繼電保護與配電自動化協(xié)同故障隔離技術(shù)

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院 王洪林 李 維 山東科匯電力自動化股份有限公司 董春林

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪江川供電局 高黎明 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明富民供電局 郭 俊

1 繼電保護原理與配電自動化可行性

1.1 繼電保護原理

繼電保護具有重要的安全意義，其能在電路本身發(fā)生故障問題時迅速進行對應(yīng)動作，達到保護基礎(chǔ)區(qū)域的目標(biāo)。通常情況下故障電流的差異性較為顯著，因此可采用三段保護的措施，針對電流本身的固定數(shù)值及上下配合方式進行操作，有效達到保護選擇目標(biāo)及效率需求。在線路建設(shè)距離相對較短的城市配電范圍中，繼電保護可在故障發(fā)生時通過保護延時的方式進行基礎(chǔ)配合，有效解決故障切斷問題，進一步強化安全性能[1]。

在線路類型為110kV/10kV 狀態(tài)下，如裝置容量為50MVA，整體短路電壓百分比處于15.5%，內(nèi)部感抗為0.31Ω，10 kV 線路本身阻抗達到Z=0.17+j0.33Ω/km。通過將電壓本身的系數(shù)設(shè)置為1.1，并忽視繞組電阻狀態(tài)以及后續(xù)系統(tǒng)阻抗影響，便能得出發(fā)生短路情況下的最大電流變化趨勢（圖1）。通過分析圖中變化趨勢，可認(rèn)為短路的電流幅值與故障本身的距離成反比狀態(tài)。在出口區(qū)域發(fā)生故障時短路電流將會迅速下降，當(dāng)遠(yuǎn)距離區(qū)域發(fā)生故障時整體變化相對較為平滑。因此在線路距離短的條件下應(yīng)利用二級保護措施，通過時間級差信息進行配合，達到良好的繼電保護目標(biāo)。此外，如果線路長度大于1km 便需應(yīng)用中間斷路器，確保能達到預(yù)定效果。在與配電自動化協(xié)同的技術(shù)方案中，分支電路的開關(guān)與用戶開關(guān)、變電出口短路器需通過合作的方式降低故障出口越級可能性，實現(xiàn)選擇性關(guān)閉的效果，削弱故障帶來的損害。

圖1 變化趨勢

圖2 架空混合線路

1.2 配電自動化可行性

常規(guī)配電自動化方案主要分為三個類型：就地控制、集中控制、分布控制。分布式策略主要通過饋線裝置間的信息交換方式實現(xiàn)快速定位問題區(qū)域、自動隔離、恢復(fù)原狀態(tài)等功能；集中控制與就地控制兩種方案的應(yīng)用時間都處于分鐘級狀態(tài)，相對于分布式策略存在效率劣勢。通過采用分布配電自動化可使故障隔離操作在瞬間完成，有效增強系統(tǒng)本身的運行穩(wěn)定性，降低問題帶來的損害[2]，因此常規(guī)配電自動化主要采用分布控制的方式運行。在這種模式中，分段開關(guān)需結(jié)合斷路器應(yīng)用，針對故障區(qū)域進行直接切除，實現(xiàn)損害控制的效果。同時還可有效提高供電修復(fù)的效率，縮減后續(xù)經(jīng)濟損失規(guī)模。在分布式操作類型中自動化分為兩種實現(xiàn)方式，即協(xié)同與代理。協(xié)同策略通過對數(shù)個智能終端進行規(guī)劃，使其能達到配合的效果，在故障發(fā)生時快速完成定位操作并進行隔離、恢復(fù)等環(huán)節(jié)；而代理方式則需利用單個智能化終端進行操作，整體應(yīng)用效率較高，但安全性較差。一旦智能化終端出現(xiàn)問題，便會導(dǎo)致自動化流程無法執(zhí)行，嚴(yán)重?fù)p害應(yīng)用效果。

例如，圖2為一種架空混合線路，在這一線路中QF1、QF2屬于出口短路裝置，Q1、Q4、Q5、Q8、Q9為主線路分段區(qū)域開關(guān)裝置，Q2、Q6具有分支線路開關(guān)的作用。Q3、Q7能發(fā)揮用戶分界開關(guān)功能，QL 可管控聯(lián)絡(luò)開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)F 區(qū)域發(fā)生故障問題狀態(tài)下，終端FTU6可利用附近饋線信息交換渠道獲得FTU1、FTU2、FTU3的基礎(chǔ)信息，進而達到監(jiān)測故障電流的目標(biāo)。如FTU4沒有發(fā)現(xiàn)故障問題，便能判明發(fā)生區(qū)域處在Q4與Q5的范圍內(nèi)。此時，代理終端裝置將會操作Q4、Q5進行分閘，直到確認(rèn)斷開完成后才會顯示成功隔離的提示內(nèi)容。

