一、背景与意义
近年来，配电网安全运行水平与供电可靠性有了很大的进步，但与国际先进水平还有一定的差距。提高配电网相间故障隔离的选择性，实现单相接地故障的就近快速隔离，是当前提高配电网设备及人身安全性和供电可靠性的重要课题。
目前，我国配电网的故障处理存在以下问题：
（1）配电网的继电保护配置相对弱化，发生配网故障时选择性差，线路下游、支线、用户系统故障会造成全线停电，停电范围大，故障点查找难，供电恢复时间长。
（2）小电流接地故障没有得到有效解决。部分变电站接地故障选线装置原理上有缺陷，正确选线率低。配网自动化系统一般不具备小电流接地故障隔离功能，主要依赖录波型故障指示器实现故障定位，可靠性差。耐接地电阻能力低，不能保证人身安全。
2017年国网公司下发的《配电网技术导则》增加了小电流接地系统“永久性单相接地故障选线选段、就近快速隔离”的要求，“参考国际先进做法，改变长期以来单相接地故障下持续运行2小时的传统做法”。
本方案围绕进一步提高安全性与供电可靠性的目标，拟采用暂态原理接地故障检测技术实现小电流接地故障快速就近隔离、通过完善继电保护配合减少相间短路故障越级跳闸。
二、故障处理思路
1.相间故障保护思路
提高线路出口断路器Ⅰ段保护定值，在实现与主变压器后备保护配合的同时，将线路保护瞬时动作区域缩短至2km以内，为实现线路出口保护与下游保护的配合创造条件。
为分支开关、分界开关配置电流保护，与线路出口保护实现三级配合，有选择性的切除线路出口I段保护区外分支线与用户故障，防止越级跳闸。线路出口I段保护区内分支线与用户故障，通过二次重合闸（或主站遥控方式）恢复对非故障区域的供电。
主干线路故障由原有集中型配电自动化处理。
在距离较长的（大于8km）架空线路中，在线路后半段（约三分之一处）配置中间断路器保护，与线路出口保护通过电流定值的配合，直接切除主干线路后半段的故障区段，解决出线保护无法保护线路全长的问题。
2.小电流接地故障保护思路
国家电网颁布的《配电网技术导则（Q/GDW 10370—2016 ）》要求就近快速隔离永久性单相接地故障，南方电网在积极推广小电流接地故障的自动跳闸。国际上法国、意大利、日本等国都采用自动跳闸隔离小电流接地故障。就近自动隔离小电流接地故障，既可保留小电流接地系统在瞬时性接地故障自愈的优点，又能避免长期运行带来的危害。
线路出口断路器与线路分段开关、分支开关、分界开关配置暂态原理小电流接地故障方向保护，通过阶梯式动作时限配合，有选择性就近切除故障，防止故障点上游线路区段停电。
对于单联络电源的架空环网，通过联络开关合闸以及与分段开关动作的配合恢复故障点下游非故障区段的供电。
暂态接地保护利用故障产生的暂态信号，耐接地电阻能力超过2kΩ，不受消弧线圈影响，不需要在中性点投入并联电阻，投资小，安全性好。
三、架空线路相间短路保护方案
1.变电站线路出口断路器保护
配置三段式保护，二次重合闸（第二次重合闸可由主站遥控方式代替）。
（1）Ⅰ段保护
配置Ⅰ段保护的目的：减少线路出口短路大电流对主变的危害，减少母线电压暂降的危害。
按照与主变压器二次侧Ⅱ段保护电流定值配合的原则，选择线路出线I段保护电流定值。因为电流定值大为提高，保护区大约在2km以内，线路出口电流I段保护越级动作的范围大为减少
在I段保护区内分支线、用户故障时，出口保护仍然会越级跳闸，这时通过二次重合闸恢复对非故障区域的供电。
（2）电流Ⅱ段保护
由于线路出口断路器配置了电流I段保护，因此将Ⅱ段保护动作时限选为0.5s，以与下游保护配合，提高保护动作的选择性。
（3）电流Ⅲ段保护
Ⅲ段保护动作时限选为1.8s。
（4）重合闸。
线路出口采用二次重合闸，以在I段保护区内分支线、用户故障时恢复供电。
（5）保护动作情况说明
I段保护保护区外分支线路与用户侧故障时，由分支开关、分界开关或用户侧保护动作切除故障，不会越级跳闸。
如果I段保护区内分支线路出现永久性故障，越级跳闸后通过重合闸或主站遥控方式恢复主干线路的供电。
主干线路故障由集中型配电自动化处理。
