架空配电线路短路故障处理方法及保护系统

技术领域

本申请涉及电力系统继电保护技术领域，具体而言，涉及一种架空配电线路短路故障处理方法及保护系统。

背景技术

电力系统包含发电、输电、配电和用电等环节，其中从输电网(或本地区发电厂与分布式电源)接受电力，就地或逐级向各类用户供给和配送电能的电力网成为配电网。配电网按照配电线路类型的不同，可分为架空配电网络、电缆配电网络、架空线与电缆混合配电线路。本申请的应用场景就是针对架空配电分段线路，故障类型针对配电主干线路的相间短路故障，并能够正确识别瞬时性故障和永久性故障，对于接线方式，适用于单电源辐射状的架空配电线路。

架空配电线路短路故障存在瞬时性故障和永久性故障两种情况。现有保护和重合闸技术对于架空配电线路发生瞬时性故障时，能够快速隔离，快速恢复，但往往不能满足永久性故障精准隔离的要求。通过对架空配电线路配置三段式过流保护，当故障发生在配电主干线路上时，故障区段的电源侧会识别故障并隔离故障，而负荷侧并不会跳闸隔离区段。

此外，对于架空配电线路短路故障情况，无通道保护同样是针对中低压配电网、仅使用单端电气信息量的全线快速保护，能够精准隔离永久故障区段，但配电线路无通道保护的时间整定与重合闸的时间整定配合困难，不能满足瞬时性故障快速恢复的要求。当短路故障发生在配电主干线路上时，无通道保护不会区分瞬时性故障和永久性故障，会直接使得故障区段两端电源侧和负荷侧开关均跳闸，不能满足瞬时性故障快速恢复供电的要求。

发明内容

本申请旨在解决或改善上述技术问题。

为此，本申请提供了一种架空配电线路短路故障处理方法。

本申请还提供了一种架空配电线路保护系统。

本申请第一方面的技术方案提供了一种架空配电线路短路故障处理方法，用于架空配电线路，架空配电线路上设有多个量测点，每个量测点设有断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元，方法包括：分别通过电压互感器和电流互感器获取每个量测点处三相电压实时值以及三相电流实时值；保护控制单元用于：根据三相电压实时值和三相电流实时值分别计算出电压有效值和电流有效值，并实时比较量测点的电压有效值和电压整定值，以及实时比较电流有效值与电流整定值，并根据比较结果确定是否发生故障，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点；以及当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点；在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值；在电流有效值小于电流整定值时，保护复归；以及在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开；以及在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开，否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。

根据本申请提供的架空配电线路短路故障处理方法，首先分别通过电压互感器和电流互感器获取每个量测点处三相电压实时值以及三相电流实时值。然后每个量测点保护控制单元设置电压电流整定值和出口动作断路器时间延迟，实时比较量测点的电压电流有效值与电压电流整定值的关系，并根据比较结果对短路故障进行处理，判断故障发生，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点。当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点。在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值。在电流有效值小于电流整定值时，保护复归。在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开。在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开。否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。通过本申请的技术方案，检查到故障之后，短时间内两次让断路器合闸，从而确定是瞬时故障还是永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作，提高配电线路的供电可靠性。

另外，本申请提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

在一些技术方案中，可选地，在确定故障是永久性故障之后，还包括：以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，如果任一量测点检测到任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，则确定量测点为故障区段负荷侧量测点；故障区段负荷侧量测点的保护驱动断路器动作，隔离故障区段。

在该技术方案中，在确定故障是永久性故障之后，还包括以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，如果任一量测点检测到任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，则确定量测点为故障区段负荷侧量测点。最后故障区段负荷侧量测点的保护驱动断路器动作，隔离故障区段，从而实现永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。具体地，故障发生之后，先判断出故障区段电源侧量测点，然后直接确定是瞬时性故障还是永久性故障。如果是瞬时性故障，故障区段负荷侧量测点的保护不用做任何动作，只要在永久性故障的时候，才通过电压和时间的关系确定故障区段负荷侧量测点并让这个量测点的保护动作。

