配电网的故障隔离_电力故障抢修时间规定

一、概述

二、智能就地式馈线自动化

1）简介

重合器（Recloser）是一种能够检测故障电流、在给定时间内断开故障电流并能进行给定次数重合的控制开关。重合器相当于断路器、TA(电流互感器)、保护、控制、电源集成到一起的设备，在架空线路杆塔上或者开闭站、环网柜内安装。

当线路发生短路故障时，把事故区段隔开；当故障排除后，需要手动复位才能解除闭锁。如果是瞬时性故障，则在循环分、合闸操作中，无论哪次重合成功，则终止后续的分、合闸动作，并经一定延时后恢复初始的整定状态，为下次故障的来临作好准备。

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2）工作原理

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3）优点：不需要通信，节约成本，能够实现故障定位和隔离。

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4）缺点：没有通信，发生故障需逐个检查，影响效率，同时电压电流数据无法上传到调度中心，调度中心无法远程控制重合器；对于中性点小电流接地方式的系统，单相接地故障电流很小，重合闸无法实现故障隔离。

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5）重合器与断路器的区别

（1）作用不同：重合器的作用是与其它高压电器配合，通过其对电路的开断，重合操作顺序，复位和闭锁，识别故障所在地，使停电区域限制最小，而断路器只是用开断短路故障，线路停电区域大。

（2）结构不同：重合器的结构由灭弧室、操动机构、控制系统组成，断路器通常仅由灭弧室和操作机构组成。国内先进的重合器的操作机构为永磁机构，断路器的操作机构一般为弹簧机构。

（3）控制方式不同：重合器自具控制设备，检测、控制、操动自成体系，而断路器与其控制系统在设计上是分别考虑的。

（4）开断特性不同：重合器的开断具有反时限特性和双时性。而断路器常用的速断和过流保护。

（5）操作顺序不同：重合器操作次数”四分三合“，按使用地点及前后配合开关设备的不同有”二快二慢””一快三慢”等，额定操作顺序为：分—0.1S—合分—1S—合分—1S—合分，特性调整方便；断路器的操作顺序由标准统一规定：分—0.3s—合分—180s—合分，操作顺序不可调，与前后开关设备没法配合。

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6）举例说明

举例1：

右图中的QF1、QF2是变电站出线断路器；QR1、QR2是分段重合器，平时为合闸状态；QR0是联络重合器，平时为分闸状态，事故处理时可自动合闸，转移供电；TV为电压互感器。

出线断路器的整定：出线断路器速断保护的动作时限一般为0.2s，并与重合器的动作曲线相配合；出线断路器设置重合闸装置。

联络重合器QR0的整定：延时关合一次故障分闸后闭锁。

在运行中发生故障时，重合器的动作过程如下：

（1）F1段发生故障时，若为瞬时性故障，出线断路器QF1跳闸并重合成功，恢复供电；若为永久性故障，QF1重合不成功，并自动闭锁，重合器QR1和QR0的控制器检测到电源侧失压，开始计时，因为QR1的延时分闸时间t1整定值小于QR0的合闸延时时间t2，故在经过时间t1后，重合器QR1分闸，QR0在t2时间合闸，则QR1和QR0之间的无故障区段恢复正常供电。

（2）F2段发生故障时，若重合器QR1检测到并确认通过的电流是故障电流，快速分闸。若为瞬时性故障，重合器重合成功；若为永久性故障，QR1多次重合不成功后分闸闭锁，则出线断路器QF1至重合器QR1之间的无故障区段恢复正常供电。联络重合器QR0检测到一端失压，经预定延时t2后合闸，因存在故障，QR0快速跳闸并闭锁。

（3）当变电站母线失电后，QR1检测到电源端失压，QR0检测到QR1方向失电，两台重合器的控制器同时计时。由于t2>t1，故QR1经t1时间后跳闸并闭锁，QR0在t2时间合闸，则QR1和QR0之间的区段恢复正常供电，而电源不会倒送到变电站母线。

