配電自動化級差保護配合的應用

國網江蘇省電力有限公司常州供電分公司 楊文偉

配電自動化在配電網監(jiān)測與控制中具有重要的作用，科學規(guī)劃配電網是整個配網建設運維的核心內容。近年來，伴隨著供用電需求不斷提高，但由于配電線路的特殊性造成線路故障率較高，直接影響到用戶用電可靠性。本文通過簡單介紹配電自動化技術基本概念和目前相關應用情況，結合當下遇到的具體問題，進而提出啟用配電線路上開關（分段、分界開關）級差保護，并與配電自動化系統相互配合處理線路故障情況，為配電網較快處理故障打好技術基礎。

信息技術水平不斷提高的同時，進一步保障了配電自動化技術不斷優(yōu)化。配電自動化在配電網中處于核心地位，能夠在定位、隔離及恢復供電方面發(fā)揮極大作用；但是，目前在配網實際運行中依然會出現故障時間過長等問題。為此，部分電力企業(yè)對配電線路各開關（分段、分界開關等）啟用分級電流保護方式快速定位、隔離故障，但在實際應用時，線路上有的開關會產生越級、多級跳閘現象，導致無法準確判斷線路故障范圍，所以深入探討配電自動化系統中線路各開關級差保護的配合具有深刻意義。

1 配電自動化終端功能、饋線自動化簡介

配電自動化是以一次網架和設備為基礎，綜合利用計算機技術、信息及通信等技術，實現對配電網的監(jiān)測與控制，并通過與相關應用系統的信息集成，實現配電系統的管理。配電自動化系統是實現配電網運行監(jiān)視和控制的自動化系統，其主要由配電主站、配電終端和通信通道等部分組成。饋線自動化是利用自動化裝置或系統監(jiān)視配電線路的運行狀況，診斷出故障區(qū)間并將故障區(qū)間隔離，恢復對非故障區(qū)域的供電。配電自動化終端（DTU/FTU）是安裝在配電網的各種監(jiān)測、控制單元的總稱。配電自動化終端安裝在配電線路上各開關處，其本身具備電流快速切斷、零序保護以及重合閘等故障處理功能，同時也具備對電流電壓時序區(qū)分和負荷判據等FA控制功能。配電自動化終端還需要加裝電壓保護閉鎖裝置，確保發(fā)現線路電壓超出既定數值時，在規(guī)定時間內觸發(fā)跳閘信號。

2 配電網多級保護分析

2.1 多級保護配合特殊性

由于配網運行工況的特殊性，配電線路各開關在啟用級差保護時，可能存在各開關電流定值、時間定值設置的特殊性：電流定值不一定存在級差、時間定值存在級差。

對于供電半徑大、分段數少的線路（如鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電線路），在線路各處發(fā)生故障時，其短路電流在線路末端與線路首端可能存在較大的差異，針對此類現象，檢修人員需站在限流及過流角度考慮解決問題，可以采用三段式方法進行保護配合，選擇性切除故障。

對于供電半徑小且為開環(huán)城市配電線路來說，應依照線路產生具體故障為基準，保證能夠對故障位置上游部分易發(fā)生短路位置進行優(yōu)化調整。故障產生時，其故障位置上游各個分段開關處短路電流不存在明顯差別，只能通過保護動作延時級差進而選擇性切除故障。

2.2 多級保護級差配合可行性

多級級差配合可分別設置變電站10kV出線開關和10kV饋線分段開關的保護動作，進而達到保護目的。變電站變壓器的低壓側次總開關過流保護動作時間最低值規(guī)定成0.5s，實際含義是為了降低短路電流沖擊力，同時可以在此段時間內有效制定出多級級差保護延時配合方式。

關于10kV低壓側次總開關和10kV出線開關時間方面的配合，變電站10kV出線開關保護動作普遍延時時間在200～250ms之間，最終能夠達到對兩級級差進行有效保護的效果。

當前，10kV斷路器彈操開關機械動作具體時間能夠控制在30～40ms之間。在綜合考慮以上時間差的情況下，需設置故障電流切斷時間為100ms之內。

2.3 三級保護級差配合及實施

科技的進步為開關技術發(fā)展提供了充足的保障，尤其是在應用永磁操動機構和無觸點驅動技術之后更加完善了開關動作特性，其顯著效果是保護動作的時間明顯在降低。假如時間充分，就可以適當將上一級饋線開關保護動作適當延長到100～150ms，同時出線開關設置成250～300ms的延時時間，變電站變壓器低壓側保持200～250ms級差進而實現三級保護功能。

3 配電自動化下配電網多級保護實施方案和故障處理方法

3.1 配電網保護實施方案

依據饋線單電源開環(huán)運行工況，在線路上各開關間合理選擇啟用分級保護的開關，合理配置電流、時間定值，一般情況是啟用配電終端的電流保護跳閘功能來實現分級保護。配電線路發(fā)生故障時，故障上游所有開關只有啟用分級保護的開關才可能跳閘而其他的開關只能故障告警。因此，離故障點最近的啟用分級保護的開關由于電流定值、時間定值達到要求而跳閘隔離故障，其他的啟用分級保護的開關由于時間定值未達要求而不跳閘。配電主站綜合分析、核實故障情況，合理恢復非故障段的供電。

