配電網(wǎng)保護(hù)配置方案評(píng)估方法研究

檀楓

摘要：本文主要研究配電網(wǎng)保護(hù)裝置的方案評(píng)估方式，簡(jiǎn)要分析供電系統(tǒng)中安設(shè)保護(hù)裝置的意義，著重探究配置方案的評(píng)估方法，此處主要通過(guò)兩種評(píng)估方式，分別例舉不同的配置方案，通過(guò)比較二者之間呈現(xiàn)的指標(biāo)判定方案的相對(duì)優(yōu)劣。以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);保護(hù)裝置;方案評(píng)估

引言：繼電保護(hù)是保持電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保護(hù)措施，目前，該領(lǐng)域已經(jīng)提出相關(guān)的配置和整定方向，但在實(shí)際的配置工作中仍存在較大的差異，難以有效選擇最優(yōu)方案。因此，采取何種定量評(píng)估方案是當(dāng)前急需研究的課題。

一、配電網(wǎng)保護(hù)配置的價(jià)值

配電網(wǎng)中應(yīng)用的繼電保護(hù)技術(shù)對(duì)其運(yùn)行的安全穩(wěn)定性具有重要作用。具體而言，一方面，能夠自動(dòng)識(shí)別配電網(wǎng)出現(xiàn)的故障問(wèn)題。配電網(wǎng)工作期間，由于其長(zhǎng)期不間斷地運(yùn)作極易出現(xiàn)異常情況，繼電保護(hù)設(shè)備處于正常工作狀態(tài)時(shí)，能夠自動(dòng)對(duì)異常情況進(jìn)行識(shí)別，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。借助繼電保護(hù)系統(tǒng)，便可以將檢測(cè)到的故障問(wèn)題切除，以免波及配電網(wǎng)其他的部分。借此能夠及時(shí)制止異常問(wèn)題的進(jìn)一步蔓延。若未能及時(shí)切除，會(huì)導(dǎo)致其他能夠正常工作的部分出現(xiàn)問(wèn)題，造成大范圍的電網(wǎng)故障，不僅會(huì)提高檢修的難度，還會(huì)增加相關(guān)電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，浪費(fèi)大量的資源。

另一方面，可以及時(shí)提醒相關(guān)人員。一旦配電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況，安裝的保護(hù)裝置可以向連接的控制中心發(fā)出相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，起到提醒的作用。具體而言，會(huì)向相關(guān)人員發(fā)出配電網(wǎng)中的異常部分實(shí)施合理檢修;遇到較為嚴(yán)重的故障問(wèn)題需暫停某區(qū)域配電網(wǎng)的工作，指派技術(shù)人員實(shí)施整體的檢修工作;在較短的時(shí)間內(nèi)切除發(fā)生異常情況的部分，由此確保整個(gè)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，為客戶提供充足的電力資源，以免細(xì)小故障持續(xù)蔓延，不僅會(huì)造成難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)降低相關(guān)電力企業(yè)的社會(huì)效應(yīng)。

二、配電網(wǎng)保護(hù)配置方案的比較評(píng)估

2.1能量損失指標(biāo)

電力系統(tǒng)中的能量損失主要指的是其在運(yùn)行過(guò)程中的功率損耗。而功率損耗可以細(xì)化成兩個(gè)模塊，其一，固定損耗。該種損耗通常是無(wú)法避免的，配電網(wǎng)中的變壓設(shè)備、電動(dòng)機(jī)等此類裝置在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生損耗的問(wèn)題，具體的損耗值是根據(jù)設(shè)備本身的容量以及通過(guò)的定額電壓控制，電壓、容量以及損耗，三者是呈同方向變動(dòng)的。其二，變動(dòng)性損耗。該種配電網(wǎng)的損耗主要來(lái)源于電網(wǎng)中銅質(zhì)材料的構(gòu)件，如電線等，其與流通的電流有直接關(guān)系，呈正比例。另外，其損耗值根據(jù)電網(wǎng)該區(qū)域內(nèi)的負(fù)載值決定，損耗隨之增大。由此，合理計(jì)算配電網(wǎng)的能量損耗和其保護(hù)配置方案對(duì)異常情況的處理及恢復(fù)方式之間存在密切地聯(lián)系。為能夠明確說(shuō)明該項(xiàng)技術(shù)，可從短時(shí)以及長(zhǎng)時(shí)兩種停電情況進(jìn)行對(duì)此分析[1]。