在一些技术方案中，可选地，电压整定值为额定电压的0.6倍-0.8倍；电流整定值为配电线路最大负荷电流的1.1倍-1.3倍。

在该技术方案中，在每个量测点设定判断故障发生的电流整定值和电压整定值，电流整定值可设置为配电线路最大负荷电流的1.2倍，电压整定值可设置为额定电压的0.7倍。

在一些技术方案中，可选地，架空配电线路短路故障处理方法包括：根据量测点与电源的位置，从电源的末端至电源的首端设定出口跳闸延时；根据对偶原则，在量测点的相邻负荷侧的量测点，设定与量测点的出口跳闸延迟一致的动作时间。

在该技术方案中，根据量测点与电源的位置，从电源末端至电源首端设定出口跳闸动作时间延迟。根据对偶原则，在量测点的相邻负荷侧量测点，设定与量测点的出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

在一些技术方案中，可选地，每个量测点的保护控制单元的保护动作延时时间按照从电源的末端到电源的首端逐级增加的原则设置，电压整定值对应的断路器出口动作保护时间按照对偶原则，在量测点的相邻负荷侧的量测点，设定与量测点的出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

在该技术方案中，每个量测点的保护控制单元的保护动作延时时间按照从电源的末端到电源的首端逐级增加的原则设置，电压整定值对应的断路器出口动作保护时间按照对偶原则，在量测点的相邻负荷侧的量测点，设定与量测点的出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

本申请第二方面的技术方案提供了一种架空配电线路的保护系统，用于单电源辐射状配电网络，保护系统包括：多个量测点，量测点位于单电源辐射状配电网络上，每个量测点设有断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元；保护控制单元用于：根据三相电压实时值和三相电流实时值分别计算出电压有效值和电流有效值，并实时比较量测点的电压有效值和电压整定值，以及实时比较电流有效值与电流整定值，并根据比较结果确定是否发生故障，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点；以及当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点；在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值；在电流有效值小于电流整定值时，保护复归；以及在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开；以及在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开，否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。

根据本申请提供的架空配电线路的保护系统，用于单电源辐射状配电网络，保护系统包括多个量测点。在架空配电线路上分段设置多个量测点，量测点处安装断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元的综合系统，并配置在在变电站外柱上。可以理解，本申请应用场景为架空配电分段线路，包含源、线路、负荷，其中源为连接上一级电力网络的主变压器，线路为单电源辐射状配电网络，负荷为分布于主干线路上分支线路引出的分散负荷。通过量测点处安装断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元，能够检查到故障之后，短时间内两次让断路器合闸，从而确定是瞬时故障还是永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作，提高配电线路的供电可靠性。

在一些技术方案中，可选地，在确定故障是永久性故障之后，每个量测点的保护控制单元还用于：以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，检测任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，并确定是否与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，如果一致，则确定该量测点为故障区段负荷侧量测点；故障区段负荷侧量测点的保护控制单元驱动断路器动作，隔离故障区段。

在该技术方案中，在确定故障是永久性故障之后，每个量测点的保护控制单元还用于以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，检测任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，并确定是否与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，如果一致，则确定该量测点为故障区段负荷侧量测点。然后故障区段负荷侧量测点的保护控制单元驱动断路器动作，隔离故障区段，从而实现永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。具体地，故障发生之后，先判断出故障区段电源侧量测点，然后直接确定是瞬时性故障还是永久性故障。如果是瞬时性故障，故障区段负荷侧量测点的保护不用做任何动作，只要在永久性故障的时候，才通过电压和时间的关系确定故障区段负荷侧量测点并让这个量测点的保护动作。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的步骤流程示意图之一；

图2为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的步骤流程示意图之二；

图3为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的步骤流程示意图之三；

图4为本申请一个实施例的架空配电线路保护系统的结构示意框图；

图5为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的步骤流程示意图之四；

图6为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的方案配置图；

图7为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L2短路故障图；

图8为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L2发生瞬时性故障时四处开关的时间序列图；

图9为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L2发生永久性故障时四处开关的时间序列图；

图10为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L3短路故障图；

图11为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L3发生瞬时性故障时四处开关的时间序列图；

图12为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L3发生永久性故障时四处开关的时间序列图；

图13为本申请一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法的线路L1短路故障图。

其中，图4中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10：架空配电线路保护系统；120：单电源辐射状配电网络；130：量测点；132：断路器；134：电压互感器；136：电流互感器；138：保护控制单元。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图13描述本申请一些实施例的架空配电线路短路故障处理方法及保护系统。

如图1所示，本申请第一方面的实施例提供了一种架空配电线路短路故障处理方法，用于架空配电线路，架空配电线路上设有多个量测点，每个量测点设有断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元，方法包括以下步骤：

