中壓配電網(wǎng)的故障處理一直是個難以解決的技術(shù)難題。城市變電所供電距離一般只有3～5 km，由分段開關(guān)再分為3～5段，在這樣短的線路上采用傳統(tǒng)的過流、差動、距離等繼電保護(hù)來隔離故障是不可能的，更談不上非故障段的恢復(fù)供電。
20世紀(jì)80年代日本和美國研制開發(fā)了“重合器模式”的第一代中壓配電網(wǎng)自動故障處理系統(tǒng)。它依賴于重合到故障上以識別故障段，之后加以隔離和恢復(fù)供電。在縮小故障停電范圍上有一定的進(jìn)步，但需要變電所出線開關(guān)兩次斷開短路電流，且存在恢復(fù)供電不徹底，故障信息不能及時上報(bào)配調(diào)中心等問題。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著通信能力和事故處理能力的增強(qiáng)，配電網(wǎng)自動化出現(xiàn)了第二代和第三代。其故障處理模式是：將所有開關(guān)故障信息由FTU上調(diào)上級站，在上級站依據(jù)各開關(guān)的信息判定故障點(diǎn)所在段之后，下發(fā)命令至相應(yīng)的FTU，由FTU跳開故障段兩側(cè)開關(guān)、閉合出線開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)故障隔離和非故障段恢復(fù)供電，一般稱為故障集中處理模式，它一則對通信網(wǎng)依賴性大，故障信息上傳和動作命令的下發(fā)都必須經(jīng)過通信網(wǎng)；二則依賴于上級站機(jī)，要求通信網(wǎng)和上級站要絕對可靠，一旦出錯就可能導(dǎo)致故障的擴(kuò)大；三則故障處理時間長，要幾十s。
本文介紹的用于配電網(wǎng)故障處理的面保護(hù)技術(shù)不僅能夠?qū)⑼ｋ姇r間縮短到2s以內(nèi)，而且還大大提高了動作的可靠性。
1 面保護(hù)原理
1．1 面保護(hù)引入
20世紀(jì)80年代末，現(xiàn)代通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速，反映到繼電保護(hù)系統(tǒng)中，出現(xiàn)了面保護(hù)原理，面保護(hù)定義是：除了利用保護(hù)裝置自身采集的信息外，還要利用系統(tǒng)中其它信息，作出故障判斷和動作出口，以保證自身設(shè)備或局部系統(tǒng)。
相應(yīng)地，有點(diǎn)保護(hù)的定義：只是利用自身信息就作出故障判斷和動作出口的繼電保護(hù)。
由以上定義，不難得出如下推論。
推論1：面保護(hù)的必要條件之一是通信。
因?yàn)闆]有通信則不可能獲得系統(tǒng)中的其它信息，或者是其他信息的獲得必須依賴于通信。
推論2：面保護(hù)的必要條件之二是保護(hù)裝置都應(yīng)有CPU。因?yàn)闆]有CPU就不能綜合利用自身信息和其他信息。
由以上定義和推論，我們以往所熟知的保護(hù)大都屬于點(diǎn)保護(hù)，比如過流保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)等都屬于點(diǎn)保護(hù)，微機(jī)式的過流保護(hù)、方向保護(hù)、距離保護(hù)也屬于點(diǎn)保護(hù)。它們雖然有CPU，但它只利用了自身信息并沒有利用系統(tǒng)中的其它信息。母線保護(hù)也屬于點(diǎn)保護(hù)，因?yàn)樗彩侵焕昧四妇€（作為一個元件）的信息，沒有利用其它信息。
推論3：面保護(hù)的必要條件之三是并行處理。
按推論2，系統(tǒng)中有眾多的保護(hù)裝置，每個保護(hù)都有CPU，那就是說系統(tǒng)中有眾多的CPU；一旦發(fā)生故障，這些CPU將同時啟動、綜合信息、判斷是否出口，即要并行處理，否則，如果按照串行工作，則不可能達(dá)到系統(tǒng)對繼電保護(hù)快速性的要求。
由推論3，不難發(fā)現(xiàn)第1節(jié)中所述故障集中處理模式不屬于面保護(hù)，因?yàn)槠渲械腇TU沒有綜合信息、判斷出口，即保護(hù)程序。而是FTU完成遙測和遙控，由上級站機(jī)串行收集、綜合、判斷、下令，所以，實(shí)際上是一種遠(yuǎn)動方式的故障處理。
1．2 用于配電網(wǎng)故障處理
中壓配電網(wǎng)一般都是閉環(huán)結(jié)構(gòu)、開環(huán)運(yùn)行。一條出線經(jīng)出線開關(guān)KL1饋出后，經(jīng)分段開關(guān)FD1FD2、…、FDn分段，到聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK；聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK再經(jīng)若干分段開關(guān)，經(jīng)出線開關(guān)DL2到另一段母線，謂閉環(huán)結(jié)構(gòu)；聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK斷開運(yùn)行，謂開環(huán)運(yùn)行。
記DL1與FD1之間的線為第1段，F(xiàn)Dk－1與FDk之間的線為第k段，F(xiàn)Dn與LK之間的線為第（n＋1）段；流過FDk的電流為Ik，流過DL1的電流為I0，流過LK的電流In＋1，定理：中壓配電網(wǎng)第m段短路的充分必要條件是
其中Ie—最大負(fù)荷電流值。
對于第m段短路的中壓配電網(wǎng)，m∈［2，n］，必要條件是