短時(shí)停電是包括異常情況出現(xiàn)到完全恢復(fù)正常通電的過(guò)程，該過(guò)程的時(shí)間不會(huì)超過(guò)三分鐘。反之，長(zhǎng)時(shí)停電便是指此過(guò)程超過(guò)三分鐘。我國(guó)能源局為調(diào)動(dòng)相關(guān)電力企業(yè)使用自動(dòng)化的電網(wǎng)系統(tǒng)，將二者的分界線設(shè)定為三分鐘。現(xiàn)階段，重合閘在電力系統(tǒng)運(yùn)行中已經(jīng)得到有效普及，由此，若配電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時(shí)性的異常情況，一般情況下僅會(huì)產(chǎn)生短時(shí)停電問(wèn)題;若為永久性的異常情況，相應(yīng)的停電時(shí)間往往存在較大的差異，具體時(shí)長(zhǎng)還需根據(jù)配電網(wǎng)實(shí)際情況來(lái)看。例如，某供電系統(tǒng)中的架空主干線出現(xiàn)永久性的故障問(wèn)題，若該系統(tǒng)中已經(jīng)配備相依的保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)饋線的自動(dòng)化，在未出現(xiàn)故障的線路區(qū)域，通常能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)停電，換言之，可以在三分鐘內(nèi)恢復(fù)正常的供電運(yùn)行。同時(shí)，相應(yīng)的故障區(qū)域的線路，技術(shù)人員通常要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的檢修，時(shí)間無(wú)明確的值，由此導(dǎo)致故障區(qū)域所管轄的用電客戶需要經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)停電。上述情況屬于郊區(qū)以及較為偏遠(yuǎn)地區(qū)的配電網(wǎng)故障檢修情況。若是處于市區(qū)內(nèi)的配電網(wǎng)線路出現(xiàn)此類異常問(wèn)題，在確保饋線已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的情況下，通常能夠在短時(shí)間內(nèi)正常供電，不會(huì)出現(xiàn)超過(guò)三分鐘的情況。

配電網(wǎng)能量損失可由“ ”表示，其包括短時(shí)以及長(zhǎng)時(shí)兩種。例如，短時(shí)能量損失從 出現(xiàn)故障問(wèn)題直至 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，在此過(guò)程中涉及到切除故障、找尋故障位置等操作。因?yàn)?小于三分鐘，由此可判定其屬于短時(shí)故障范圍內(nèi)。而后續(xù)的搶修作業(yè)進(jìn)行期間產(chǎn)生的能量損失，直至最終的完全通電需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)，公式表示為 分鐘，由此，該部分產(chǎn)生的 便可稱之為長(zhǎng)時(shí)。瞬時(shí)性的異常情況僅包括短時(shí)的能量損失，其長(zhǎng)時(shí)能量損失值為 ，而永久性故障情況是二者兼有的。若供電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化的保護(hù)配置，長(zhǎng)時(shí)停電小于短時(shí)停電的波及范圍，但長(zhǎng)時(shí)的能量損失通常經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)，以“ ”為單位。由此可知，一般情況下，長(zhǎng)時(shí)能量損失值會(huì)大于短時(shí)能量損失值。另外，永久性故障中，由于長(zhǎng)時(shí)能量損耗不等，其短時(shí)能量損耗實(shí)際的數(shù)值較小，通常可以忽略不計(jì)。但若出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)能量損失一致的情況，則表示相應(yīng)的波及范圍相同，對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)恢復(fù)所消耗的時(shí)長(zhǎng)一樣，此時(shí)便應(yīng)通過(guò)對(duì)比短時(shí)能量損失評(píng)估保護(hù)配置方案[2]。

兩個(gè)能量損失計(jì)算方案X和Y評(píng)估對(duì)比如下：X方案的能量損失值包括其相應(yīng)的短時(shí)和長(zhǎng)時(shí)兩個(gè)部分的損失值，Y方案也包括其對(duì)應(yīng)的兩個(gè)損失值。 等于在長(zhǎng)時(shí)能量損失值不相等的情況下X方案長(zhǎng)時(shí)損失減去Y方案的長(zhǎng)時(shí)能量損失值，以及在兩個(gè)方案長(zhǎng)時(shí)損失值相等的情況下，二者短時(shí)損失值相減。