步骤S102：分别通过电压互感器和电流互感器获取每个量测点处三相电压实时值以及三相电流实时值；

步骤S104：根据三相电压实时值和三相电流实时值分别计算出电压有效值和电流有效值，并实时比较量测点的电压有效值和电压整定值，以及实时比较电流有效值与电流整定值，并根据比较结果确定是否发生故障，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点；

步骤S106：当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点；

步骤S108：在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值；

步骤S110：在电流有效值小于电流整定值时，保护复归；

步骤S112：在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开；

步骤S114：在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开，否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。

根据本实施例提供的架空配电线路短路故障处理方法，首先分别通过电压互感器和电流互感器获取每个量测点处三相电压实时值以及三相电流实时值。然后每个量测点保护控制单元设置电压电流整定值和出口动作断路器时间延迟，实时比较量测点的电压电流有效值与电压电流整定值的关系，并根据比较结果对短路故障进行处理，判断故障发生，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点。当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点。在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值。在电流有效值小于电流整定值时，保护复归。在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开。在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开。否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。通过本实施例，检查到故障之后，短时间内两次让断路器合闸，从而确定是瞬时故障还是永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作，提高配电线路的供电可靠性。

如图2所示，根据本申请提出的一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法，在确定故障是永久性故障之后，还包括以下步骤：

步骤S202：以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，如果任一量测点检测到任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，则确定量测点为故障区段负荷侧量测点；

步骤S204：故障区段负荷侧量测点的保护驱动断路器动作，隔离故障区段。

在该实施例中，在确定故障是永久性故障之后，还包括以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，如果任一量测点检测到任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，与故障区段电流侧量测点的断路器的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，则确定量测点为故障区段负荷侧量测点。最后故障区段负荷侧量测点的保护驱动断路器动作，隔离故障区段，从而实现永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。具体地，故障发生之后，先判断出故障区段电源侧量测点，然后直接确定是瞬时性故障还是永久性故障。如果是瞬时性故障，故障区段负荷侧量测点的保护不用做任何动作，只要在永久性故障的时候，才通过电压和时间的关系确定故障区段负荷侧量测点并让这个量测点的保护动作。

在上述实施例中，可选地，在每个量测点设定判断故障发生的电流整定值和电压整定值，电流整定值可设置为配电线路最大负荷电流的1.2倍，电压整定值可设置为额定电压的0.7倍。

如图3所示，根据本申请提出的一个实施例的架空配电线路短路故障处理方法，包括以下步骤：

步骤S302：根据量测点与电源的位置，从电源的末端至电源的首端设定出口跳闸延时；

步骤S304：根据对偶原则，在量测点的相邻负荷侧的量测点，设定与量测点的出口跳闸延迟一致的动作时间。

在该实施例中，根据量测点与电源的位置，从电源末端至电源首端设定出口跳闸动作时间延迟。根据对偶原则，在量测点的相邻负荷侧量测点，设定与量测点的出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

在上述实施例中，可选地，每个量测点的保护控制单元的保护动作延时时间按照从电源的末端到电源的首端逐级增加的原则设置，电压整定值对应的断路器出口动作保护时间按照对偶原则，在量测点的相邻负荷侧的量测点，设定与量测点的出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

如图4所示，本申请第二方面的实施例提供了一种架空配电线路保护系统10，用于单电源辐射状配电网络120，保护系统包括：多个量测点130，量测点130位于单电源辐射状配电网络120上，每个量测点130设有断路器132、电压互感器134、电流互感器136和保护控制单元138；保护控制单元138用于：根据三相电压实时值和三相电流实时值分别计算出电压有效值和电流有效值，并实时比较量测点的电压有效值和电压整定值，以及实时比较电流有效值与电流整定值，并根据比较结果确定是否发生故障，以及根据故障发生时间以及保护动作延时时间确定量测点是否是故障区段电源侧量测点；以及当任一量测点检测到任一相的电流有效值大于电流整定值时，确定保护动作的量测点为故障区段电源侧量测点；在确定量测点为故障区段电源侧量测点后，在电流有效值持续大于电流整定值达到保护动作延时时间之后，启动电源侧出口跳闸延时计时，并在出口跳闸延时期间，持续实时比较电流有效值与电流整定值；在电流有效值小于电流整定值时，保护复归；以及在电流有效值持续大于电流整定值时，发出电源侧出口跳闸指令，使断路器断开；以及在断路器断开之后，经过重合动作延迟之后，使断路器重合，如果量测点的保护无延时再次动作，则确定故障是永久性故障，使断路器再次断开，否则，确定故障是瞬时性故障，保护复归。