2.中间断路器保护
中间断路器保护的作用：防止线路下游主干线路故障造成全线停电，解决线路出口断路器保护在长线路末端故障时灵敏度不满足要求的问题。实际工程中，线路长度小于5km时，可不配置中间断路器保护。
配置两段式电流保护与一次重合闸，重合到故障上加速跳闸。
（1）电流Ⅱ段保护。电流Ⅱ段保护的动作时限选为0.5s，以与下游分支线与分界开关保护配合。
（2）电流Ⅲ段保护。动作时限按阶梯时限原则整定，时间级差0.2s。
（3）重合闸。重合闸的作用是防止瞬时性故障引起长时间停电，且在出现越级跳闸时恢复对非故障区段的供电。配置一次重合闸，动作时限设为1s。
（4）保护动作情况说明。配电线路三相短路电流随故障距离的变化曲线如图3-2所示，短路电流随着故障距离的增加急剧下降，在故障位置距变电站1km时，短路电流就大致下降到母线处短路电流的一半。因此中间断路器Ⅱ段电流定值与出口Ⅱ段电流定值能够配合，可避免出口保护越级跳闸。
如果出口Ⅱ段电流保护区延伸到中间断路器后，则中间断路器下游故障时出口断路器会越级跳闸；通过重合闸恢复中间断路器上游线路区段供电。
3.分支断路器保护
分支断路器保护的作用：防止分支线路故障造成越级跳闸。
配置两段式电流保护，一次重合闸，重合到故障上后加速跳闸。
（1）电流Ⅱ段保护。动作时限比上游Ⅱ段保护动作时限低一个时间级差，统一选为0.3s。
（2）电流Ⅲ段保护。Ⅲ段保护动作时限按比上游保护Ⅲ段保护动作时限低一个时间级差（0.2s）。
（3）重合闸。配置一次重合闸，防止分支线路瞬时性故障引起长时间停电。动作时限为1s。
4.分界断路器保护
分界断路器保护的作用：防止用户系统内故障造成越级跳闸。
分界断路器配置两段式电流保护、一次重合闸，重合到故障上加速跳闸。
（1）电流Ⅱ段保护。动作时限选为0.1s，以与下游配变熔断器保护配合，避免越级跳闸。
（2）电流Ⅲ保护。Ⅲ段保护动作时限按比分支开关保护Ⅲ段保护动作时限低一个时间级差（0.2s）。
（3）重合闸。配置一次重合闸，动作时限选为1s；重合闸作用是防止用户系统发生瞬时性故障时，会造成用户长时间停电。
四、架空线路小电流接地故障保护方案
1.工作原理
发生小电流接地故障时，故障点上游的暂态零序电流方向相同，均流向母线；故障点下游和非故障线路暂态零序电流方向与故障点上游相反，均流向线路。根据开关处暂态零序电流的方向，即可判断故障点的方向。
线路出口断路器与线路分段开关、分支开关、分界开关配置暂态原理小电流接地故障方向保护，保护通过阶梯式动作时限配合，就近切除接地故障。
暂态接地方向保护通过比较零序电压导数与零序电流的极性判断故障方向，二者相反时判为正向故障，相同时判为反向故障。
变电站亦可配置暂态选线装置，自动选择故障线路，自动跳闸切除故障。
暂态原理接地保护具有以下优点：利用故障产生的暂态信号，灵敏度高，不受消弧线圈影响；耐接地电阻能力达2kΩ，能够有效地保护人体触电、导线坠地与树闪故障；不需要在中性点投入电阻或注入信号，安全性好，投资小。
2.接地方向保护的配置与整定
变电站出线开关、线路分段开关、分支开关、分界开关部署暂态接地方向保护，检测到接地故障方向为正时保护启动，通过阶梯式时间配合就近切除接地故障。
保护动作时限整定原则：最末级保护动作时限不小于2s，时间级差0.5s。
五、对一二次设备的要求
架空线路柱上开关选型遵循国网公司一二次融合的要求，内置有零序电流传感器，由于目前零序电压传感器内置方式不够成熟，采用外置方式。
柱上分段开关两侧各配置线电压互感器，提供电压测量信号和保护装置工作电源；其中一侧配置零序电压传感器，提供零序电压测量信号。分支、分界开关电源侧配置一个线电压互感器，提供电压测量信号和保护装置工作电源；配置零序电压传感器，提供零序电压测量信号。
柱上开关能够快速动作切除故障，动作时间小于100ms。柱上开关保护终端同时满足相间短路保护、小电流接地故障方向保护、故障测距以及配电SCADA的需求。
小电流接地系统变电站配置暂态选线装置，具备自动跳闸切除故障的功能。