智能配電雙環(huán)網(wǎng)供電模式中的故障分析與處理

薛斌，梁茜，張萍

（1.西北電網(wǎng)有限公司，陜西西安 710048；2.西安供電局，陜西西安 710032）

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)的可靠性問題滲透到電力系統(tǒng)規(guī)劃、設計、運行、管理的各個方面，供電可靠性在生產(chǎn)管理中占的比重越來越大[1]。用電負荷需求呈明顯上升態(tài)勢，對供電容量和供電可靠性的要求也逐漸增高，越來越多的用戶要求有兩路或兩路以上的供電電源，以保證其供電可靠性和穩(wěn)定性。智能配電網(wǎng)的提出正是基于對這方面的考慮，須具有故障定位與隔離的功能，這項功能對減少停電時間意義重大[2]。

1 常見供電模式分析

1.1 樹干型供電模式

原有的10 kV中壓系統(tǒng)供電模式大多數(shù)采用樹干式。這種模式最大的優(yōu)點就是節(jié)省投資，其一般多在架空線路中使用。架空線和室外變壓器受溫度和氣候影響較大，多種惡劣天氣都易導致設備故障；而且其沒有任何備用，如果線路中出現(xiàn)故障，會導致長時間大面積停電，供電可靠性較低。因此在許多大中城市中，這種接線模式正逐步被淘汰[3]。

1.2 單環(huán)網(wǎng)供電模式

單環(huán)網(wǎng)供電模式多在電纜回路中使用，一路電源從變電站出來，沿最近路徑連接負荷中心的若干個室外箱變，再與另一個電源環(huán)網(wǎng)。正常情況下兩電源開環(huán)運行，一側電纜出現(xiàn)故障時，切除故障段電纜，其余部分繼續(xù)供電。此種接線方法可采用室外箱式變壓器，減少電力電纜的用量，投資較少。但由于電纜故障的查找需要較長的時間，且變壓器及低壓系統(tǒng)無備用，一旦出現(xiàn)事故，將造成較長時間和較大面積的停電，因此不宜適用于對供電可靠性要求高的用戶[3]。

1.3 雙環(huán)網(wǎng)供電模式

在10 kV雙環(huán)網(wǎng)供電模式中，正常情況下2座變壓器分別接在2個不同的電源點，且各帶一部分負荷。當一路電源或一臺變壓器出現(xiàn)故障或檢修時，可保障用戶的不間斷供電（有自投裝置時，停電時間僅為幾秒鐘）。此模式可解決單環(huán)網(wǎng)供電模式中因設備故障造成的較大面積較長時間的停電問題，提高供電可靠性[3]。

2 配電雙環(huán)網(wǎng)供電模式

在多種環(huán)網(wǎng)供電模式中，雙環(huán)網(wǎng)供電模式是運行可靠性較高的模式。電網(wǎng)雙環(huán)網(wǎng)供電后，網(wǎng)架更加完善，電網(wǎng)的布局更趨科學合理，調(diào)度更加靈活，安全運行的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量得到了進一步提高，非常適用于對供電可靠性要求高、不允許停電的重要用戶。但是，這種供電模式也是一種接線較為復雜的模式，其發(fā)生故障時的現(xiàn)象也與其他模式不同。因此，結合雙環(huán)網(wǎng)供電模式的特點，研究雙環(huán)網(wǎng)供電模式中的故障處理方案，得出配電雙環(huán)網(wǎng)供電模式中的各種故障類型，分析如何準確定位、隔離以及解決故障，縮短事故分析判斷時間成為了一個重要問題。

