無信道饋線故障處理技術

0、引言

　　饋線自動化是配電自動化的基礎環節之一。在解決變電站綜合自動化問題之后，如何進而解決饋線自動化問題，已成為當前我國城網及農網改造、進一步完善配網自動化系統需要解決的一個技術問題。而饋電線路的故障處理技術又是當前饋線自動化的基本內容。

　　1、饋線自動化方案

　　1.1采用重合器、分段器、重合分段器方式
　　這是早期比較普遍的方案，在無通信信道的情況下，可實現故障的自動隔離和恢復非故障區段的供電。此類方案存在一些較明顯的不足：
　　a.變電站出線保護未考慮與線路分段開關之間的配合與協調；
　　b.已有重合器、重合分段器、智能開關的現有功能不支持信道問題解決后需具備的SCADA功能及高層在線和離線管理功能；
　　c.故障處理及供電恢復速度太慢，對系統及用戶沖擊大；
　　d.需要改變變電站速斷保護定值及重合閘次數，增加了出線保護的動作次數，不利于設備的安全運行；
　　e.同一線路上、下級重合器的動作缺乏選擇性。

　　1.2負荷開關+通信+饋線自動化控制器方式
　　主要采用負荷開關，配置相應的饋線自動化控制器（FTU）和必要的通信設施。控制器采集故障信息發送至基地站或配調監控中心，然后由基地站或監控中心分析判斷，提示故障隔離點及負荷轉供的方案，實現故障的自動隔離和恢復非故障區域的供電。
　　在無信道的情況下，變電站或二級主站與線路上分段開關及各分段開關之間無任何信息交換，只能采用當地控制通過逐段重合的方法來確定并隔離故障線段。故障線段與非故障線段的重要區別在于當重合于故障線段時會立即出現故障電氣量，而重合于非故障線段時不會立即出現故障電氣量，需等到后續故障段開關重合時，才出現故障電氣量。因此可利用重合后出現故障電氣量的時間差異來可靠地識別并隔離故障線段。

　　2、分段/環網開關采用斷路器時故障處理

　　2.1變電站出線保護及分段開關監控裝置功能配置
　　a.變電站出線保護及監控裝置的功能配置：三段式電流保護，作為故障處理僅需定時限電流保護；失壓保護；過電壓保護，僅在重合閘動作后的故障識別期內短暫投入，其余時間閉鎖；三相一次重合閘，重合后短時開放電流后加速；單相接地時檢測零序電流并上報主站。
　　b.分段/環網開關監控裝置功能配置：過電流速跳，僅在開關重合后的故障識別期內短時投入，其余時間閉鎖，過電流跳閘后閉鎖重合功能，需人工復歸解除閉鎖；失壓控制，開關兩側失壓延時跳閘；電壓控制，開關一側電壓恢復，一側無壓延時重合；過電壓+低壓速斷，僅在開關重合后故障識別期內短時投入，其余時間閉鎖，跳閘后閉鎖重合，需人工復歸解除閉鎖。

　　2.2相間故障處理過程
　　假定饋線采用手拉手環網結構，如圖1所示。

　　2.2.1暫時性故障
　　由變電站出線時限電流保護動作跳閘，故障線路失壓；失壓線路各分段開關在出線重合之前全部分閘，故障點絕緣恢復；然后出線開關重合成功，各分段開關順序重合。在環網開關重合之前，失壓線段已全部恢復正常供電，環網開關不再重合。為了使暫時性故障消除后，不改變線路的運行方式，環網開關的重合時間虛大于變電站出線保護動作時間、重合閘時間和各分段開關重合時間之和。
　　2.2.2永久性故障
　　首先由變電站出線開關CB時限電流保護跳閘，線路失壓，失壓線路分段開關全部分閘；然后出線開關CB重合，并短時開放重合閘后加速；分段開關FD逐段順序重合，開關重合的同時進行故障識別，以判定是否重合于故障線段。然后通過變電站出線保護及自動裝置的協調配合隔離故障線段，恢復非故障線路的供電。變電站出線保護根據重合閘重合到再次出現故障電流的時間即可判斷故障線段，并上發變電站或上級主站。
　　由上可見，當分段/環網開關采用斷路器時，對于瞬時性故障及重合閘動作之前出現的故障電流不能瞬時切除，而對于重合閘動作后出現的故障電流可以瞬時切除。主供側變電站出線開關只需一次重合就能恢復健全線段的正常供電。備供側在恢復開環點對側非故障線段供電的過程中，不需跳閘和重合。因此供電恢復速度快，對系統及用戶沖擊最小。