根据本实施例提供的架空配电线路保护系统10，用于单电源辐射状配电网络120，保护系统包括多个量测点130。在架空配电线路10上分段设置多个量测点130，量测点130处安装断路器132、电压互感器134、电流互感器136和保护控制单元138的综合系统，并配置在在变电站外柱上。可以理解，本实施例应用场景为架空配电分段线路，包含源、线路、负荷，其中源为连接上一级电力网络的主变压器110，线路为单电源辐射状配电网络120，负荷为分布于主干线路上分支线路引出的分散负荷。通过量测点130处安装断路器132、电压互感器134、电流互感器136和保护控制单元138，能够识别架空配电线路10主干线路上相间短路故障，并能够检查到故障之后，短时间内两次让断路器合闸，从而确定是瞬时故障还是永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作，提高配电线路的供电可靠性。

在一些实施例中，可选地，在确定故障是永久性故障之后，每个量测点130的保护控制单元138还用于以故障发生时间为起始时间，以故障区段电流侧量测点确定故障为永久性故障并使断路器132再次断开的时间为终止时间，在起始时间和终止时间内，检测任一相的电压有效值与电压整定值之间随时间的变化，并确定是否与故障区段电流侧量测点的断路器132的断开重合再次断开引起的电压随时间的变化一致，如果一致，则确定该量测点为故障区段负荷侧量测点。然后故障区段负荷侧量测点的保护控制单元138驱动断路器132动作，隔离故障区段，从而实现永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。具体地，故障发生之后，先判断出故障区段电源侧量测点，然后直接确定是瞬时性故障还是永久性故障。如果是瞬时性故障，故障区段负荷侧量测点的保护不用做任何动作，只要在永久性故障的时候，才通过电压和时间的关系确定故障区段负荷侧量测点并让这个量测点的保护动作。

如图5至图13所示，根据本申请提供的一个具体实施例的架空配电线路短路故障处理方法，针对架空配电分段主干线路短路故障，包括中性点非有效接地系统的两相接地故障和相间短路故障以及中性点有效接地系统的不对称故障(两相接地故障、相间短路故障、单相接地)。通过在配电线路柱上配置由断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元组成的保护控制系统。由电压互感器和电流互感器实时获取量测点处三相电压、电流值，保护控制单元计算出电压电流有效值，并对每个量测点保护控制单元设置整定值，实时比较量测点的电压电流测量值与整定值的关系，判断故障发生。基于故障区段电源侧故障发生时刻和断路器动作时刻以及负荷侧检测到的确定时刻内的电气量变化，识别故障区段，最后通过故障区段电源侧的重合闸和负荷侧的保护定值配合，识别故障是永久性故障还是瞬时性故障。实现瞬时性故障快速隔离、快速恢复供电，永久性故障精准隔离故障区段的要求。

其中，通过在配电线路柱上设置断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元的综合系统，获取量测点处三相电压电流实时值并计算得到有效值，对每个量测点设置电压电流整定值和出口动作断路器时间延迟，经过合理整定及配合，实时比较量测点的电压电流测量值与整定值的关系，当发生故障时启动故障区段电源侧出口跳闸延时计时和负荷侧相继动作出口跳闸延时计时，实时研判保护，最后通过故障区段电源侧的重合闸和负荷侧的保护配合，识别故障是永久性故障还是瞬时性故障。在架空配电线路上分段设置多个量测点，量测点处安装断路器、电压互感器、电流互感器和保护控制单元的综合系统，并配置在在变电站外柱上。

在每个量测点处所测电压电流为架空配电线路三相实时电压电流瞬时值，并由保护控制单元计算出实时的三相电压电流有效值，以此与整定值相比较。

在每个量测点设定判断故障发生的电流整定值和电压整定值，电流整定值可设置为配电线路最大负荷电流的1.2倍，电压整定值可设置为额定电压的0.7倍。

量测点的保护出口时间延迟，按照每个量测点与电源的位置，从电源末端至电源首端设定出口跳闸动作时间延迟；同时按照对偶原则，在量测点的相邻负荷侧量测点，设定与量测点出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