3 標準雙環(huán)網(wǎng)供電模型分析

在標準配電雙環(huán)網(wǎng)供電的模型中，建立6座10 kV開閉所，每個開閉所設4條進線，由2座110 kV變電站供電。該配電網(wǎng)的6座開閉所中，1號、2號、3號開閉所由甲變電站主供，乙變電站作為備用電源；4號、5號、6號開閉所由乙變電站主供，甲變電站作為備用電源。每座開閉所內(nèi)部均采用兩段母線獨立運行，A1~A12為I段進線負荷開關，B1~B12為II段進線負荷開關，雙環(huán)網(wǎng)的開環(huán)點在聯(lián)絡開關A7、B7處。每個開閉所全部進、出線均不帶保護裝置，加裝熔斷器和測控裝置。

該配電網(wǎng)的雙電源環(huán)網(wǎng)接線模式如圖1所示。當某一電源失電（如線路故障或檢修時），將失電線路快速切換到另一線路，從而實現(xiàn)負荷轉供。圖中，開關顏色綠色表示斷開，紅色表示運行；測控裝置黃色表示正常，綠色表示告警。

圖1 雙電源環(huán)網(wǎng)接線圖Fig.1 Wiring layout of double power supply loop network

4 雙環(huán)網(wǎng)供電模式中的故障分析

在電力系統(tǒng)的運行過程中，時常會發(fā)生故障，其中大多數(shù)為短路故障（簡稱短路）。所謂短路，是指電力系統(tǒng)正常運行情況以外的相與相之間或相與地（或中性線）之間的連接。三項系統(tǒng)中短路的基本類型有三相短路、單相短路、單相接地短路、雙相接地短路這幾種[4]。在我國35 kV及以下系統(tǒng)中，采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。在正常運行時，相與相或相與地之間是絕緣的。本文以三相短路為例進行分析。

短路故障對電力系統(tǒng)的正常運行和電氣設備有很大危害。在發(fā)生三相短路時，由于電源供電回路的阻抗減小以及突然短路時的暫態(tài)過程，使回路的短路電流值大大增加，可能超過該回路的額定電流許多倍。短路還會引起電網(wǎng)中電壓降低，特別是靠近短路點處的電壓下降最多，結果可能使部分用戶的供電受到破壞[5]。為減少短路故障對電力系統(tǒng)的危害，最主要的措施就是迅速將發(fā)生短路的部分與系統(tǒng)其他部分隔離，保障非故障區(qū)域的供電安全[6]。

本文在上述圖1所示的雙電源環(huán)網(wǎng)接線模型基礎上，研究在發(fā)生三相短路情況下回路中可能產(chǎn)生的各種故障現(xiàn)象，結合回路中保護動作現(xiàn)象和測控裝置告警信息，判斷故障區(qū)域，給出相應的故障處理方案。

4.1 變電站出線故障處理方案

當回路中發(fā)生三相短路故障，突然短路時所產(chǎn)生的暫態(tài)過程，會使回路中的短路電流大大增加，產(chǎn)生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；4號、5號、6號3個開閉所所有進、出線測控裝置均無告警，由此現(xiàn)象可判斷，故障發(fā)生在乙變電站II段出線處，見圖2。

圖2 變電站出線故障圖Fig.2 Fault graph on the output line of substation

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B12進線負荷開關，將故障區(qū)域隔離后，再合上聯(lián)絡開關B7，轉由甲變電站的對4號、5號、6號3個開閉所供電，如圖3所示。

圖3 變電站出線故障隔離后運行圖Fig.3 Operation graph after the fault isolation on the outline of substation

4.2 開閉所母線故障處理方案

當回路中發(fā)生三相短路故障，電源供電回路的阻抗減小，回路的短路電流值大大增加，產(chǎn)生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10進線開關測控裝置發(fā)生告警，但B9、B8、B7進線和所有出線開關測控裝置未發(fā)生告警。由此現(xiàn)象可判斷故障發(fā)生在5號開閉所II段母線處，見圖4。

圖4 開閉所母線故障圖Fig.4 Fault graph on the bus-bar of power station

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B10和B9進線負荷開關，將故障區(qū)域隔離。合上聯(lián)絡開關B7，由甲變電站對4號開閉所供電。合上乙變電站II段出線開關，對6號開閉所供電，見圖5。

