配電網自動化故障區段定位技術的研究進展論文

摘 要：總結當前配電自動化系統中故障區段定位的三種主要模式，深入比較配電自動化中故障區段定位三種模式的優點和缺陷，綜述目前配電網故障區段定位方法的現狀和進展。

關鍵詞：配電網自動化；故障區段定位技術；模式；特徵；研究進展

　　一、當前配電自動化系統中故障區段定位的主要模式

在配電自動化系統中，故障區段定位是核心內容。其主要作用是：當線路發生故障時，在最短時間內自動判斷並切除故障所在的區段，恢復對非故障區段的供電，從而儘量減少故障影響的停電範圍和停電時間。選擇科學合理的故障區段定位模式，大大提高配電自動化系統的性能價格比及對供電可靠性的改善程度。當前的配電自動化故障區段定位手段主要是有信道模式、無信道模式以及兩者相結合的混合模式三種。

（一）有信道的故障區段定位模式

有信道的故障區段定位模式是指在故障發生後，依靠各分段開關處具有通信功能的柱上開關控制器FTU（Feeder Terminal Unit，饋線終端單元）之間或FTU同配電主/子站之間通過通信設備交換故障信息，判斷故障區段位置。這種模式包括基於主/子站監控的集中（遠方）判斷方式和基於饋線差動保護原理的分散（就地）判斷模式。基於主/子站的集中判斷方式是以配電自動化監控主站/子站為核心，依靠通信實現整個監控區域內的數據採集與控制。基於饋線差動保護原理的分散判斷方式是當故障發生時，各保護開關上的FTU利用高速通信網絡同相鄰開關上的FTU交換是否過流的信息，從而實現故障的自動判斷與隔離。

（二）無信道的故障區段定位模式

無信道的故障區段定位模式是通過線路始端的重合器同線路上的分段開關的配合，就地自主完成故障定位和隔離功能，它包括重合器同過流脈衝計數型分段開關配合、重合器同電壓時間型分段開關配合以及重合器間配合等實現方式。重合器同過流脈衝計數型分段開關配合的方式：過流脈衝計數型分段器不能開斷短路電流，但能夠在一定時間內記憶重合器備開斷故障電流動作次數。重合器同電壓時間型分段開關配合的方式：故障時線路出口處的重合器跳閘，隨後沿線分段器因失壓分閘，經延時後重合器第一次重合，沿線分段器依次順序自動加壓合閘，當合閘到故障點所在區段時，引起重合器和分段器第二輪跳閘，並將與故障區段相連的分段器閉鎖在分閘位置，再經延時後重合器及其餘分段器第二次重合就可以恢復健全區段供電的目的。重合器配合的方式：重合器方式延續了配電網電流保護的原理，自線路末端至線路始端逐級增加啟動電流和延時的整定值，實現逐級保護的功能。

（三）有信道集中控制與無信道就地控制相結合的混合模式

有信道集中控制與無信道就地控制相結合的混合模式是結合前面兩種模式的特點，對於以環網為主的城市配電網，當系統通信正常時，以集中判斷方式為主，當通信異常時，可以在配電終端就地控制；對於農電縣級配電網，一次網絡既有環網供電，更多的是輻射型供電方式，因此放射形網絡的故障定位選用無信道的就地判斷方式，環路網絡採用集中判斷方式。

　　二、目前配電自動化中故障區段定位手段的特徵比較

基於有信道故障區段定位模式的配電自動化系統由於採用先進的計算機技術和通信技術，正常情況下可以實時監控饋線運行情況，實現遙信、遙測、遙控功能及平衡負荷；故障情況下可以綜合全局信息，快速完成故障的志別、隔離、負荷轉移和網絡重構，避免了出線開關多次重合對系統的影響，適用於配電網絡結構複雜、負荷密集地區的配電管理系統。但它的缺點是故障的判斷和隔離完全依賴通信手段，對通信速率和可靠性要求高，需投入資金較多；通信設備或主站任何一個環節出現問題都有可能導致故障緊急處理的全面癱瘓。

無信道的故障區段定位模式將故障處理下放到設備層自動完成，根本上消除了通信設備可靠性環節對定位功能的影響，具有原理簡單，功能獨立，封裝性好的特點，並且投資比有信道的方式少。重合器同分段開關配合方式的缺陷在於判斷故障所需的重合閘次數較多，故障產生的位置距離電源越遠，重合閘次數和故障判斷時間很長，難以達到饋線保護功能對故障處理快速性的要求；重合器配合的方式通過各開關動作參數整定配合判斷並切除故障，無需出線重合器的`多次重合閘，但由於配電網存在線路短，故障電流差別不大的特點，容易引起故障時的越級跳閘；並且越靠近出線側的重合器故障後延時分閘時間很長，不符合故障處理快速性的要求。

有信道和無信道混合模式結合了兩者的優點，可以根據地區配電網的時間情況進行有效組合；但它的缺點是存在着控制實現困難、結構複雜的問題，並且不經濟。配電自動化系統中，無信道的故障區段定位模式由於減少了通信環節，在故障處理的可靠性和經濟性方面都要優於有信道的模式；但故障區段定位過程需要多次投切開關的缺點限制了它進一步提高供電可靠性的能力。

　　三、基於暫態保護的配電網故障區段定位方法研究進展

目前配電自動化系統所採用的故障區段定位方法延續了電力系統繼電保護中電流保護的核心理念，其構成原理建立在檢測故障前後工頻或接近工頻的穩態電壓、電流、功率方向、阻抗等電氣量的基礎上，此領域的研究工作也是圍繞着如何提高這種原理的性能展開的。實際上，由於輸電線路具有分佈參數的特性，當電網發生短路故障時，線路在故障的初始時刻一般都伴隨着大量的暫態信號，故障後的初始電弧以及在電弧最終熄滅前的反覆短暫熄滅和重燃會在線路上產生較寬頻帶的高頻暫態信號；行波由色散產生的頻率較集中的高頻信號發生偏移和頻率分散，會產生頻帶較寬的高頻信號。這些在故障過程中產生的暫態高頻電流電壓信號含有比工頻信號更豐富的故障信息，如故障發生的時刻、地點、方向、類型、程度等。但由於故障暫態信號具有頻帶寬，信號幅度較工頻微弱，且持續時間短的特點，受信號提取和分析手段的限制，在傳統的保護方法裏被當做高頻噪聲濾除掉。但是，隨着信號提取及分析技術的快速發展，基於暫態保護原理的故障處理技術越來越受到人們的重視。

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