量测点出口动作断路器时间延迟整定，同时包括：

电流整定值对应的出口动作断路器时间和电压整定值配合的故障区段对端断路器出口动作保护时间延迟。

其中电流整定值对应的断路器出口动作时间延迟按照从电源末端到电流首端逐级增加的原则设置，电压整定值配合的断路器出口动作保护时间按照对偶原则，在量测点的相邻负荷侧量测点，设定与量测点出口跳闸动作时间延迟一致的动作时间。

故障区段电源侧和故障区段负荷侧的电压电流有效值与整定值实时比较，并启动电源侧出口跳闸延时计时和负荷侧相继动作出口跳闸延时计时，并持续到出口跳闸动作时间满，最后通过故障区段电源侧的重合闸和负荷侧的保护配合，研判故障特征。

实时比较量测点的电压电流测量值与整定值的关系，为优先比较电流测量值是否大于电流整定值，当电流量测值大于电流整定值，则判断负荷侧发生短路故障，启动出口跳闸延时计时；如果量测点电流测量值不大于电流整定值，则比较电压测量值是否小于电压整定值，当电压测量值小于电压整定值，则判断电源侧可能发生了短路故障，启动相继动作出口跳闸延时计时。

电源侧量测点在出口跳闸动作时间延迟期内，持续比较电流测量值与电流整定值的关系，如果电流测量值小于电流整定值，则复归；如果电流测量值一直大于电流整定值，并持续到出口跳闸动作时间满，则出口跳闸。

负荷侧量测点在电源侧量测点在出口跳闸动作时间延迟期内，持续比较电压测量值与电压整定值的关系，如果电压测量值大于电压整定值，则复归；如果电压测量值一直小于电压整定值，并持续到出口跳闸动作时间满，则进行下一步判断。

负荷侧量测点在电源侧量测点在出口跳闸动作时间延迟期内，一直检测到电压测量值一直小于电压整定值，且在设定的断路器开断时间窗内，检测到电压突变至消失，则判定故障发生在本区段内，启动瞬时性与永久性故障判断程序；其他量测点的保护因对端动作时间不满足故障发生在本区段内的条件，复归。

通过故障区段负荷侧的保护与故障区段电源侧的重合闸配合，识别故障是永久性故障还是瞬时性故障。故障区段电源侧在断路器动作后，重合闸延时一段时间重合，如果是永久性故障，则重合闸后加速保护瞬时动作，如果是瞬时性故障，则重合闸成功，恢复供电。故障区段负荷侧保护与重合闸延时配合并通过电压量检测重合闸重合，判断是永久性故障还是瞬时性故障，如果是瞬时性故障，检测到电压量来电，则故障区段负荷侧保护，不动作；如果是永久性故障，检测到来电后再次失电，则故障区段负荷侧保护快速动作，隔离故障区段。

本实施例能够实现瞬时性故障时快速隔离故障、快速恢复供电和永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。

本实施例应用场景为架空配电分段线路，包含源-线路-负荷，其中源为连接上一级电力网络的主变压器，线路为单电源辐射状配电网络，负荷为分布于主干线路上分支线路引出的分散负荷。

本实施例目标为识别架空配电线路主干线路上相间短路故障，并能够正确识别故障类别，区分瞬时性故障和永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作。

区别于传统就地型馈线自动化功能利用线路出口处断路器装置与主干线路上分段负荷开关的配合，本实施例在架空配电主干线路上分段配置保护控制单元，每个保护控制单元包括电压电流互感器、断路器、控制装置以及给保护控制单元供电的供能装置(可以由变压器供电)。保护控制单元在配电主干线路上通过配置合理分段距离，安装于架空配电线路杆塔处。

具体地，本实施例提供的架空配电线路短路故障处理方法仅利用本地信息，能够实现瞬时性故障时快速隔离故障、快速恢复供电和永久性故障时精准隔离故障区段的要求，提高配电线路的供电可靠性。

其应用场景为架空配电分段线路，包含源-线路-负荷，其中源为连接上一级电力网络的主变压器，线路为单电源辐射状配电网络，负荷为分布于主干线路上分支线路引出的分散负荷。

故障类型的适用场景为：中性点非有效接地配电系统的两相短路故障，具体包括中性点不接地、经消弧线圈接地，相间短路或者两相接地故障；中性点有效接地配电系统的不对称故障，具体包括单相接地、相间短路和两相接地故障。

