EPTC智庫專家
劉健
劉健，陝西電力科學研究院副院長，教授、博士、博士生導師，新世紀百千萬人才工程國家級人選，長期從事配電網領域科研與工程實踐，獲得國家和省部級科學技術獎 17 項，著有《簡單配電網》、《配電網單相接地故障處理》、《配電網繼電保護》、《複雜配電網簡化分析與最佳化》等專著，發表論文 200 餘篇，擔任《電力系統自動化》、《電網技術》、《電力自動化裝置》、《電力系統保護與控制》、《電測與儀表》和《供用電》編委。
超過85%的故障停電是由於配電網故障造成的。因此，配電網故障自動處理對於提高供電可靠性具有重要意義。配電網的故障型別包括相間短路故障、單相接地故障和斷線故障。配電網故障自動處理的手段可以分為就地智慧、分佈智慧和集中智慧。各種故障自動處理技術各有特點，在實際應用中需根據需要科學選用和綜合運用。
各種故障的處理過程
相間故障的處理過程包括：故障切除、故障性質判別（永久性故障/瞬時性故障）、故障定位、故障隔離、健全區域恢復供電、故障修復和返回正常執行方式7個環節。
單相接地故障的處理過程包括：熄滅電弧、故障性質判別（永久性故障/瞬時性故障）、故障定位、故障隔離、健全區域恢復供電、故障修復和返回正常執行方式7個環節。
斷線故障的處理過程包括：故障性質判別（是否伴隨接地）、熄滅電弧（如果伴隨接地的話）、斷線定位、故障修復和返回正常執行方式5個環節。
在上述故障處理環節中，除了故障修復環節必須人工進行外，其餘各個環節均可透過各種自動化手段提高效率。
故障自動處理技術
常用的配電網故障自動處理技術可以分為就地智慧、分佈智慧和集中智慧三類。
就地智慧故障自動處理技術不需要藉助通訊也不需要配電自動化主站參與，只需採集本地資訊並控制本地執行機構即可完成故障處理，常用技術包括：繼電保護、自動重合閘和備自投。
分佈智慧故障自動處理技術不需要配電自動化主站參與即可完成故障處理，又可以分為無通道分佈智慧故障自動處理技術和有通道分佈智慧故障自動處理技術兩類，前者不需要藉助通訊手段就可以完成故障處理，常用技術包括：電壓時間型饋線自動化技術和合閘速斷型饋線自動化技術；後者需要藉助通訊手段才能完成故障處理，典型技術是鄰域互動快速保護技術。
集中智慧故障自動處理技術需要藉助通訊手段將各個配電終端採集的故障資訊傳送到配電自動化主站，基於這些資訊採用集中智慧進行故障處理。按照所採用配電終端是“三遙”型（具備遙控、遙測、遙信功能）、“兩遙”型（只具備遙測、遙信功能）還是故障指示器（只具備故障資訊上報功能）的差異，又可以分為全“三遙”型（全部採用三遙終端）、“三遙”與“兩遙”混合型（混合採用“三遙”型終端、“兩遙”終端和故障指示器）和“兩遙”型（只採用“兩遙”終端和故障指示器）三種。
若採用 “兩遙”配電終端或可上傳故障資訊的故障指示器，一般不需要改造開關，通訊通道可採用無線公網，建設費用低，雖然只能定位故障區域而不能自動隔離故障和恢復健全區域供電，需要人工到現場進行操作，但是它大大縮短了人工查詢故障位置所需要的時間，而在一些情況下，故障查詢時間的縮短已經能夠非常有效地提高供電可靠性。
相間短路故障自動處理
故障切除環節一般由繼電保護動作驅動某個斷路器跳閘實現，保護動作跳閘也被用作集中智慧故障自動處理的啟動條件。但是，由於繼電保護可配合的級數有限，僅可以粗略隔離和定位故障區域（對於許多應用場景而言，這已經足以顯著減少停電戶時數和提高供電可用率了）。繼電保護可以使故障上游區域繼續供電，但無法恢復故障下游健全區域供電。
自動重合閘雖然不具備故障定位與隔離功能，但是它可以在瞬時故障情況下迅速恢復全部或部分饋線段供電。
備自投不具備故障定位與隔離功能，但是在主供電源因故障而失去供電能力時，它可以快速切換從而迅速恢復雙電源使用者供電。
分佈智慧故障自動處理技術具有故障性質判別（永久性故障/瞬時性故障）、故障定位、故障隔離、健全區域恢復供電功能，但是供電恢復方案一般只能按照事先預製的方案進行。
集中智慧故障自動處理技術可以實現故障性質判別、故障更精細的定位、故障隔離、健全區域最佳化恢復供電、返回正常執行方式功能，供電恢復方案可以根據故障時的負荷分佈形成最佳化的方案進行，並且返回正常執行方式功能只有藉助集中智慧故障自動處理技術才可以實現。
各種故障自動處理技術對於相間短路故障處理的貢獻如表1所示。
▲表1 各種故障自動處理技術對於相間短路故障處理的貢獻
單相接地故障自動處理
對於中性點經小電阻接地的配電系統，故障自動處理技術與相間短路時的故障自動處理類似。比如：小電阻接地的變電站一般配置零序電流保護，單相接地時跳閘切除故障，也實現熄弧和單相接地選線。故障性質判別（永久性故障/瞬時性故障）需配置自動重合閘控制實現。若沿線零序電流保護的延時時間採用階梯配置方式，則可以實現單相接地定位和選段跳閘功能，但是也只能恢復單相接地位置上游供電，而不能恢復下游健全區域供電。分佈智慧和集中智慧故障處理技術所發揮的作用也與相間短路時類似。