結(jié)論是：當(dāng)X與Y方案能量損失差值 大于零時(shí)，表示Y方案好于X方案，反之亦反。

2.2保護(hù)定制方案

該處以某鄉(xiāng)村配電網(wǎng)為例，具體可分成三個(gè)部分，其中的CB1是配電網(wǎng)中的饋線開(kāi)關(guān)，其他兩個(gè)是劃分電網(wǎng)可部分的開(kāi)關(guān)，另外，該配電網(wǎng)中在各分段處配設(shè)相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備，其中包括兩個(gè)三段式的電網(wǎng)電流保護(hù)裝置，另一個(gè)專門針對(duì)過(guò)電流問(wèn)題。該系統(tǒng)中，等效阻抗的端值約為 以及 ，各長(zhǎng)度可由字母 表示，具體數(shù)值約為 千米，處于同一配電網(wǎng)中，其具體發(fā)生故障的概率基本一致，具體為每年每千米發(fā)生 次。該配電網(wǎng)中使用的饋線型號(hào)一致，且相應(yīng)的電抗值達(dá)到 每千米，不同段線路的負(fù)荷值有所差異，前兩段為兩毫瓦，后一段為一毫瓦。

方案X：第一個(gè)保護(hù)裝置的電流第二段和第二個(gè)保護(hù)裝置的電流第一段同時(shí)工作時(shí)，呈現(xiàn)的靈敏度效果不佳。而方案Y是和第二個(gè)保護(hù)裝置的電流第二段相互配合。在配電網(wǎng)出現(xiàn)短路問(wèn)題時(shí)，保護(hù)裝置需要進(jìn)行切除操作，但屬于永久性的異常情況，仍然需依靠技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修。X與Y二者的差別在于第一個(gè)保護(hù)裝置在電流第二段的定值。在完成自動(dòng)化操作后，對(duì)應(yīng)的能量損失值相同，由此，僅需通過(guò)比較X與Y短時(shí)的能量損耗值進(jìn)行方案評(píng)估。具體計(jì)算公式為：

若在線路 出現(xiàn)由于保護(hù)裝置造成無(wú)電的情況，則其值為 ，相反便調(diào)至 ，此種計(jì)算方式是將出現(xiàn)誤動(dòng)的概率納入考慮的范圍內(nèi)。而若屬于瞬時(shí)性問(wèn)題，通常能夠在較短的時(shí)間內(nèi)解決，因此，為得到有效的方案評(píng)估數(shù)據(jù)，該處將故障的恢復(fù)時(shí)間設(shè)定為一秒。在上述X與Y中，配電網(wǎng)中的第三個(gè)保護(hù)裝置的整定值為變化，同時(shí)其他方面的指標(biāo)也達(dá)到既定的標(biāo)準(zhǔn)，因此，異常情況技能發(fā)生在前兩段。據(jù)相關(guān)模擬試驗(yàn)顯示，采用方案X，會(huì)擴(kuò)大故障波及的范圍，而方案Y中的第一個(gè)保護(hù)裝置的電流第二段可以實(shí)現(xiàn)正常的操作。對(duì)應(yīng)的平均損耗量X方案小于Y方案。

結(jié)論：方案Y能夠完成相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作，但在時(shí)間上會(huì)有所延長(zhǎng)，且X方案的錯(cuò)誤率較低，通常情況下，使用X方案，可以完成正常的保護(hù)動(dòng)作，由此得出，X方案要好于Y方案[3]。

結(jié)束語(yǔ)：定量指標(biāo)的評(píng)估方式對(duì)于配置方案的選擇有切實(shí)的價(jià)值。本文借助對(duì)比的方式，對(duì)兩個(gè)方案的不同指標(biāo)進(jìn)行分析，以此為基礎(chǔ)，選出更佳的配置方案。相信經(jīng)過(guò)相關(guān)人士的不斷努力研究，能夠逐漸完善評(píng)估方式。

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[3]榮秀婷，葉彬，陳靜，等.基于配電自動(dòng)化的配電系統(tǒng)供電可靠性評(píng)估[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2018，47（07）：34-38.