本实施例目标为识别架空配电线路主干线路上相间(两相)短路故障，并能够正确识别故障类别，区分瞬时性故障和永久性故障，以此在不同故障类别下进行相应动作。

本实施例在具体实施方案上，区别于传统就地型馈线自动化功能利用线路出口处断路器装置与主干线路上分段负荷开关的配合，本申请方案在架空配电主干线路上分段配置保护控制系统，每个保护控制系统包括电压互感器、电流互感器、断路器、保护控制单元以及给保护控制单元供电的供能装置(可以由变压器供电)。其中，电压互感器和电流互感器选用电子式，电子式互感器相比于传统电磁式互感器，具有较小的体积和重量、较高的精度和抗干扰能力，可以直接输出电压、电流量的数字信号，与保护控制单元直接相连。保护控制系统在配电主干线路上通过配置合理分段距离，安装于架空配电线路杆塔处。

下面首先对不同故障类型的适用场景分别进行原理分析，提取其共同特征。

对于中性点非有效接地系统包括两相接地短路故障和两相短路故障，分析如下。

当单电源辐射状架空配电线路，主干线路上某点F发生BC两相接地故障时，由复合序网图分析可将故障点F电压、电流的正负零序分量分别表示为

上式中，

故障点F的BC两相相电流为：

其中，

当单电源辐射状架空配电线路，主干线路上某点F发生BC两相短路故障时，由复合序网图分析可将故障点F电压、电流的正负零序分量分别表示为

由序分量可合成故障点F的相电压

故障点F的BC两相相电流为：

其中，

对于中性点有效接地系统包括单相接地、相间短路和两相接地短路故障，分析如下。

对于中性点有效接地系统，上述所分析的两相接地短路故障和两相短路故障情形下故障相特征一致，在此不再赘述分析。下面分析中性点有效接地系统下的单相接地故障情形。

当单电源辐射状架空配电线路，主干线路上某点F发生A相短路故障时，由复合序网图分析可将故障点F电压、电流的正负零序分量分别表示为

由序分量可合成故障点F的相电压和故障相电流

/>

其中，

在此对上述不同故障场景下的原理分析可以总结为：不考虑接地电阻时故障相电压为零或为正常运行电压的一半，故障电流各不相同但都远大于正常电流。

下讲述本保护控制系统的配置与具体实现过程，如图5所示为本实施例的实现流程图。

如图6所示对该架空配电线路，在主干线路上配置四处保护控制系统(即柱上开关处)，并将主干线路分为五段。四处保护控制单元的电压电流互感器会实时采样，获取四处量测点的实时电压电流信息，并计算得到三相电流电压的有效值，实时与预先设定判断故障发生的电流整定值和电压整定值比较。保护控制单元的启动判据如下：

式中，

按照上式优先比较电流测量值是否大于电流整定值，当电流量测值大于电流整定值，则判断负荷侧发生短路故障，启动出口跳闸延时计时；如果量测点电流测量值不大于电流整定值，则比较电压测量值是否小于电压整定值，当电压测量值小于电压整定值，则判断电源侧可能发生了短路故障，启动相继动作出口跳闸延时计时。

其中，出口跳闸动作时间延迟设置原则为，对于电流定值相应的动作时间，按照每个量测点与电源的位置，从电源末端至电源首端逐级增加一个时间差进行设定；对于电压定值对应的相继动作出口跳闸时间，设置依据为对偶原则，与该量测点位置对应的电源侧量测点的出口跳闸动作时间延迟一致，即为该量测点电压定值所对应的相继动作出口跳闸时间。在此基础上，需要加上对端断路器动作时间，同时考虑断路器动作时间的离散性，设计为时间窗t

其中，电源侧量测点在出口跳闸动作时间延迟期内，持续比较电流测量值与电流整定值的关系，如果电流测量值小于电流整定值，则复归；如果电流测量值一直大于电流整定值，并持续到出口跳闸动作时间满，则出口跳闸。

负荷侧量测点在相继动作出口跳闸延时期内，持续比较电压测量值与电压整定值的关系，如果电压测量值大于电压整定值，则复归；如果电压测量值一直小于电压整定值，并持续到出口跳闸动作时间满，则进行下一步判断。