（4）变电站母线检修，出线断路器QF1分闸，则QF1至重合器QR1之间区段无电，若要给该段供电，必须人工合上QR1，进入非环网供电方式（转移供电方式）。

（5）转移供电方式，当QF1停、QF2供时，QR0处于合闸状态。若F1发生永久性故障，则QR1、QR0和QR2同时检测到故障电流，三个重合器均跳闸，QR1跳闸后不能重合（已失去工作电压），而QR0、QR2经预定延时后重合成功，故障被隔离在QR1至QF1区段。F2段发生故障时，QR0、QR2同时检测到故障电流而跳闸。QR0重合到故障线路上跳闸闭锁，而QR2重合成功，故障被隔离在QR0至QR1之间的区段上。F4和F3段故障时可类推。如果转移供电方式是QF2停、QF1供时，可参照上述方法分析。

重合器动作程序的选定可根据电网的实际需要预先整定，如“一快一慢”、“一快三慢”、“二快二慢”等组合。这里“快”是指快速分闸，快速分闸一般设定在第一、二次，尽快消除瞬时性故障；“慢”是指按一定的电流-时间特性曲线（即安秒特性曲线）跳闸，即为延时性动作，以便与其他设备，如分段器、熔断器等进行配合，隔离故障点。

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举例2：分段器与重合器(或断路器)的配合使用

1）简介

分段器（Sectionalizer）又称电压-时间型自动分段开关，同样是一、二次设备集成到一起的设备，在架空线路杆塔上或者开闭站、环网柜内安装。与重合器不同，分段器需要安装TV(电压互感器)测量线电压，而且分段器的一次设备一般不采用断路器，而是采用负荷开关。因此分段器可以断开负荷电流，但不能断开短路电流。

它是一种与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸的开关设备。当发生永久性故障时，分段器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的。若分段器未完成预定次数的分合操作，故障被其它设备切除了，则其将保持合闸状态[如下图(f)中的B开关]，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准备。

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2）工作原理

（1）分段器通过线路始端的断路器断开短路电流；

（2）检测到线电压时闭合，没有检测到时断开；

（3）设定时延X：表示检测到线电压后闭合开关的时延，X=7S；开关延时合闸时间；

（4）设定时延Y：表示检测到线电压从出现到消失的时间（开关合闸后立即检测），可以触发闭锁，Y=5S；故障检测时间；

（5）在X时限计时时间内，线路失压，开关启动X闭锁；在Y时限计时时间内，线路失压，开关启动Y闭锁；

（6）出线断路器（上图QF）必须具备二次重合闸功能。

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3）工作过程★

电压时间型工作模式：

（1）失电后延时分闸功能，即开关在合位、双侧失压、无流，失电延时时间到，控制开关分闸；

（2）得电后延时合闸功能，即开关在分位、一侧得压、一侧无压，得电延时时间到，控制开关合闸；

（3）单侧失压后延时合闸功能，即开关在分位且双侧电压正常持续规定时间以上，单侧电压消失，延时时间到后，控制开关合闸；

（4）双侧均有电压时，开关合闸逻辑闭锁功能，即开关处于分闸状态时，两侧电压均正常时，此时终端闭锁合闸功能；

（5）闭锁合闸功能。若合闸之后在设定时限之内失压，并检测到故障电流，则自动分闸并闭锁合闸。若合闸之后在设定时限之内没有检测到故障电流，则不闭锁合闸；

（6）闭锁分闸功能。若合闸之后在设定时间内没有检测到故障，则闭锁分闸功能，延时5分钟后闭锁复归；

（7）非遮断电流保护功能，即当检测到流过负荷开关的电流大于600A时，闭锁跳闸回路；

（8）可检测零序电压，具有零序电压保护功能，即在设定延时内检测到零序电压信号应立刻分闸，切除接地故障；在设定延时外检测到零序电压信号，终端不发出分闸控制命令。

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工作过程：

过程参考：基于电压-时间型开关的馈线自动化，就地型馈线自动化选型技术原则（试行）；

示例：10kV架空线就地型馈线自动化开关的应用

断路器CB1一次重合闸1S，二次重合闸5S；A1、A2、A3、B1负荷开关X时限：7S，Y时限：5S；联络开关C的XL时限：40S。

（1）线路正常；

（2）A2、A3段发生短路故障，CB1因短路动作于跳闸，继而负荷开关A1、A2、A3因失压分断；

（3）CB1一次重合闸，A1经X时限7S后合闸并成功，没有触发Y时限，联络开关C因一端失压XL计时（40S）开始；

故障定位与隔离：

（4）A2经X时限7S后合闸未成功，线路失压，触发Y时限A2闭锁合闸；A3经X时限小于7S合闸未成功，触发X时限A3闭锁合闸(检残压闭锁)；注：瞬时残压最小检出条件为电压值>30%额定电压，持续时间>100mS；