配電主站在分析單主電源點和分布式電源的過程中，應注意分布式電源的故障處理的特殊情況，保證在收集故障狀態(tài)過程中能夠全方位收集到過流故障區(qū)域。總之，單電源開環(huán)運行時需要在通信、操作電源等多方面提升多電源點閉環(huán)配電網可實施性，避免故障帶來的負面影響。配電網發(fā)生問題時，首先需要對變電站開關跳閘具體情況進行詳細解析，同時制定對應定位流程，確認流經區(qū)域中故障電流方向，并根據實際情況進行確認。事實上，分析分布式電源配電網首要目的是強化配電終端故障判別功能，進而對故障定位功能實行準確優(yōu)化，最終形成對應定位結果優(yōu)化體系。

3.2 主干線故障及多供一備配電網故障恢復策略

解析主干線故障問題，通常實行將故障先隔離再恢復的方式，在具有故障變電站開關附近范圍內恢復完好區(qū)域的供電，同時恢復故障下游完好區(qū)域的分段。在聯絡開關方面，借助備用電源暫時恢復某段線路電力供應，使得備用電源其中一段線路能夠維持高水平。在網架結構和模式化恢復故障方案基礎上，優(yōu)化線路結構能夠提高相關設備的利用率。

對于多供一備配電網以及主干線經常發(fā)生故障的現象，相關解決方案是采用優(yōu)化故障隔離中的故障恢復要點，當供電線路某一具體位置產生故障時，建立相應電源點的同時，對線路變電站有關線路進行隔離，在此基礎上完善線路末端開關，詳細分析故障位置下游安全區(qū)域，優(yōu)化故障位置，健全區(qū)域供電。根據網架結構與模式化故障恢復方案的有關情況，建議采用配電網中的平常供電效應，最終使得配電網具有高使用頻率，進而最大程度發(fā)揮網架結構的作用，同時提升設備使用效率。

3.3 典型模式化接線配電網故障處理策略

針對典型模式化故障恢復開關操作流程進行單獨分析，在成功分析不同區(qū)域內固定故障基礎上，制定相關操作邏輯結構圖。一方面，分析的重點是典型模式化配電網故障，如此能夠在相應軟件算法的基礎上搭建網絡重構體系，完善配電自動化故障處理能力，在此基礎上成立手動故障恢復系統。另一方面，在調整備用配電網結構時，需要詳細解析備用配電網故障處理的有關算法并進行適當優(yōu)化。總之，可概括為調整分段和聯絡較多的設備，優(yōu)化結構內容并完美發(fā)揮接線的優(yōu)勢，在一定程度上增加配電設備的使用效率，進而能夠保證恢復配電網中存在的模式化故障，極大程度上減輕了人工操作的頻率。

3.4 兩級級差自動化保護方法

配電線路在選擇線路開關種類時，不管是分界開關還是分段開關，一般多為斷路器。主干線上的斷路器一般不投跳閘功能，主干線故障一般由10kV出線開關保護動作實現故障隔離，其時限在200～250ms左右。支線第一個斷路器設分級保護，其時限為100～150ms左右。此方法有三大優(yōu)點，第一是支線和用戶線路發(fā)生故障時會立即跳閘，確保不會影響到線路主干線運行。第二是配電線路能夠高效運行，多級跳閘和越級跳閘現象得到遏制后，處理故障的速度和準確性得到提升。第三是維護供電系統所需資金減少，有效節(jié)省了生產成本，最終為企業(yè)創(chuàng)造更大價值。

3.5 多級級差自動化保護方法

關于多級級差保護配合方式，需要依照配電運維的具體需求，根據10kV饋線出線開關、分段開關、分界開關的各級時間需求，進而執(zhí)行分級保護動作，以提高配電網供電的可靠性。

如上所述，變電所變壓器低壓側次總開關過流保護動作時間最低值規(guī)定成0.5s，10kV彈操機構的斷路器開關機械動作時間通常在30～40ms，故障熄弧時間一般為6～8ms左右，配電終端故障響應時間為30～40ms，因此，正常情況下時間定值以100ms級差進行配置，可以配合4級級差保護，并在發(fā)生故障保護動作時，可以立即切斷故障電流。

結語：配電網的具體運行狀況決定著整個電力系統的運行質量，為了防止配電網在運行中產生故障時處理時間過長，我們必須要重視配電網故障快速處理，根據實際情況篩選出具有針對性的解決方案，及時高效地處理故障。處理配電網故障時，借助于繼電保護與配電自動化的相輔相成，可以大大提升配電網的管控水平。電力工作人員應強化配電網故障方面的處理能力，為配網穩(wěn)定運行打造堅實基礎。