负荷侧量测点在电源侧量测点在出口跳闸动作时间延迟期内，一直检测到电压测量值一直小于电压整定值，且在设定的断路器开断时间窗t

上式中，U

当故障区段电源侧量测点一直检测电流测量值大于整定值、负荷侧量测点一直检测电压测量值小于整定值时，二者持续到相同的动作时间满，电源侧下发跳闸命令，并随之启动重合动作延时计时t

故障区段电源侧在断路器动作后，启动重合动作延时计时t

故障区段负荷侧，如果是瞬时性故障，在故障判断程序延时期t

瞬时性故障判断程序的判据如下：

永久性故障判断程序的判据如下：

上式中，U

上述负荷侧的瞬时性与永久性故障判断程序以三相电压量的同时大于整定值或同时小于整定值，作为失电和来电的判据，以此区分瞬时性故障和永久性故障。

如图6所示的5分段10kV中压配电线路，主变压器参数为容量40MVA，电压变比为110/10kV，变压器短路电压百分比为15.5％；10kV架空配电线路的阻抗为Z＝0.17+j0.33Ω/km；五分段线路每段线路长度为2km。

在变电站外柱上设置4套保护与断路器设备(即保护控制单元)，在断路器处配置电压电流互感器，成为方案的量测点。每个量测点设置电流整定值和出口动作断路器时间延迟，电流整定值可设置为最大负荷电流的1.2倍，出口动作断路器时间延迟按照从电源末端到电流首端逐级增加的原则设置，图中为0s、0.1s、0.2s和0.3s。每个量测点设置电压整定值，和与其配合的故障区段对端断路器出口动作保护时间延迟。电压整定值可设置为额定电压的0.7倍，时间定值按照对偶原则设置如图6中所示。

判断失电的电压判据整定值设为额定电压的0.8倍和0.2倍。

此外，设置断路器开断时间窗t

下以中性点非有效接地配电系统发生两相短路故障(包括瞬时性和永久性故障)，及中性点有效接地配电系统发生单相短路故障(包括瞬时性和永久性故障)为例说明具体实施方式。

(1)中性点非有效接地配电系统发生BC两相短路故障

如图7所示的线路L2上F1点发生两相短路故障。故障后柱上开关1、柱上开关2处BC两相电流增大，柱上开关3和柱上开关4处BC两相电压降低。如图6所示，柱上开关1、柱上开关2处BC两相电流测量值大于整定值，满足电源侧启动判据并计时，准备出口跳闸。柱上开关1、柱上开关2处BC两相电压也小于整定值，但电流判据优先，因此电压判据不启动；柱上开关3和柱上开关4处BC两相电流减小，不大于定值，而BC两相电压小于整定值，电压判据启动并计时研判故障区段。柱上开关2处的出口跳闸时间延时最短，在故障发生0.2s后动作。柱上开关2打开，故障与电源侧隔离，柱上开关1、柱上开关2处的电流降低，电压恢复，此时对于柱上开关1而言，在0.3s的出口动作时间延迟内电流降低小于整定值，所以在0.2s时复归；柱上开关3处检测到失电即电压消失小于整定值，且以故障发生为起始时间，电压电流消失在对端保护延时后的时间窗0.1s内，判断故障区段在本区段，准备永久性和瞬时性故障隔离；而柱上开关4处判断故障区段在本区段内条件是对端在0.1s出口跳闸，而实际上对端在0.2s才出口跳闸，判断故障不在被保护区段内，因此在0.1s时就已经返回。

(a)瞬时性故障

柱上开关2断开后，经重合时间延迟1s后，保护重合开关2。柱上开关3处检测到来电，满足判据三相电压有效值都大于整定值，电压出现，判断对端重合。当为瞬时性故障时，柱上开关2处重合闸后，供电恢复，柱上开关3处检测到来电，判断故障是瞬时性故障，闭锁不动作。

(b)永久性故障

柱上开关2断开后，经重合时间延迟1s后，保护重合开关2。柱上开关3处检测到来电，满足来电判据三相电压有效值都大于整定值，电压出现，判断对端重合。当为永久性故障时，柱上开关2处重合闸后加速保护动作，开关2无延时再次跳开，柱上开关3处检测到失电，三相电压有效值均小于失电判据整定值，判断对端跳闸，故障是永久性故障，柱上开关3处相继动作出口跳闸。