圖5 開閉所母線故障隔離后運行圖Fig.5 Operation graph after the fault isolation on the bus-bar of switch stations

4.3 開閉所間線路故障處理方案

回路中發(fā)生三相短路故障，產(chǎn)生故障電流，致使乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電，B12、B11、B10、B9進線開關測控裝置發(fā)生告警，但B8、B7進線開關和所有出線測控裝置未發(fā)生告警，由此現(xiàn)象可判斷故障發(fā)生在4號開閉所與5號開閉所之間的聯(lián)絡線處，見圖6。

圖6 開閉所間線路故障圖Fig.6 Fault graph on the connecting line between switch stations

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B9和 B8進線負荷開關，將故障區(qū)域隔離。合上聯(lián)絡開關B7，由甲變電站對4號開閉所供電。合上乙變電站II段出線開關，對5號和6號開閉所供電，見圖7。

4.4 供電線路末端故障處理方案

回路中發(fā)生三相短路故障，電源供電回路的阻抗減小，回路的短路電流值大大增加，產(chǎn)生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10、B9、B8進線開關測控裝置發(fā)生告警，但B7進線和所有出線開關測控裝置未發(fā)生告警。由此現(xiàn)象可判斷故障發(fā)生在4號開閉所II段母線處，見圖8。

圖7 開閉所間線路故障隔離后運行圖Fig.7 Operation graph after the fault isolation on the connecting line between switch stations

圖8 供電線路末端故障圖Fig.8 fault graph at the terminal of power line

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開B8進線負荷開關，將故障區(qū)域隔離。合上乙變電站II段出線開關，對5號和6號開閉所供電，見圖9。

圖9 供電線路末端故障隔離后運行圖Fig.9 Operation graph after the fault isolation at the terminal of power line

4.5 某一出線用戶故障處理方案

回路中發(fā)生三相短路故障，突然短路時所產(chǎn)生的暫態(tài)過程，會使回路中的短路電流大大增加，產(chǎn)生的故障電流導致乙變電站II段出線開關保護動作，乙變電站所帶4號、5號、6號開閉所II段全部失電；B12、B11、B10、B9、B8、B7進線開關測控裝置均未發(fā)生告警，但5號開閉所某出線開關測控裝置發(fā)生告警。由此現(xiàn)象可判斷故障發(fā)生在5號開閉所這條出線，見圖10。

圖10 出線用戶故障圖Fig.10 Fault graph on customer side

此時，1號、2號、3號開閉所仍正常供電。要使4號、5號、6號開閉所恢復供電，應先斷開該條出線負荷開關，將故障區(qū)域隔離。合上乙變電站II段出線開關，對4號、5號和6號開閉所供電，見圖11。

圖11 出線用戶故障隔離后運行圖Fig.11 Operation graph after the fault isolation on customer side

5 結語

雙環(huán)網(wǎng)供電模式正廣泛應用在城市電網(wǎng)的重要用戶中，能夠給對供電可靠性要求較高的用戶提供穩(wěn)定的電力供應。該模式中的故障分析與處理具有一定的特殊性，針對不同類型的故障，分析研究出各種情況相應的最優(yōu)處理方案是十分必要的。

課題研究為西安配電雙環(huán)網(wǎng)供電的建設與運行提供了理論依據(jù)與技術參考，并已在西安部分地區(qū)雙環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中得以實際應用。根據(jù)此方案，在對系統(tǒng)快速恢復供電后，調(diào)度運行人員可及時通報搶修人員，有效減少設備巡查時間，提高配網(wǎng)的事故快速解決能力，進而提高供電安全水平和配電網(wǎng)管理水平。這不僅保障了重要用戶的生產(chǎn)安全、可靠、合理的用電需求，還可以大幅提升電網(wǎng)生產(chǎn)運行的可靠性，為西安智能配電網(wǎng)的發(fā)展起到了積極的推動作用。

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