許玉柱

（國網(wǎng)河北省電力有限公司容城縣供電分公司）

0 引言

穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)地電力系統(tǒng)配電網(wǎng)，是維持城市穩(wěn)定，是推動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。電力企業(yè)應(yīng)結(jié)合當(dāng)下社會發(fā)展現(xiàn)狀，動態(tài)化改進(jìn)電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)，為配電網(wǎng)故障檢測與處置奠定基礎(chǔ)。新型電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)故障檢測作為電力企業(yè)的核心內(nèi)容，有必要不斷提高配電網(wǎng)故障檢測的精準(zhǔn)性，同時(shí)改進(jìn)故障處置技術(shù)，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的安全性。

1 新型電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)特點(diǎn)

新型電路系統(tǒng)的核心是“碳達(dá)峰碳中和”，在滿足正常電力需求的基礎(chǔ)上，新型電路系統(tǒng)需保持自身配電網(wǎng)的安全性，同時(shí)向清潔低碳、靈活高效、安全可控的方向發(fā)展。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)配電網(wǎng)相比，新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

第一，發(fā)電側(cè)。新能源發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)橹黧w性發(fā)電，具有高質(zhì)量、市場化與高占比特征，但新能源發(fā)電不穩(wěn)定問題亟待解決，制約發(fā)電側(cè)系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。

第二，電網(wǎng)側(cè)。新能源發(fā)電系統(tǒng)、柔性輸電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的作用愈發(fā)顯著，電力系統(tǒng)發(fā)展朝著動態(tài)化特征快速發(fā)展，系統(tǒng)能源發(fā)電的分布式接入，促使傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向扁平化、分布式的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，電力系統(tǒng)架構(gòu)出現(xiàn)重大變革。

第三，負(fù)荷側(cè)。在新型電力系統(tǒng)中，增加多元化儲能單元、多種新型負(fù)荷，系統(tǒng)自動分類接入的負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)資源的高效、有效配置與應(yīng)用，電力系統(tǒng)對接的各個單元都能充分發(fā)揮自身作用［1］。

2 新型電力系統(tǒng)的配電網(wǎng)故障識別

2.1 短路故障

1）短路故障類型

一相接地或多相接地或者相互接觸，導(dǎo)致線路運(yùn)行受阻，是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)短路故障的主要體現(xiàn)。電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的短路故障類型包括：（1）兩相短路：三相電路中，任意兩相出現(xiàn)短路；（2）兩相接地短路：三相電路中，同一地點(diǎn)出現(xiàn)兩次或多次任意兩相接地短路；（3）不同點(diǎn)兩相接地短路：三相電路中任意兩相電路發(fā)生接觸短路，不限制短路發(fā)生地點(diǎn)。

2）短路故障定位方法

電流突變法與過流速斷法，是短路故障的主要定位方法［2］。

a. 電流突變法

當(dāng)配電線路的電流突然發(fā)生較大變化，可初步考慮為短路故障。但電流突變法也存在缺點(diǎn)，短路變流并不是突變的，因此不能直接檢測到短路電流，當(dāng)故障點(diǎn)后線路若攜帶感性負(fù)荷、大容量容性負(fù)荷，會導(dǎo)致電流反造成誤判，判據(jù)如下：

① 線路帶電穩(wěn)定時(shí)間≥Tset0（可設(shè)置）；

② 短路故障電流增量：

負(fù)荷電流IL≤Tset0（可設(shè)置），△I≥1/2*Tset0；

負(fù)荷電流IL≥Tset0（可設(shè)置），△I≥1/2*Tset0；

③ 短路故障持續(xù)時(shí)間：≤Tset1（可設(shè)置）；

④ 短路故障結(jié)束電流：≤Tset1（可設(shè)置）。

b. 過流速斷法

線路短路后，可檢查線路中整定繼電保護(hù)的電流值，從而比較判斷線路是否發(fā)生短路，過流速斷法的檢測原理見圖1。

圖1 過流速斷法的檢測原理圖

IK—電流采樣值；Iset—電流設(shè)定值；Tset—延時(shí)設(shè)定值；TfMAX—從保護(hù)啟動到保護(hù)跳閘停電的最大時(shí)延；Iaver—保護(hù)啟動前的平均電流；Uk—當(dāng)前電壓采樣值；Un—正常運(yùn)行時(shí)的電壓。

檢測點(diǎn)電流值，需要用采集裝置捕捉后，經(jīng)過上述數(shù)據(jù)處理單元，通過短路檢測原理圖，檢測配電線路是否發(fā)生短路故障。當(dāng)發(fā)生短路故障之后，故障信息上傳，從而判斷線路發(fā)生的是什么類型的短路故障。