表明第m＋1，…，n＋1段沒有短路。
于是，不是第1，…，m－1，m＋1，…，n＋1段短路，但由于滿足第m段短路的必要條件，得Im－1＞Ie肯定有短路，則必定是第m段短路。為了避免定值難給，在定理中都采用了差的絕對值。
為分段開關(guān)FDk的聯(lián)絡(luò)開關(guān)LK實(shí)現(xiàn)面保護(hù)，基礎(chǔ)是通信。無錫地區(qū)城網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)了配電載波通信DLC。與電力載波PLC不同，配電載波沒有阻波器，整個10 kV系統(tǒng)為一總線網(wǎng)絡(luò)；規(guī)約也不再是CDT或POLLING，而是總線型的網(wǎng)絡(luò)規(guī)約。每臺裝置不僅能與變電所通信，其間也可以通信。FDk的電流由其FTUk采集后發(fā)上總線，其它FTU均能收到，于是，每個FTU則可按照（1）判斷，如果是第m段短路，則FTUm－1和FTUm發(fā)跳閘出口。為了避免短路點(diǎn)對配電載波通信的影響，還可以將（1）實(shí)用化處理。
2 動模試驗(yàn)及結(jié)果分析
為了驗(yàn)證原理的正確性，無錫供電局建立了一個10 kV實(shí)驗(yàn)室，其一次接線如圖1所示。380 V經(jīng)B1、B2升至10 kV，然后經(jīng)出線開關(guān)DL1和DL2向一個環(huán)網(wǎng)供電，環(huán)網(wǎng)中5個柱上開關(guān)FD1～FD5。對DL1和DL2配置了限時過流保護(hù)和重合閘，分段開關(guān)配置了兩只V接PT和一套帶面保護(hù)及配電載波通信的FTU，PT對電容器充電作FTU電源，而不用蓄電池；短路的模擬由升流器經(jīng)連接片給至FTU。
還配置了微機(jī)網(wǎng)絡(luò)作配調(diào)中心，兩臺變電所站級機(jī)作為中壓載波網(wǎng)與配調(diào)中心連接的網(wǎng)關(guān)，構(gòu)成一個簡單的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)。
考慮到配電網(wǎng)中由DL開斷短路電流，開關(guān)保護(hù)當(dāng)失電后才出口；聯(lián)絡(luò)開關(guān)和分段開關(guān)在程序中一并考慮；DL的過流延時為0．3s，重合閘為0．7s。
分別對不同的聯(lián)絡(luò)開關(guān)位置、不同的故障段進(jìn)行了模擬短路試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果證明了保護(hù)動作正確。限于篇幅，文中僅列出了FD5作聯(lián)絡(luò)開關(guān)、故障在FD2與FD3之間的試驗(yàn)錄波圖，如圖2所示。圖中id1和id2是DL1和DL2電流，sd1、sd2是DL1和DL2的狀態(tài)，ik1～ik5是FD1～FD5的電流，sk1～sk5是FD1～FD5的狀態(tài)，uk1～uk6是第1～6線段上的電壓。
從錄波圖可見，約0．03 s時出現(xiàn)短路故障；0．3s時DL1斷開、切除短路電流；0．6s時FD2和FD3空切；1 s時DL1重合，第1、2段恢復(fù)供電；1．7s時FD5閉合，第4、5段恢復(fù)供電。整個過程中，F(xiàn)D1和FD4未動，隔離故障、恢復(fù)上下游供電不超過2s。
當(dāng)諸FTU按面保護(hù)判斷的同時，變電所站機(jī)也收到了FTU的信息，判斷故障段后主動上報(bào)配調(diào)中心，由配調(diào)中心在地理信息系統(tǒng)平臺上標(biāo)出故障段、推響聲音報(bào)警，總延時在1s以內(nèi)。
開關(guān)變位（包括由合到開，也包括由開到合）后，F(xiàn)TU主動上報(bào)變位信息，無須上級機(jī)詢問，所以，配調(diào)的地理信息平臺上標(biāo)出FD2、FD3斷開和FD5閉合。
因?yàn)槁?lián)絡(luò)開關(guān)也是按面保護(hù)設(shè)計(jì)的，當(dāng)故障段在第5段時，F(xiàn)D5的面保護(hù)也能保證不發(fā)合閘命令。但是，由于DL的保護(hù)仍是普通保護(hù)，當(dāng)?shù)?段短路時，重合器仍要將DL1閉合到故障點(diǎn)上一次。
為了徹底檢驗(yàn)原理和裝置的正確性，無錫供電局專門作了10 kV現(xiàn)場短路試驗(yàn)，結(jié)果正確。
3 結(jié)論
故障處理是配電網(wǎng)自動化的首要任務(wù)。遠(yuǎn)動模式對整個通信系統(tǒng)和上級機(jī)的依賴性太大，影響動作的可靠性，恢復(fù)供電時間仍然較長。
面保護(hù)原理克服了傳統(tǒng)點(diǎn)保護(hù)信息不全的弱點(diǎn)，故障段判據(jù)簡單明了，并且，所有開關(guān)保護(hù)同時并行采集信息、綜合、判斷故障段，因而避免了對整個通信系統(tǒng)和某臺機(jī)的完全依賴，動作準(zhǔn)確、可靠。10 kV實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證了面保護(hù)判據(jù)的正確性，2s內(nèi)完成了隔離故障和恢復(fù)上下段的供電。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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