對配電網中的重要設備進行監(jiān)測和分析，及時發(fā)現(xiàn)并判斷出潛在的風險點，從而采取相應的措施以避免事故發(fā)生。

1 繼電保護與配電自動化配合的配電網故障處理

1.1 配電網多級保護配合的可行性

在配電網中，由于不同設備和線路之間的連接方式不同，導致了不同的故障模式。因此，為了保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，需要采用多種類型的保護裝置進行配合工作。其中，常用的是三相四線制系統(tǒng)中的雙回路環(huán)型接地器（DGCT）和單回路接地器（SGCT）。這些保護裝置可以分別對主電路和母線進行保護，從而實現(xiàn)配電網的多級保護配合[1]。

在配電網中，常見的故障類型包括短路、欠壓、過載等多種情況。對于短路故障，DGCT能夠通過電流互感原理檢測到短路位置并及時斷開電源，以避免進一步擴大事故的影響范圍；而對于欠壓或過載故障，SGCT則可以通過電壓互感原理來檢測到負載的變化，并在一定程度上控制負荷，防止因負荷過高而引發(fā)的安全問題。

此外，配電網中還存在一些特殊情況下，如大面積停電時，需要采取聯(lián)合保護的方式才能確保供電可靠性。在這種情況下，DGCT和SGCT可以在各自的工作范圍內獨立完成任務，但當發(fā)生較大規(guī)模的故障時，其會自動協(xié)同工作，共同保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[1]。

1.2 多級級差保護與配電自動化配合的配電網故障處理

1.2.1 兩級級差保護的配置原則

在配電網中，兩級級差保護是一種常見的保護方式。其主要目的是通過兩個不同級別的保護裝置來實現(xiàn)對同一線路的雙重保護。該方法可有效提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時也能夠降低設備成本。然而，由于兩級級差保護需要考慮多個因素的影響，因此其配置也需要注意一些原則。

首先，要確保兩級級差保護之間的協(xié)調性。在實際應用過程中，兩級級差保護之間可能會出現(xiàn)沖突或干擾的情況。為了避免這種情況發(fā)生，必須保證之間的協(xié)調性和一致性。例如，在設置時應該考慮到其保護時間、保護范圍以及保護功能等方面的要求，以確保兩者之間的協(xié)調性和有效性。

其次，要注意兩級級差保護之間的相互影響。在實際應用中，兩級級差保護之間的相互影響也是一個重要的問題。如果二者之間的相互作用過于強烈或者不正確地控制，那么就會導致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至無法正常運行。因此，在設計時應當充分考慮這兩者之間的關系，并采取相應的措施進行優(yōu)化調整。

最后，還需要注意兩級級差保護之間的聯(lián)動效應。

1.2.2 三級級差保護的配置原則

以某地配電網為例，采用三級級差保護的典型配置一般有以下幾種方案。

方案1：變電站10kV出線開關、饋線分支開關與用戶開關采用斷路器并配置保護功能形成三級級差保護，如圖1（a）所示，其中用戶開關B～B4保護動作延時時間設定為0s；變電站10kV出線斷路器的延時時間為1s，可計算該S/T保護動作在短線路范圍內實現(xiàn)[2]。

圖1 三級級差保護典型配置方案

方案2：變電站10kV出線開關、某個饋線分段開關與饋線分支開關采用斷路器并配置保護功能形成三級級差保護，實現(xiàn)對配電網繼電保護的有效控制。該方案采用主接線形式，通過斷路器跳閘原理，在滿足系統(tǒng)正常運行要求下保證了10kV出線母線上所設置的故障線路供電可靠性。當變電站負荷發(fā)生較大變化時（如變壓器、發(fā)電機等）需采取自動重合閘裝置進行相應隔離切除，如圖1（b）所示。

方案3：變電站10kV出線開關與環(huán)網柜出線開關以及中間某一級環(huán)網柜的進線開關采用斷路器并配置保護功能形成三級級差保護，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，通過繼電保護裝置快速反應，快速切除線路。該方案的優(yōu)點是操作簡單、靈活性高和可靠性好，如圖1（c）所示[3]。

2 各種類型分布式電源的控制策略及故障電流特性

2.1 電機類型DR

同步電機。同步電機其轉子速度必須與并網點的電壓同步轉速相同，才能保證電網的安全運行。然而，在配電網繼電保護裝置中，由于線路阻抗存在問題，致使其無法實現(xiàn)同步供電。同步發(fā)電機短路電流按照時間順序分為次暫態(tài)、暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)三個階段，空載條件下機端發(fā)生短路時，短路全電流表示見公式（1）：