（5）CB1因短路动作于跳闸，A1分断；

（6）CB1二次重合闸，A1经X时限7S后合闸并成功，A2、A3合闸均闭锁（未合闸），故障被隔离；

转供电：

（7）C经30S后合闸，C的时间＞CB1一次重合时间1S+二次重合5S+A1的X时限7S*2+A2的X时限7S*2=34S。

若故障发生在A1、A2段，注意：此时的A3没有闭锁合闸(未检测到来电信息)，A2必须闭锁合闸，最终故障被隔离在A1、A2段。

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X时限、Y时限整定原则：

（1）下图a4开关的时间整定由原7S->21S，保证任一时刻只能够有一台开关合闸；

（2）确定相邻开关的合闸时间ΔT=7S；

（3）各开关按照所在级从小到大，依次编号，线路所有开关顺序号依次为n1、n2、n3……ni；按变电站出口断路器合闸后的送电方向，开关A为第1级，开关B、C、C为第2级，开关E、F为第3级。按级数从小到大将所有开关排序编号，A=1号，D＝号，B＝33号，C＝4号，E＝5号，F＝6号；

注意：同级开关排序整定X时间，应保证主干线路先复电(即下图线路在送电到第二级开关B、C、D时，开关D作为主线开关优先进行延时合闸)。

（4）根据各开关的顺序，以ΔT为间隔顺序递增，计算其绝对合闸延时时间，第i台开关的绝对合闸时间ti=ni*ΔT=ni*7S；

（5）任意第i台开关的X时间为它的绝对合闸延时时间减去其父节点的绝对合闸延时时间Xi=ti-tj（序号j的开关，是序号i的开关的交节点。父节点表示开关j合闸后，i得电开始X延时）；

第i台开关的X时间计算：其中A为B、C、D的父节点，D为E、F的父节点。

（6）Y时间根据X时间定值自动设定，如X时限采用短时间间隔（ΔT＝7S）时，Y时间自动整定为5S，X时限采用长时间间隔（ΔT＝14S）时，Y时间自动整定为10S。

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4）优点

自动完成对故障区段的检测、判断、隔离，实现对故障区段的恢复供电，简单实用可靠性高；

不依赖通信，节约通信通道，节省了设备成本；

扩展性好、易于升级，可实现多个分段器的配合使用；

可以配合变电站的选线装置解决单相接地故障定位和隔离问题；

调度中心可以知道故障区段的位置，通知人员直接检修，缩短停电时间，提高供电可靠性。

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5）缺点

故障区段定位和隔离时间较长，越接近线路末端耗时越多；

由于没有通信，电压、电流数据无法上传到调度中心，调度中心也无法控制分段器。

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3、过流脉冲计数型分段器

4、智能分布式

2）智能终端实现故障区段的定位、隔离和转供电逻辑

（1）大白话举个简单的例子来说明故障处理过程

线路中有ABCD四个开关按电流方向排列，ABC是分段开关，处于合闸状态，D是联络开关，处于分闸状态。假如故障发生在BC之间，故障发生时，AB均流过故障电流，被CT采集到了，A发信息给B：有故障；B发信息给A和C：有故障；C发信息给B和D：没事。ABC通完信后，启动逻辑处理。

A：我有故障B也有，这是下游的事，不用急，先等等看。

B：我有故障A也有故障，那么故障不在AB之间，但C没有故障，所以故障在B和C之间，于是开关跳闸，切完发信息给A和C。

C：B突然跑来说他有难，邻里乡亲的我不能坐视不管，开关跳闸发信息给B和D，故障被隔离了，但我下游也没电了，请求支援。D：合闸。这样就完成了故障定位、隔离和转供电。

