配网保护异常动作分析与识别方法研究

廖峰　陈锦荣　黎永豪　徐聪颖　卢颖

摘要：小电阻接地方式下，因配电网故障而导致的保护跳闸次数明显增加。鉴于此，根据现有配电网保护配置，分析了引起配电网保护异常动作的原因，并提出了解决措施。针对目前人工分析保护动作正确性的方法效率低、时效慢等问题，提出了一种跨平台采集数据的保护异常动作智能分析方法，为后期的智能分析系统开发提供了技术支撑。

关键词：保护异常动作;故障原因;解决措施;智能分析与识别

0 引言

电力系统10 kV配电网的接地方式一般可分为经消弧线圈接地、经小电阻接地、经消弧线圈和小电阻混合接地3种。依据以往的电网运维经验，配电网故障多为单相接地故障，且瞬时故障远多于永久性故障，短時的故障跳闸后又重新供电，一般不会影响用户的正常用电。

目前，广东电网公司已经完成10 kV电网的小电阻接地方式改造[1-3]，与消弧接地方式相比，小电阻接地方式下，系统发生单相接地故障时保护装置动作于跳闸，导致配电网故障后的跳闸次数成倍增加。因此继电保护装置及相关二次回路的重要性大大提高，各级配电网保护装置的正确动作与否，直接影响着配电网用户的安全可靠供电和电力系统的安全稳定运行。当前配电网保护动作情况分析以人工分析为主，但通过人工进行跨平台、多种类数据采集的方法效率较低。

1 配电网保护的原理与配置

1.1    保护原理

10 kV配电网的继电保护配置原则相对简单，以某地市供电局为例，一般在干线上设置两级分段开关、一级联络开关用于跳闸[4]，对于存在较多供电支线的线路也可设置支线开关用于跳闸，若线路较长、供电户数较多，可根据需求多设置几级分段开关用于告警、不跳闸。此外，对于已形成配网自愈规模应用的场景，也可充分利用各级分段开关、支线开关的数据信息，采取更加灵活、多变的自愈策略。

目前，配电网保护的动作原理主要为就地式保护，一般配置有过电流保护、零序过流保护、重合闸等功能，以实现故障的隔离与恢复供电。上述就地式保护原理简单、可靠，保护特征明显，实现也较容易，但对于用户数较多、线路较长且网架结构复杂的城市配电网来说，往往存在保护级差不足、无法最小范围隔离故障的问题。因此，考虑全线配合的站域式集中保护研究逐渐增多，也弥补了单纯依靠级差配合的就地式保护的不足，通过更加多样、快速的方法，有效解决电网故障的快速隔离与最小化隔离的问题。

1.2    保护配置

然而，对于配电网保护来说，无论是就地式保护还是站域式集中保护，二者的保护配置大致相同，只是保护跳闸的实现方式不同。就地式保护各级分段开关与馈线开关之间的配置采用的是时间级差，因此具有一定的局限性，分级不宜过多;而站域式集中保护是由站内的集中式保护统一采集故障数据、发送跳闸命令，不受级差配合的影响。

以就地式保护为例，在10 kV电网为小电阻接地系统的情况下，配电网线路中每个开关所对应的配网保护的过流、零序、重合闸定值与时间的配置详细情况如表1所示。三段式过流保护通过定值与时间的不同，形成完全配合关系，时间级差可压缩至150 ms;零序保护由于馈线开关的允许切除时间较长，级差配合一般能够满足，时间级差设置为300 ms一级，上下级分段开关的定值可整定为相同值，允许出现不完全配合。

2 异常动作原因与解决措施

2.1    异常动作原因分析

影响配电网保护异常动作[5-6]的因素较多，涉及面也较广。通过对某地区全年配电网保护异常动作事件的深入分析，总结与归纳出配电网保护终端异常动作的主要原因有以下几点：（1）定值及压板管理不规范。主要体现在定值执行不规范与定值整定不规范两个方面，现场运维人员未严格按照定值单进行装置定值、参数的设置，导致故障发生时保护装置出现拒动或误动。（2）保护投退管理不规范。现场运维人员未按定值单要求正确投退保护装置的相关压板，导致保护装置出现误动或拒动。（3）验收与检验不规范。运维人员在设备投运前，未严格按照配电网保护验收标准与流程进行验收，导致设备“带病”运行，在线路发生故障时，保护装置不能正确动作并出口跳闸，实现故障隔离。（4）运行和维护不到位。由于配电网保护运行环境差，设备运行状况差异较大，设备装置无法实施反馈与识别，加之缺乏必要的定期检验机制，导致装置故障后发现较晚，往往出现不正确动作后才做有针对性的检查。（5）装置质量不过关。与主网保护设备相比，配网保护质量相对较差，时常因自身元器件或运行程序出现异常而导致保护功能异常，造成故障时出现异常动作情况。（6）缺陷处理不及时。由于配电终端备品缺少、运维人员自主消缺能力不足等原因，缺陷出现后，需要协调装置备品、厂家技术支持等，这就导致消缺周期较长，无法及时进行处理，一旦在该终端保护范围内出现故障，就可能出现保护拒动，引起故障越级动作。