2.2 接地故障

1）主動式定位法

S注入法、中電阻法、交直流綜合投入法是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)常用的接地故障主動式定位法，以中電阻法為例，該方法是在中性點(diǎn)人工置入一個中值電阻，在線路中形成特定形式的工頻電流，在故障位置能精準(zhǔn)檢測出工頻電流。

2）被動式定位法

被動式定位接地故障，可采用阻抗法、相關(guān)法、暫態(tài)無功功率方向法等對接地故障進(jìn)行定位。例如在阻抗法中，按照線路參數(shù)單一原則，在不同條件下，故障時(shí)線路中電抗值的大小，根據(jù)正比關(guān)系預(yù)先得到的系數(shù)，預(yù)測故障點(diǎn)位置。阻抗法測算故障點(diǎn)具有投資小、操作方便等優(yōu)勢，但定位精度不足，通常用于單輻射線路的故障定位。

3 新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)故障的處置

3.1 配電網(wǎng)短路故障的一體化處置方案

1）短路故障信號分析

以10kV配電網(wǎng)為例，10kV配電網(wǎng)的跳閘保護(hù)屬于過流保護(hù)，短路故障信號從過流Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段體現(xiàn)出來。過流Ⅰ段的故障電流過大，需快速對故障段進(jìn)行隔離，可通過以下方式進(jìn)行調(diào)整：變壓器的低壓出線大電流的閉鎖重合閘定值，設(shè)置≤變壓器5倍的低壓額定容量；過流保護(hù)過程中，線路末端的電流整定必須加以躲避。若有大電流（獨(dú)立）情況發(fā)生，例如NSR612RF、CS-9611C等特殊型號保護(hù)裝置，過流Ⅰ段可按照都比線路末端的最大三相短路電流整定方式，保護(hù)故障點(diǎn)在內(nèi)的60%范圍線路，最長可達(dá)到80%。

當(dāng)配電線路中出現(xiàn)超大的負(fù)荷電流，且超過額定電流的3-8倍，可判定為過流Ⅱ段。當(dāng)過流Ⅱ段發(fā)生故障，線路全長都會受到保護(hù)，且故障段靈敏度明顯提高，其靈敏度增加11.5倍，跳閘時(shí)間與I段過流相比，會明顯高出一個級差。當(dāng)過流Ⅲ段發(fā)生故障，說明配電線路后備保護(hù)缺失，調(diào)整限荷值并進(jìn)行整定即可。

2）短路信號判斷與處理

無論是哪種類型過流保護(hù)，是否出現(xiàn)配電網(wǎng)永久性故障或斷路器重合閘異常，檢修部門必須立即排查故障線路，縮短故障點(diǎn)、故障范圍的確定時(shí)間，及時(shí)隔離故障線路，加快修復(fù)配電網(wǎng)，使其恢復(fù)正常運(yùn)行，避免影響正常供電。

短路故障檢測與處置過程中，檢修人員必須精準(zhǔn)判斷短路信號，從而準(zhǔn)確處理短路故障：（1）及時(shí)檢查開關(guān)位置與開關(guān)狀態(tài)，檢查重合閘加速動作。特殊情況下重合閘保護(hù)會正常投入，當(dāng)帶電作業(yè)、線路故障等特殊情況發(fā)生后，需要臨時(shí)解除重合閘保護(hù)，解除硬壓板是臨床解除重合閘保護(hù)的主要措施。若線路故障并跳閘，同時(shí)觀察到開關(guān)斷開、信號無出口情況，此時(shí)需同步查看保護(hù)信號與配電線路的實(shí)際情況，確認(rèn)電力系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，確保是否存在用戶停電情況。（2）當(dāng)過流Ⅰ段跳閘，初步判定配電線路全長前60%，或出現(xiàn)1km位置是故障點(diǎn)，檢查人員可從線路首端至末端全線排查，加快確定故障點(diǎn)。（3）當(dāng)過流Ⅱ段跳閘，初步斷定配電線路全長后40%，或線路后90%為故障點(diǎn)，檢查人員需從線路末端至首端全線排查，進(jìn)而確定故障點(diǎn)。（4）當(dāng)過流Ⅲ段跳閘，及時(shí)排查是否為過負(fù)荷、設(shè)備毀損、線路漂浮物等原因?qū)е碌呐潆娋W(wǎng)故障。（5）過流保護(hù)后若加速跳閘，可能原因有二，其一永久性故障，此故障出現(xiàn)在開關(guān)閘中，其二開關(guān)合閘引發(fā)的加速跳閘故障，此故障是瞬間勵磁涌流引起的。若為第一種原因，按照過流保護(hù)進(jìn)行跳閘處理，若為第二種原因，拉掉部分支線開關(guān)，分段依次送電。送電的同時(shí)監(jiān)測線路，重新對線路負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，重新調(diào)整定值［3］。