基本原理是每次通信都是在自己、左邻右里三者之间，通信快速，逻辑处理简单，线路开关在变电站出口开关还没动作前完成。

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（2）用正规的文字说明智能终端的逻辑原理

故障定位：

满足最少通信数量，线路上的每个开关只需与左右相邻的开关通信，就可以判断故障区段。通过开关之间的通信，自己有故障电流+相邻两侧也有故障电流–>故障不在本开关的保护区段，保护不动作，仅启动后备模式。自己有故障电流+相邻两侧开关仅有一侧有故障电流–>故障在本开关的保护区段；自己没有故障电流+相邻两侧开关仅有一侧有故障电流–>故障在本开关的隔离区段。

故障隔离：

故障定位后，由故障点两侧的开关分别启动故障切除程序和隔离程序，故障点上游开关跳闸–发出故障切除成功标志；故障点下游开关跳闸–发出转供电请求。

转供电：

联络开关收到转供电请求，启动转供电程序-开关合闸，转供电完成。

以图1为例，4#开关与2#开关、S1开关通信，S1与4#开关、S2开关通信。假如电源来自1#开关，6#环网柜的S1开关是联络开关(常开)，4#-S1线路发生故障时，线路上的1#、2#、4#开关均检测到故障电流，S1及右侧的开关均检测不到故障电流。开关之间相互通信判断出故障点在4#开关的下游，在S1的上游，4#及S1分别跳闸，S1跳闸后发出转供电信号，联络开关合闸。故障的定位、隔离和转供电程序完成。

开关与左右相邻开关的通信解决了就地分布式的故障定位和隔离，通信时间+智能终端程序计算时间+断路器的分闸时间构成了整个程序的总时长，目前的设备基本能在200毫秒以内完成，如果变电站出口开关速断整定时间在300毫秒，则变电站出口开关还没动作线路故障已经隔离，线路故障点上游区域可以不停电，下游区域在几百毫秒内恢复供电，除了故障区段，其他用户几乎没有感觉，故障已经切除、隔离。因此，供电可靠性非常高，达到毫秒级。

这种馈线自动化通常叫智能分布式速动型。如果线路的分段开关采用负荷开关，以上的逻辑需要等待变电站出口断路器跳闸后再执行策略，开关检测无压后进行网络重构，重构时间与速动型没有差别，变电站出口断路器等待几秒后重合闸，恢复线路供电。这种策略通常叫智能分布式缓动型(配合型)，以及“基于对等通信一次重合闸”等，其基本原理一致。这种自动化策略的供电可靠性也很高，算是秒级。

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1、简介

智能集中式馈线自动化是基于终端和主站配合的技术。

1）全自动方式

配电主站通过快速收集区域内配电终端的信息，判断配电网运行状态，集中进行故障识别、定位，自动完成故障隔离和非故障区域恢复供电。

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2）半自动方式

此处故障隔离与上不同，是通过遥控或人工完成故障隔离和非故障区域恢复供电。

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基于终端和主站配合的故障区段定位和隔离的实现方案如图，线路上分散安装多个终端，终端将数据上传至主站SCADA系统。发生故障后，主站根据终端上传的故障信息判断出故障区段，并发出控制命令隔离故障区段，使非故障区段恢复供电。

配电网的故障分为两种情况：相间短路故障(包括两相接地短路和三相短路)以及单相接地短路。

2、相间短路的定位和隔离

3、单相接地故障的定位

五、通过报文研判故障案例

1、C相电流变化大偶发一段过流

1）通信环境

FTU通过映翰通工业无线数据终端(DTU)与电力公司主站后台通信，IEC101平衡式规约。

2）故障现象

偶尔报“C相一段故障”，让主站方人员导出相关日志。

3）故障分析与解决

如上图所示，当断路器处于分位时，A、B两相无电流，但C相有电流，上下跳动变化大，明显不合情理。

断路器分断状态，其CT上已经没有电流给到FTU，但FTU检测到电流，最大可达80.4A。大致可以判断出此时断路器C相触点处于拉弧状态。