配電網における負荷スイッチによる顧客設備の故障自動隔離方法

1 概要

配电网的安全长期以来一直被忽视，其自动化程度落后于变电站的自动化。利用现有变电站的10kV间隔设置线路分段点可以满足未来电网的需求。配电开关、分段开关和保护装置的配置必须与变电站出线保护相匹配以确保可靠性。故障隔离、自愈和恢复是配电自动化的关键。

学者们已经研究了智能配电网的故障恢复优化（多电源、间歇性电源、储能），但还没有基于负荷开关的用户设备故障隔离的研究。以图1中的线路为例：分段开关S3服务于A、B、C。A发生故障时会触发S3跳闸。瞬时故障允许成功重合；永久性故障会导致B/C停电，影响生产，切断供应，并增加故障排查工作（因为S3无法确定故障位置，需要逐一检查）。因此，急需一种基于负荷开关的方法/设备来隔离故障，识别故障用户。无论用户或故障类型（瞬时/永久），都要确保S3能够为非故障用户成功重合。

2 利用负荷开关有效隔离电力用户设备故障的方法

负荷开关是一种介于断路器和隔离开关之间的开关设备，具有简单的灭弧装置。它可以中断额定负载电流和一些过载电流，但不能中断短路故障电流。因此，当任何用户设备发生故障时，只有分段开关S3跳闸进行保护。如果设备在S3重合之前检测到故障用户并跳开其负荷开关，则故障用户被隔离，S3可以成功重合。通过短信将故障用户信息发送给配电网运维（O&M）人员，使他们能够快速处理故障，减少运维工作量，提高供电可靠性，并确保非故障用户的供电。

3 利用负荷开关有效隔离电力用户设备故障的技术路线
3.1 技术逻辑模块过程

以用户A的设备故障为例。在其负荷开关处安装故障检测装置（如图2所示）。该装置位于负荷开关和进线之间，包括电压检测模块、电流检测模块、逻辑判断及处理模块、跳闸接点、信号接点和无线信号发送模块（逻辑过程见图3）。电压和电流检测模块的输出连接到逻辑模块的输入端。其输出端连接到跳闸接点和信号接点的一端。跳闸接点的另一端通过负荷开关的跳闸线圈连接到用户的主要设备；信号接点的另一端连接到无线模块。这使得有效的故障隔离成为可能，维护人员可以快速处理故障，减少了查找故障的工作量，提高了工作效率。

3.2 物理接线实现

以用户A的设备故障为例（见图4），电压检测模块连接到公共配电室的母线电压互感器，电流检测模块连接到CT1（用户A进线的电流互感器）。用户A的逻辑判断模块处理输入的电流和电压。

当用户A发生短路故障时，通过其逻辑判断模块的电流激增（并超过）预设的故障电流，标记为“1”。然后，分段开关S3跳闸，导致公共配电室母线失压。所有用户的逻辑模块检测到此电压损失（标记为“1”），但只有用户A的模块同时检测到故障电流和电压损失（均为“1”）。这些“1”形成一个与门，识别用户A为故障用户。

用户A的逻辑模块输出跳闸接点TJ1和信号接点TJ2。TJ1闭合，连接到正电源和负荷开关的跳闸线圈，跳开用户A的负荷开关。TJ2闭合，通过无线方式将故障信息发送给配电网运维人员。这确保了故障用户的负荷开关不会中断故障电流，但仍能隔离故障。非故障用户尽管电压损失（未检测到故障电流），不会跳开其负荷开关（与门未激活）。

同样地，进线电流互感器CT2（用户B）和CT3（用户C）的二次电流也连接到检测装置。故障逻辑遵循用户A的原则，隔离B/C的故障，确保其他用户的正常供电。

4 与分段开关保护的协调及防误动措施

• 对于架空线路：故障检测器与S3的重合时间（通常为跳闸后1.2秒延迟）协调。在1.2秒内，必须跳开故障用户的负荷开关（防止S3在故障情况下重合）。故障信息通过短信发送给运维人员以便快速修复。

• 对于电缆线路：由于S3没有重合功能，检测器跳开故障负荷开关并通过短信发送故障信息。运维人员随后闭合S3，确保非故障用户的供电并减少停电时间。

• 为了避免S3重合后误跳非故障负荷开关：检测器的逻辑要求首先感应到故障电流激增，然后检测到电压损失（形成与门）。电压损失判断中添加延时（以防止在电压到达之前涌入电流引起的误跳）。

5 结论

在用户进线负荷开关处安装故障检测器（与分段开关保护协调），可以使负荷开关自动隔离故障并通知运维人员。这提高了公共配电线路的可靠性，减少了故障排查工作量，并限制了停电范围。该装置还可以用于主配电线路的负荷开关（与上级分段开关保护协调），隔离负荷开关后的故障，确保开关之间的用户供电。这缩小了停电范围，提高了配电线路的可靠性。