對於中性點非有效接地的情形（中性點經消弧線圈接地或不接地），單相接地時流過接地點的電流小，電弧破壞力也小，如果能及時可靠地熄滅電弧，則可僅僅呈現瞬時性故障而不會發展成永久性故障。因此，及時可靠地熄滅電弧至關重要。
消弧線圈是一種重要的熄弧裝置，大多數情況下，它能有效熄弧，但是隨著含逆變器分散式電源和用電裝置的電力電子化，一些電弧難於靠消弧線圈熄滅，因為接地電流中包含了高頻電流和阻性電流，而消弧線圈的補償容量是根據工頻電容電流設定的。儘管如此，由於對零序電流中的工頻電容電流進行了有效補償，消弧線圈仍能有效降低電容電流水平從而大幅度減輕其破壞力。
若消弧線圈未能將電弧熄滅，則需要採取其他熄弧措施。零序電流保護和選線裝置動作跳閘可以熄滅電弧，但是以造成使用者停電為代價的。故障相接地型主動干預消弧裝置和接地電流全補償裝置也能有效熄弧，且不需要跳閘，從而不影響使用者正常用電。
安裝於變電站的單相接地選線裝置，具有單相接地選線功能。原本為解決相間短路故障自動處理問題開發的就地智慧饋線自動化技術，稍加擴充套件就能實現單相接地故障定位、故障隔離、健全區域恢復供電功能。集中智慧故障自動處理技術也可以實現單相接地故障定位、故障隔離、健全區域恢復供電功能，此外，還可實現返回正常執行方式功能。
斷線故障自動處理
貌似簡單的斷線故障其實並不容易處理，因為配電網中的斷線故障有單相斷線不接地、單相斷線下游（負荷側）接地、單相斷線上遊（電源側）接地、單相斷線兩側都接地等多種形態。
斷線後電流和電壓都會表現出一些特徵。但是依據電流特徵的原理會遇到更多的困難，比如對於基於負序電流的方法，負序電流的大小受故障前系統負荷電流的影響，線上路輕載時靈敏度較差，並且負序電流也並非只存在於斷線情形；比如對於基於相電流的方法，不僅線上路輕載時靈敏度較差，而且在存在兩側接地的斷線故障中，斷線相下游的電流未必會很小。
依據電壓特徵的原理更加具有可操作性，但是在應用中也存在下列問題需要加以把握：
（1）對於兩側均不接地或均高阻接地的情形，利用中壓側線電壓和配電變壓器低壓側電壓的特徵都能準確地定位斷線區域。利用中壓側線電壓特徵可以將斷線位置確定在相鄰兩臺配置了配電終端單元（FTU或DTU）的開關之間，利用配電變壓器低壓側電壓特徵可以將斷線位置確定在相鄰兩臺配置了配變監測單元（TTU）的配電變壓器之間，而且所依賴的電壓監測資訊都是穩態量，並且特徵非常明顯，很容易實現。
（2）對於兩側存在接地的情形，斷線位置上游的中壓側線電壓特徵和配電變壓器低壓側電壓特徵與斷線不接地的情形相同，但是斷線點下游的中壓側線電壓特徵和配電變壓器低壓側電壓特徵可能會有所削弱，削弱的程度與斷線下游接地電阻相對負荷等效阻抗的大小、以電源側中性點電壓偏移有關，在兩側接地電阻都很小的極端情況下，可能會造成難以判斷。
所幸當接地電阻較小時，在消弧線圈補償到位的情況下，大多數單相接地故障地定位技術都能可靠啟動並得出滿意的結果，對基於電壓特徵的斷線故障處理起到了非常重要的補充；另一方面看，斷線高阻接地又是單相接地故障處理技術面臨的嚴峻挑戰，一味追求單相接地故障處理技術的抗過渡電阻能力會遇到極大的困難，而對於基於電壓特徵的斷線故障處理技術，高接地過渡電阻卻更加有利，因此，基於電壓特徵的斷線故障處理技術也是對單相接地故障處理技術的重要補充。
各種故障自動處理技術的綜合應用
由於包括繼電保護、自動重合閘和備自投在內的就地智慧故障處理技術最簡單、最迅速、最便宜且不依賴通訊，因此在解決配電網故障自動處理問題時，應當作為首選。
對於一些規模較小的電力公司，或對於一些對供電可靠性要求不高的區域，全面採用就地智慧故障處理技術可能已經能解決絕大部分甚至全部與故障處理相關的問題了。
即使對於規模較大的電力公司，或對於一些對供電可靠性要求較高的區域，故障自動處理技術的應用也宜分階段逐步開展，全面採用就地智慧故障處理技術也適合於作為第一階段的建設內容。
筆者反覆用到了“全面”兩個字，是想強調一項基本技術的全覆蓋遠比一項先進技術僅在小範圍內示範應用的作用更加重大。提倡每當採用一項技術時，就基於可組織到的費用盡量將其覆蓋到全網，但是費用不夠時可以分階段實施，第一階段不必追求完美（至少每條饋線具有一個自動化終端即可），然後邊應用邊補充配置，逐步完善。
在僅僅採用就地智慧故障處理技術不能滿足預定的目標要求的情況下，需要綜合運用包括就地智慧、分佈智慧以及集中智慧在內的各種故障自動處理技術解決問題，但是應本著簡單、可靠、實用的原則，建設規模夠用即可，注意避免維護工作量過大的問題，不可過度建設，更不可為了自動化而自動化，堅決要克服好大喜功的浮躁思想。
無論就地智慧、分佈智慧還是集中智慧故障自動處理技術，自動化裝置都可以配置通訊模組成為配電自動化終端，與配電自動化主站進行資料互動。
在實際應用中，斷線故障自動處理與單相接地故障自動處理應相互取長補短和聯合應用。
文章來源於《輸配電觀察》
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