鼠籠異步發(fā)電機。鼠籠異步發(fā)電機是一種常見的非勵磁同步發(fā)電機，也稱為感應發(fā)電機。其轉子上包括一個或多個導體桶，通常由鋁或銅制成。定子繞組通過與轉子上的導體桶產生旋轉磁場，從而驅動轉子旋轉，產生電能輸出。鼠籠異步發(fā)電機廣泛用于小型和中型風力發(fā)電機組、水力發(fā)電機組以及其他分散式發(fā)電系統(tǒng)中，其優(yōu)點是具有高效、穩(wěn)定、低維護成本等特點。鼠籠異步發(fā)電機的短路全電流表示見公式（2）：

2.2 變流器類型DR

變流器類型DR的基本特性。DR電機由于不需要稀有磁材料，因此成本更低，而且在高速運行時具有較高的效率和更好的能量回收特性，DR變流器不需要使用傳統(tǒng)電機中的刷子或永磁體等易損件，因此具有更高的可靠性和更長的使用壽命。電壓源變流器（VSC）采用全控器件和 PWM控制技術，典型的電路結構有兩電平 VSC、三電平VSC和級聯(lián)多電平VSC，圖2為分布式電源中常用的兩電平VSC電路。

圖2 分布式電源中常用的兩電平VSC電路

不考慮VSC控制方式與限流保護條件下DR的短路電流。電網系統(tǒng)的繼電保護裝置一般在配電網中設置了，而實際情況是，當故障發(fā)生時電流出現(xiàn)最大值后才會進行切除。這就導致當保護接地回路當中存在短路或者不動作等問題。如果DR只向配電網發(fā)送有功功率，此時DR提供的最大短路電流見公式（3）：

如果要求DR向電網提供額定容量的無功功率，因此，最大可能的短路電流見公式（4）：

3 配電自動化配合的故障處理

3.1 全電纜饋線的故障處理

全電纜饋線作為一種高壓輸電線路，其故障處理需要特殊的技術和方法。在工作實踐中，全電纜饋線常見故障的處理技術如下。

感應耦合檢測（TDR）：通過測試端口輸入一個短脈沖信號，由故障導體反射回來的信號經過處理可以確定故障點位置。這是一種快速、準確的故障預定位技術；小波分析技術：利用小波變換技術對電纜中的信號進行處理，可以分析出不同頻率的成分并判斷跳閘、接地故障等類型的故障；熱像儀檢測：利用熱像儀檢測故障段表面溫度變化情況，根據(jù)缺陷周圍的溫度不同，確定故障位置，并進一步確定缺陷的性質和類型；微波干擾法：利用高頻微波在故障區(qū)域的反射特征不同于正常區(qū)域來定位故障。該方法可準確探測到絕緣層、金屬護套和接頭等故障。

3.2 分支線路的故障處理

分支線路是電力系統(tǒng)中常見的一種輸電方式，其結構較為復雜，故障處理也比較煩瑣。在工作實踐中，常見分支線路故障處理技術如下。故障點定位：首先需要進行故障點定位，根據(jù)斷路器跳閘位置、現(xiàn)場檢查以及測試儀器等，確定故障位置；隔離故障段：將故障部分與正常部分隔離開來，避免故障進一步擴大，并保證其他分支線路正常運行；具體故障排除：對于不同類型的故障，可采取相應的排除措施。如顯性故障（如短路）可通過安裝新設備、維修或更換元件等方式進行恢復；隱性故障（如接觸不良）可通過對接觸表面進行清洗、加固或更換來排除；恢復正常運行：故障被排除后，需要進行全面的測試和驗收工作，確保線路能夠正常運行。

3.3 主干線路的故障處理

在配電網中，主干線路是供電系統(tǒng)的重要組成部分。由于其承載能力大、負荷穩(wěn)定性好等因素，因此在發(fā)生故障時對整個系統(tǒng)具有重要的影響。為了保障電力供應安全和穩(wěn)定運行，需要采取有效的措施進行主干線路的故障處理工作。目前，常用的主干線路故障處理方法主要包括斷路、隔離、換線接回等多種方式。其中，斷路是最基本的方法之一，通過切斷電源來防止電流過流或短路，從而避免了設備損壞及人員傷亡的風險。其可以通過將故障點隔開來實現(xiàn)對該區(qū)域內的設備的隔離，以確保其他區(qū)域不受到影響。相比之下，換線接回則是一種更為高效的故障處理方法。其原理是在故障位置上設置一個接回裝置，并將故障點連接至另一端的接回裝置上，這樣就可以將故障點從主干線路上移除，并恢復正常供電。

4 結語

本文主要對配電網繼電保護配合與故障處理進行了深入的研究，并提出了一些新的理論和方法。通過對相關問題的綜述和分析，發(fā)現(xiàn)在配電網中存在較多問題，如電力質量差、線路老化等問題導致了設備故障率不斷上升。因此，提高配電網的可靠性和穩(wěn)定性成為當前亟待解決的問題之一。總之，本研究所做了一定的工作，為配電網的可靠運行提供了一定的參考價值。在未來的研究工作中，可以進一步完善現(xiàn)有的技術方案，探索更加高效、安全的方法來保障配電網的穩(wěn)定運行。