在短路故障檢測與處理過程中，需準(zhǔn)確分析影響電力系統(tǒng)配電網(wǎng)故障的判斷因素，主要因素包括：配電網(wǎng)線路沒有實(shí)測參數(shù)，定值計(jì)算都為理論值，計(jì)算結(jié)果存在偏差；配電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在較多的架空線路，線路中存在過度電阻，這會對配電網(wǎng)故障判定有較大影響。

3.2 配電網(wǎng)接地故障的處置方案

確定為電力系統(tǒng)配電網(wǎng)故障后，需借助如下一體化方案解決故障：第一，在5ms內(nèi)快速補(bǔ)償電容電流（快速高短路阻抗變壓器式消弧線圈進(jìn)行補(bǔ)償），促使接地弧光消除。第二，根據(jù)故障類型，合理選擇處置方法與隔離區(qū)域，故障類型分為瞬時(shí)性單相接地故障、非瞬時(shí)接地故障，前者無需采取隔離措施，等待故障自動解除即可，相關(guān)人員完整記錄故障處理過程。后者隱匿性較強(qiáng)，需利用主動式特征波選線技術(shù)快速查找故障，快速隔離故障線路，利用專用軟件分析相關(guān)的接地?cái)?shù)據(jù)。

1）核心技術(shù)一

故障檢測設(shè)備：以高短路阻抗變壓器消弧線圈為主要設(shè)備，型號為KD-XH，該型號的消弧線圈阻抗高，接近100%，兼具高短路、高阻抗特點(diǎn)。KD-XH型消弧線圈的一次繞組與配電網(wǎng)中性點(diǎn)相互連接，同時(shí)線圈反向并接二次繞組，兩次繞組連接后形成控制繞組，形成可靠硅短路，見圖2。

圖2 KD-XH型消弧線圈的工作原理

2）核心技術(shù)二

DDS型“小擾動法原理”快速選線系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)配電網(wǎng)接地故障處置的核心技術(shù)?！靶_動法”具有短時(shí)、便于調(diào)節(jié)、擾動范圍小等優(yōu)勢，KD-XH消弧線圈功能被“小擾動法”技術(shù)發(fā)揮到極致，促使ΔIL（補(bǔ)償電流變化量）產(chǎn)生，在此狀態(tài)下非接地線路的零序電流不發(fā)生變化，每個時(shí)間段的電流變化均為零，即：ΔIc1＝0，ΔIc2＝0，ΔIc4＝0，……，ΔIcn＝0。但接地線路的零序電流變化很大，變化量的ΔIc3與ΔIL相一致，在此狀態(tài)下能準(zhǔn)確選出接地故障線路。利用“小擾動法”原理具有可控性、動態(tài)調(diào)節(jié)性等優(yōu)勢，利用KD-XH 消弧線圈動態(tài)調(diào)節(jié)功能，可產(chǎn)生可控特征量，在動態(tài)化調(diào)節(jié)下能夠多次產(chǎn)生特征量，校核選線結(jié)果，從提升故障線路選擇與處置的準(zhǔn)確性［4］。

3）一體化處置方案的動作時(shí)序

配電線路運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)接地故障，立即使用消弧線圈進(jìn)行快速補(bǔ)償，對故障路段進(jìn)行連續(xù)無級調(diào)節(jié)，自動消除配電線路的瞬時(shí)性單相接地故障。

4）一體化處置方案的典型配置

接地故障處置的配置非常簡單，根據(jù)變電站母線數(shù)安裝消弧線圈即可，KD-XH消弧線圈從10kV與6kV的規(guī)格中選取，搭配安裝DDS 型小電流接地選線裝置，快速找到電網(wǎng)線路故障，達(dá)到消除弧光與故障的效果。這種配置部件少、無需阻尼電阻且安裝簡單，且此配置對220kV/35kV、220kV/10（6）kV、35kV/10（6）kV等配電網(wǎng)同樣適用。

4 結(jié)束語

保持配電線路正常工作，對維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定有重要的推動作用，加強(qiáng)配電線路故障的檢測與處置，對減少線路故障，維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定有重要作用。現(xiàn)階段我國的配電網(wǎng)檢測與處置技術(shù)多樣化，在日常工作中，可根據(jù)配電網(wǎng)線路的故障情況，選擇合適的處置方式，加快恢復(fù)線路通電，提高配電網(wǎng)故障的處理水平。