配电网单相接地故障隔离实现方案研究

摘要：本文主要阐述了 3 种故障隔离方式的原理及特点，通过对比得出，采用基于 FTU之间通讯的分布智能式故障处理方式能提高可靠性和快速性，适合用来处理单相接地故障。

关键词：配电网; 单相接地; 故障隔离

Abstract: this paper mainly discusses the three kinds of fault isolation method the principle and characteristics, through the contrast, the conclusion of the communication between based on FTU intelligent fault handling of distribution can improve the reliability and power, used to deal with one-phase ground fault.

Keywords: distribution network; Single-phase grounding; Failure isolation

中图分类号：V242.3文献标识码：A 文章编号：

经过几十年的发展，目前国内外配电网系统主要有 3 种故障隔离方案：（1）故障处理的就地控制方式：通过安装在馈线上的配电自动化设备相互配合实现的馈线自动化方案；（2）故障处理的远方控制方式：通过通讯网络和馈线终端单元（FTU）实现的馈线自动化方案；（3）故障处理的分布式控制方案：基于 FTU 之间通讯的分布智能式系统保护故障处理方案。

1．故障处理的就地控制方式

故障处理的就地控制方式是一种传统的馈线自动化方案，它通过在馈线上就地安装分段器和重合器等自动化设备，实现故障的定位、隔离与非故障线路的供电恢复。整个故障隔离过程比较简单，不需要通讯网络以及主站和子站系统，处理过程仅在馈线上完成，但需要与具有重合闸功能的变电站出线断路器相互配合。就地控制方式主要分为 3 种模式：（1）重合器互相配合；（2）分段器互相配合；（3）重合器与分段器配合。

1.1 重合器互相配合模式

重合器是用于配电系统的自动化开关设备，具有控制和保护功能。它可以自动检测过电流，按预先确定的重合操作顺序和时间间隔，开断短路电流，并自动重合以恢复供电。重合器用于馈线环网方案在国外已有几十年的历史，对提高供电可靠性，缩短停电时间作用显著。

图1 五重合器环网故障示意图

图1 所示为五重合器环网，R1、R3 为出线重合器，R2、R4 为中间重合器，R0为联络重合器。重合器整定为在两种条件下动作：过电流和低电压。重合器的保护特性以安——秒曲线为基础，具备反时限特性，电流超过整定值时，操作方式为：出线重合器按一次速断，两次延时速断动作，中间重合器按两次延时速断动作，联络重合器按一次延时速断动作。

当 F1 处故障时，出线重合器 R1 检测到失压，t1 时刻后分闸，中间重合器 R2 在t2（t2>t1）时刻后将减小分闸电流整定值，并闭锁重合闸，改为一次分闸后直接闭锁。

联络重合器 R0 在 t3(t3>t2)时刻后合闸，恢复非故障区域供电。

当 F2 处故障时，出线重合器 R1 因过流分闸，重合于故障后又跳开，并闭锁。中间重合器失压 t2 时刻后将电流整定值减小，并改为一次分闸后直接闭锁。联络重合器R0 失压 t3 时刻后合闸，因故障仍然存在，另一端出线重合器 R3 将快速分闸一次。由于分闸电流的整定值变小，中间重合器 R2 又分闸并闭锁，R3 再重合成功。

当 F3 处故障时，出线重合器 R1 瞬时分闸再重合，进入慢速分闸。根据分闸电流和动作时间的整定值不同，中间重合器 R2 将在出线重合器 R1 的慢速分闸之前分闸，过一段时间后重合于故障又分闸闭锁。联络重合器 R0 失压 t3 时刻后合闸，因合到故障上而慢速分闸且闭锁。F4、F5、F6 处故障处理过程与 F1、F2、F3 处过程相同，不再赘述。

从以上过程可以看出，当线路上发生故障时，通过各重合器的相互配合可以自动隔离故障。但是重合器的配合比较复杂，当配电网结构较复杂，馈线较多时，重合器的最小动作电流相互配合十分困难，有时不能保证选择性。

1.2 分段器互相配合模式

分段器是一种与前级开关设备相配合，在无电压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。分段器具有切断负荷电流和关合短路电流、负荷电流的能力，但不能开断短路电流。其造价比重合器低，不存在保护配合问题，故而广泛应用于配电线路，与重合器配合实现馈线自动化功能。

当发生永久故障时，分段器在预定的分合操作后闭锁于分闸状态而隔离故障区段，再由重合器或断路器恢复对非故障区域的供电。从动作原理上一般分为电压——时间型和过流脉冲计数型。

电压——时间型分段器是凭借加压或失压的时间长短来控制其动作的，失压后分闸或闭锁，加压后合闸。电压——时间型分段器与重合器配合组成的典型环网结构与单纯用重合器组成的环网区别只是将重合器 R1-R4 换为常闭型分段器 S1-S4，R0 换为常开型分段器。

假设 F2 处发生永久性故障，QF1 先分闸，S1、S2 因失压而分闸，QF1 第一次重合，S1 上电延时后合闸，因为故障仍然存在，QF1 再次跳闸，S1 再次检测到失压，于是 S1 分闸闭锁，隔离故障。QF1 再重合，恢复 QF1-S1 之间线路供电。同时，S0检测到失压后延时指定的时间合闸，因故障仍存在，QF2 分闸，导致 S3、S4、S2 都因失压而分闸。随后 QF2 重合，S3、S4 依次上电合闸，S0 重合，S2 延时合闸后又检测到故障存在再次分闸闭锁，隔离故障。

电压——时间型分段器在故障后按时限顺序依次送电，因此非故障线路的供电恢复时间很长，一侧线路故障将引起另一侧线路上所有开关分闸，扩大了故障处理的区域。又因为分段器需要一个上电延时合闸并判断的过程，合闸到故障上还会对线路产生短路冲击。

过流脉冲计数型分段器，这种分段器能够“记忆”上一级开关设备开断故障电流的动作次数。当分段器累计计数到设定的次数后，必须在由于上一级开关设备短时分闸而分段器无电流的这段时间间隔内才能分闸，完成故障区段隔离。如果故障是瞬时的或者未达到预定记忆次数，分段器在正常工作一段时间后会自动复位，为下一次故障的到来做好准备。

对图1 所示环网，设分段器 S0-S4 为过流脉冲计数型分段器，记忆次数为两次。当 F1 处发生永久性故障时，QF1 先分闸切断短路电流，S1 记忆第一次短路电流，QF1延时后第一次重合，因为是永久性故障，所以 QF1 再次检测到短路电流而分闸，S1记忆第二次短路电流，因为 S1 设定的记忆次数为 2 次，所以分闸闭锁。当 QF1 再次进行第二次重合后，恢复 QF1-S1 段的供电。S2 同样通过记忆两次短路电流而分闸闭锁，完成将 F1 处故障隔离。S0-S2 段的恢复供电通过 S0 联络开关的失电自动合闸完成。

过流计数型分段器对串联安装的台数有限制，因下一级的分段器预整定次数需要比上一级少一次，所以下一级线路少了一次对瞬时故障的重合次数，降低了供电可靠性，而上一级线路比下一级多一次短路电流冲击。