2 繼電保護與配電自動化協(xié)同故障隔離方案

開關(guān)配置。在繼電保護與配電自動化進行協(xié)同工作的狀態(tài)下，應(yīng)針對出口區(qū)域的斷路器應(yīng)用雙重保護的策略。在這一流程中，首層保護應(yīng)針對近端故障現(xiàn)象進行操作，基礎(chǔ)時間限制需保持在0S，而二層保護需與配電變壓裝置進行共同操作，操作時間限制保持在0.5S，并通過FTU 進行配置操作。主線路需加裝二級快速斷開保護裝置，首段時間限制在0.3S，其次動作時間在0S，超出范圍均設(shè)置為0S動作，同樣采用FTU 進行配置。分支開關(guān)應(yīng)加裝電流Ⅱ保護措施，并與出口區(qū)域的Ⅱ保護進行協(xié)同操作。通過配置重合閘的方式，達到無電壓無電流的分閘效果。針對用戶分界開關(guān)的時間配置應(yīng)為0.1S，并定時限制電流進行速斷保障[3]。

隔離措施。當(dāng)電路發(fā)生故障時，應(yīng)根據(jù)線路本身的差異進行深入研究。例如主線路故障情況下，如區(qū)域處于近端狀態(tài)則Ⅰ段保護將會快速進入操作狀態(tài)，并使整體故障區(qū)域得到控制，有效合閘。如合閘操作沒有正確完成則會通過加速跳閘的方式隔離目標(biāo)區(qū)域位置。當(dāng)出口短路裝置的遠(yuǎn)端區(qū)域發(fā)生故障問題時則分為兩種主要情況：一為上游開關(guān)與斷路器下一開關(guān)的范圍故障，在這種情況下需通過開關(guān)配置的方式將電流進行快速切斷，以實現(xiàn)保護系統(tǒng)的目標(biāo)；第二種情況可將保護區(qū)域的線路開關(guān)設(shè)置為0S，使永久性故障發(fā)生的過程中能使故障點立即跳閘，進而使聯(lián)絡(luò)開關(guān)能判斷問題區(qū)域，啟動自動化處理流程。這一流程可通過終端裝置分析區(qū)域故障問題并快速確定點位，遙控進行跳閘，實現(xiàn)故障隔離的目標(biāo)[4]。

3 實例分析結(jié)果

以圖2分析，通過采用對應(yīng)的開關(guān)配置方法，使出口區(qū)域的短路裝置能達到雙重保護效果。首段設(shè)置時間為0S，當(dāng)保護近端小于一千米的區(qū)域發(fā)生故障情況下，二重保護能以0.5S 的速度快速控制故障區(qū)域，達到隔離目標(biāo)。在位置故障具有差異的狀態(tài)下，則需按照對應(yīng)的點位進行處理操作，基礎(chǔ)點位如圖3ac 所示。當(dāng)K1點位故障的情況下，Q3區(qū)域?qū)娱L約0.1s 的時間進行操作，使瞬間故障能夠得到有效控制。如合閘出現(xiàn)問題開關(guān)將會直接跳開，有效切除故障區(qū)域，如圖3a 所示。如分界開關(guān)的下游區(qū)域出現(xiàn)問題，也不會影響主線路的狀態(tài)，具有良好的安全性。當(dāng)K2點故障的情況下，Q4與Q5點位將會立即進入反應(yīng)狀態(tài)，如圖3b 所示。這時代理裝置QL 將會通過自動拓?fù)涞姆椒ǐ@得Q8點位的故障情報，進而操作Q4進行自動化合閘。這種方式可有效完成故障隔離，為后續(xù)發(fā)展提供良好的幫助。聯(lián)絡(luò)開關(guān)QL 合閘，能恢復(fù)下游區(qū)域的供電狀態(tài)，如圖3c 所示。

圖3a K1故障處理

圖3b K2故障處理

圖3c 遙控Q4合閘、Q8跳閘、QL 合閘恢復(fù)下游供電

綜上，繼電保護與配電自動化協(xié)同的技術(shù)方案具有良好的適應(yīng)性，能夠在多種故障情況下迅速達到控制的目標(biāo)，有效隔離問題區(qū)域，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。因此在未來建設(shè)的過程中應(yīng)重視這種方案的應(yīng)用，進一步提高整體電網(wǎng)活動效果，實現(xiàn)良好的發(fā)展目標(biāo)。