2.2    解决措施

（1）针对配网保护设备厂家众多、型号繁杂，产品质量参差不齐，部分厂家早已倒闭，导致装置故障后售后和维保困难的问题凸显，影响缺陷处理等问题，建议对于使用年限长、质量差、无维保的厂家，开放保护装置更换快速通道，加快配网保护更换的审批流程，以有效提高配网保护缺陷处理效率。（2）针对配网保护设备管理基础薄弱，缺乏二次专业人员等问题，建议定期开展配网继保技术技能培训及现场实操，利用品控抽检、调试验收、运维消缺等机会，组织厂家对区局、供电所运维人员进行现场实操培训;每年开展不少于2次的整定专题培训，提升配网整定人员专业技能;开展分层次的人才培养，培养配网继电保护专业技术骨干，缓解配网缺乏二次专业人员的问题。（3）针对配网保护缺乏定期检验等相关管理机制，无法保证配网保护装置功能的正确性与设备的完好性等问题，可建立补充检验机制，对动作异常设备进行补充检验，深挖异常动作原因，确保保护装置功能完好。（4）完善配网保护督查机制，开展月度现场飞行检查与年度交叉检查，提前发现并及时处理暴露的问题，总结与统计每月配网保护动作情况，形成月度督查报告。（5）完善配网创新与管理机制，鼓励配网保护技术创新与管理创新，促进配网保护管理工作效能进一步提升。

3 异常动作的智能识别方法

3.1    数据采集

配网线路故障时的电流、电压、开关量等数据是保护装置正确动作[7-8]的基础。目前，配电网故障分析的数据大多已实现电子化采集与存储，主要来源于配网技术支持平台、配网GIS系统、配网自动化系统、配网保护远程维护系统、配网保护定值整定与管理平台五大类系统，因此数据源较多，接口的可交互性成为影响数据应用的最主要难题。

传统的故障分析工作模式如下：配电网故障后，人工登录各类系统，收集故障信息、故障电流/电压、开关量、动作信息、接线图等资料，再通过以上资料分析故障地点、故障原因以及当次故障发生时配电网上下游开关动作是否均正确。但人工收集数据效率低、需跨多平台，容易出现错误和遗漏，受人工干扰因素较多，易导致分析结果有误。配网故障人工数据采集与分析流程如图1所示。

3.2    智能识别方法

为提高配电网保护动作正确性分析的效率与准确性，实现故障分析工作的减负增效，本文提出一种配网保护异常动作智能识别方法。通过建立系统，自动采集和分析多个平台的数据信息，包括故障信息、跳闸开关的所属位置、保护动作信息、开关变位情况、装置定值设置情况、定值单数据、故障线路开关分布信息等数据，并建立一套配网保护异常动作智能判别流程，如图2所示。

首先，判断已发生跳闸的开关是隶属于变电站内的馈线开关还是站外分段开关，跳闸方式是否为自动跳闸。其次，结合已收集到的故障点位置信息，搜索故障点电源侧自动化开关数量N，并遍历这N个开关，查看是否有保护动作信息。然后，通过分析保护动作信息与对应的保护装置定值、自动化开关变位情况，得到对应保护是否出现异常动作情况。最后，通过计算机程序对上述信息进行综合分析与判断后，输出一个判断结果，如整定定值有误、开关控制器（保护）拒动、开关本体拒动、正确动作等内容，为系统的下一步拓展应用服务。

3.3    应用注意事项

本文研究的配电网异常动作智能识别方法可作为系统开发的理论依据与基础，但系统开发时还应注意以下几个方面：（1）实现智能识别与分析的前提是要能实现多个平台与系统的数据采集，因此应优先处理好接口与数据获取权限的问题，提前做好数据处理。（2）应提前布局好所采集数据的格式与存储方案，便于实现对数据充分共享，完成扩展性应用与实用化设计。（3）系统前期设计应充分考虑网络安全问题和操作系统的选择，确保其符合网络信息传输安全要求。接入前应按相关制度要求，做好对信息系统安全等级保护状况的测试评估。

4 结论

（1）通过分析配电网保护异常动作的具体原因，提出解决措施与处理建议，能够解决现有配网保护异常动作问题，确保故障在最小范围内隔离，缓解电网越级动作压力，避免扩大停电范围，保障用户的安全、可靠用电。

（2）提出一种配电网保护异常动作的智能识别方法，从采集数据、智能分析等方面进行研究，通过机器的自动分析与识别来取代现有的人工识别与分析方法，提高工作效率和分析的准确性，加强故障分析的时效性。

（3）通过对配网保护动作智能分析方法的研究，为后续智能分析系统与平台的开发提供理论基础与实现方案。

[参考文献]

[1] 廖峰，陈锦荣，黎永豪，等.小电阻接地方式下接地变压器零序差动保护的研究及应用[J].广东电力，2020，33（7）：100-106.

[2] 雷潇，廖文龙，刘强，等.10 kV小电阻接地系统的接触电压安全性研究[J].电瓷避雷器，2017（3）：77-81.

[3] 林志超，劉鑫星，王英民，等.基于零序电流比较的小电阻接地系统接地故障保护[J].电力系统保护与控制，2018，46（22）：15-21.

[4] 廖峰.基于差异化的配网保护装置检验方法研究[J].机电信息，2020（30）：30-31

[5] 张光儒，杨勇，刘丽娟，等.光伏电站送出线路零序保护异常动作分析[J].电气技术，2019，20（1）：93-96.

[6] 朱伟，胡慧艳，苏晓，等.继电保护设备二次回路隐患的智能分析方法研究[J].电气技术与经济，2019（1）：9-12.

[7] 葛锦锦，汪诗经，张国庆，等.影响配网继电保护正确动作的设备问题及对策[J].安徽电力，2020（2）：33-36.

[8] 齐京亮，李静，高琳.一种基于多渠道故障信息的配网故障研判技术[J].黑龙江电力，2019，41（1）：56-59.

收稿日期：2021-08-12

作者简介：廖峰（1985—），男，福建南平人，工学硕士，高级工程师，主要从事电力系统继电保护运行管理及相关研究工作。