　　2.3單相接地故障處理過程
　　中心點絕緣或小電流接地系統單相接地故障的處理分2步完成。第1步：由變電站絕緣監視及選線功能完成接地報警和選線，指出故障線路。當系統發生單相接地時，3U0將突然增大而發出報警。這時，變電站采集系統內各條線路的3I0，并進行比較，其中3I0最大的線路就是單相接地故障線路，也可根據3I0的方向識別故障線路。如配有小電流接地定位裝置，可以較正確地指示接地相線路。第2步：從主供側人工跳開接地線路，各分段開關因失壓而全部分閘。如果為暫時性故障，則在出線開關拉閘，失壓線段的FD分閘，然后人工合閘出線開關CB，之后分段開關FD逐段重合。在環網開關重合之前，兩側電壓己正常，因而故障消除后運行方式不變。如果為永久性故障，在重合后的故障識別期內，重合到故障的FD或HW檢測到線路健全相對地電壓升高（√3倍）、接地相電壓低于定值而立即跳閘，并閉鎖不再重合，隔離故障線段。

　　3、分段/環網開關采用負荷開關時故障處理

　　3.1變電站出線保護及分段/環網開關監控裝置功能配置
　　a.變電站出線保護監控裝置功能配置：三段式電流保護，作為故障處理僅需電流速斷保護；失壓保護；過電壓保護，僅在重合閘后的故障檢測期內短時投入，其余時間閉鎖；三相二次重合閘，二次重合時間可分別整定，在第1次重合后的故障識別期內，如出現過電壓，則立即跳閘，并閉鎖重合閘，不再進行第2次重合。
　　b.分段/環網開關監控裝置功能配置：雙側失壓分閘；一側電壓恢復，一側無壓自動重合；重合后的故障識別期內如出現過流，則必須在再次失壓后分閘，并閉鎖不再重合，需人工解除閉鎖；重合后的故障識別期內，如無過流、過壓，則在再次失壓后閉鎖分閘，閉鎖時間可以整定；重合后的故障識別期內，如出現過壓，而無過流，則立即分閘，并閉鎖不再重合。

　　3.2故障處理過程
　　對于暫時性相間故障的處理過程與采用斷路器的情況相同。對相間永久性故障的處理過程因負荷開關允許重合與故障但不能切斷故障電流，必須在線路失壓情況下隔離故障線段。
　　3.2.1相間永久性故障
　　相間永久性故障的處理過程如圖2所示。
　　當分段/環網開關采用負荷開關時，主供側的變電站出線開關需二次跳閘、二次重合；備供側變電站出線開關需跳閘一次，重合一次。無論是暫時性還是永久性故障，變電站出線開關都能瞬時切除故障電流。
　　變電站出線保護根據重合閘第1次重合到再次出現故障電流的間隔時間，即可判定故障線段，并且上報主站。
　　3.2.2單相接地障
　　暫時性故障的處理過程與分段開關采用斷路器的情況完全相同。對永久性故障，由重合于故障線段的FD立即分閘，將故障隔離。如果在重合后的故障識別期，同時檢測到過壓的過流，則按處理相間故障的方式，將故障線路隔離，防止負荷開關切斷故障電流，導致事故擴大的嚴重后果。

　　4、結論

　　本文提出的無信道饋線故障處理技術，實施簡單、一次投資少，與典型的重合器方式相比，處理速度快，對系統及用戶的沖擊小。它不但能處理相間故障，而且能處理單相接地故障，除瞬時性故障不能定位外，各類永久性故障都能由變電站出線保護監控裝置判定故障線段。本方案已在浙江省紹興市用電管理所投入運行，進行試點。待解決了信道問題后，就可實現SCADA功能，無需重復投資改造FTU及分段開關。