(2)中性点有效接地配电系统发生A相单相短路故障

如图7所示的线路L2上F1点发生A相短路故障。故障后柱上开关1、柱上开关2处A相电流增大，柱上开关3和柱上开关4处A两相电压降低。如图2所示，柱上开关1、柱上开关2处A相电流测量值大于整定值，满足电源侧启动判据并计时，准备出口跳闸。柱上开关1、柱上开关2处BC两相电压也小于整定值，但电流判据优先，因此电压判据不启动；柱上开关3和柱上开关4处A相电流减小，不大于定值，而A相电压小于整定值，电压判据启动并计时研判故障区段。柱上开关2处的出口跳闸时间延时最短，在故障发生0.2s后动作。柱上开关2打开，故障与电源侧隔离，柱上开关1、柱上开关2处的电流降低，电压恢复，此时对于柱上开关1而言，在0.3s的出口动作时间延迟内电流降低小于整定值，所以在0.2s时复归；柱上开关3处检测到失电即三相电压均小于失电判据整定值，且以故障发生为起始时间，电压电流消失在对端保护延时后的断路器动作时间窗0.1s内，判断故障区段在本区段，准备永久性和瞬时性故障隔离；而柱上开关4处判断故障区段在本区段内条件是对端在0.1s出口跳闸，而实际上对端在0.2s才出口跳闸，判断故障不在被保护区段内，因此在0.1s时就已经返回。

(a)瞬时性故障

如图8所示，柱上开关2断开后，经重合时间延迟1s后，保护重合开关2。柱上开关3处检测到来电，满足判据三相电压有效值都大于整定值，电压出现，判断对端重合。当为瞬时性故障时，柱上开关2处重合闸后，供电恢复，柱上开关3处检测到来电，判断故障是瞬时性故障，闭锁不动作。

(b)永久性故障

如图9所示，柱上开关2断开后，经重合时间延迟1s后，保护重合开关2。柱上开关3处检测到来电，满足来电判据三相电压有效值都大于整定值，电压出现，判断对端重合。当为永久性故障时，柱上开关2处重合闸后加速保护动作，开关2无延时再次跳开，柱上开关3处检测到失电，三相电压有效值均小于失电判据整定值，判断对端跳闸，故障是永久性故障，柱上开关3处相继动作出口跳闸。

此外，对于图6所示的架空配电线路图，下面设置不同分段线路故障位置说明本申请的具体实施方式。

如图10、图11、图12所示，如图10所示的线路L3上F1点发生短路故障。故障后柱上开关1、柱上开关2、柱上开关3处电流增大，柱上开关4处电压降低。柱上开关1、柱上开关2、柱上开关3处电流测量值大于整定值，并计时，准备出口跳闸。柱上开关1、柱上开关2、柱上开关3处电压也小于整定值，但电流判据优先，因此电压判据不启动；柱上开关4处电流减小，不大于定值，而电压小于整定值，电压判据启动并计时研判故障区段。柱上开关3处的出口跳闸时间延时最短，在故障发生0.1s后动作。柱上开关3打开，故障与电源侧隔离，柱上开关1、柱上开关2和柱上开关3处的电流降低，电压恢复；柱上开关4处检测到失电、电压电流都消失，且以故障发生为起始时间，电压电流消失在对端保护延时后的时间窗内，判断故障区段在本区段，准备永久性故障隔离。

柱上开关3断开后，经一段时间延迟，如1s后，保护重合开关3。柱上开关4处检测到来电，电压电流出现，判断对端重合。如果是永久性故障，柱上开关3处重合闸后加速保护动作，开关3无延时再次跳开，柱上开关4处检测到失电，判断对端跳闸，故障是永久性故障，柱上开关4处相继动作出口跳闸；如果是瞬时性故障，柱上开关3处重合闸后，供电恢复，柱上开关4处检测到来电，判断故障是瞬时性故障，闭锁不动作。

如图13所示，图13线路L1故障的处理过程与线路2和3上的故障类似，不再赘述。

综上，本申请实施例的有益效果为：

1、检查到故障之后，短时间内两次让断路器合闸，从而确定是瞬时故障还是永久性故障。

2、故障发生之后，先判断出故障区段电源侧量测点，然后直接确定是瞬时性故障还是永久性故障。如果是瞬时性故障，故障区段负荷侧量测点的保护不用做任何动作，只要在永久性故障的时候，才通过电压和时间的关系确定故障区段负荷侧量测点并让这个量测点的保护动作。

在本申请中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或模块必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。