配電自動化級差保護配合的應用

吳寧 吳含青

國網江蘇省電力有限公司鎮江供電分公司 江蘇 鎮江 212299

引言

隨著社會經濟的不斷發展，信息技術水平也在快速提升，對配電自動化要求也越來越高，配電自動化技術的發展對供電提供穩定保障。不過配電自動化的應用也會導致電網出現較多故障，在針對故障做出的對應方案還有待提高。配電自動化在配電網系統中有著重要地位，可起到提高配電系統定位、隔離、恢復供電的作用。但在實際情況中，一些電力企業會對配電線路各開關啟用實行分級電流保護的方式做到上面3種情況，導致線路開關在運行中發生越級或者多級跳閘情況，無法判斷線路故障和故障位置，因此深入研究線路開關實施極差保護，對配電自動化系統有著深遠影響。

1 配電自動化定義

在配電系統中，自動化模式的融入是全新的配電系統管理模式，主要作用有控制電力系統技術、數據傳輸、計算機技術三方面融合，經過現代化設備的運行，借助互聯網對配電網運行情況實時監控，并對配電網網絡運行加以控制，從而通過分析預判故障或者問題發生位置和原因，提高配電系統運行穩定性。在故障發生后，可以做到有隔離故障區域，避免對其他配電設備產生影響。在配電自動化運行下，可以對供電網狀態、設備、開關做到管理，優化配電網運行，提高配電網安全性和可靠性，減少人身財產損失[1]。

2 配電自動化故障處理方式

配電線路實施自動化系統是根據其發生的故障，在故障處理上來確定配電終端所涉及的配置，通常在對配電可靠性要求高的地區，如城市區域或者產業鏈相對集中的區域供電所用配電網普遍是由光纖網絡對其覆蓋，通常會采用的方式為集中式饋線自動化，配電站會依據所傳輸的信息參數對故障集中做隔離處理后，對沒有故障區域恢復供電。故障處理方式也會采用可以適應其電網結構的模式，對永久故障、瞬時故障等類型都做出相應處理，同時由繼電保護和自動重合閘作為配合應用。

2.1 故障定位和處理

主站會根據配電終端所傳送的故障數據做出高效的自動定位故障區域，并在工作站設立的顯示器上顯示故障發生的具體位置點和故障相關信息。主站同樣會依據網絡拓撲結構對發生故障的兩邊所使用的斷路器做情況分析，并進行自動作業，實現發生故障的隔離區域目的。在主干線分段路由器、聯絡斷路器、分支線斷路器配電自動化的終端FTU發生故障時，需要對三相電流采集，同時對電壓數做采集工作，依據設計的標準做速斷、過流、零序保護定值，從而選擇自動跳開所對應的開關，做到縮小故障范圍的目的，保證上一級涉及的線路維持運行[2]。

2.2 恢復非故障區域的供電

在故障區域實現自動隔離后，非故障區域就可以根據實際情況由主站進行恢復供電，這時候利用人機交換的方式，采取控制流程和對系統接口來完成主、配電自動化系統的控制。同時相同線路的斷路器在終端做重合閘，在通過有無壓自動合閘做配合，從而恢復不是故障區域的供電情況。

3 配電自動化下多級保護分析

3.1 配電網實施保護方案

根據饋線的單電源鎖運行的環境具體情況可以在線路的開關上選用合理的分級保護開關，對電流和時間定值都可以合理配置。通常情況下在開啟終端電流所用的保護跳閘的功能后就可以實施分級保護。一旦發生故障，上游各個開關只有啟動分級保護開關才會跳閘，其他開關會做出故障警告。這就會讓距離故障較近的分級保護開關做出電流的定值操作和時間定值操作達到要求，產生跳閘隔離故障，而啟動的其他分級保護開關在時間定值上并沒有達到設定要求，這樣就不會發生跳閘情況。主站會對故障具體發生情況做出綜合性質分析，對沒有發生故障的位置會恢復供電。通過主站分析的主電源位置和分布式電源的位置上，需要注意的是，分布式電源故障具有一定特殊關系，這就需要在收集故障原因和分析情況時，需要全面仔細地收集過流故障。單電源在開環運行過程中，通過操作電源實施多方面提升電源點閉環，并確保其可行性，減少故障損失。當配電發現問題故障時會對變電站開關發生跳閘情況做詳細分析，制定相應方案措施，確定故障電流方向，根據實際情況準確確定故障原因[3]。

3.2 多級保護實施方案

依據配網運行情況的特殊性質，配電線路各個開關啟用極差保護時，存在開關電流和時間定值問題，導致電流定值可能不會產生極差和時間定值存在極差。

對于分線范圍較小的地區，在線路發生故障時，短路電流線路的尾端和線路首端會有比較大的差距，遇到這種情況，相關檢修人員需要考慮是否對限流和過流出現問題，用三段式方法保護從而對障礙進行消除。在半徑小的開環配電線路上，要按照線路發生的具體故障進行分析，保障上游較常發生短路故障的位置可以做調試操作。故障發生時，故障位置上游的分段開關發生的短路電流并不會有太大差別，因此需要保護動作延時極差，這樣才可以達到清除故障的作用。

3.3 多級極差配合可行性

多級極差配合主要是通過設計變電站10kV出線開關和同樣是10kV的饋線開關做保護，才能達到保護的目的。為了降低短路情況發生時電流的沖擊力，變電站的電壓器的低壓一側開關的過流保護動作在0.5s最小值上，因此需要在0.5s內設置多級的極差保護延時[4]。

目前針對饋線電路器開關機械動作的時間是在30~40ms，熄弧時間控制在10ms左右，固定保護響應時間在30ms。對上述時間的時間差進行考慮，需要控制在100ms內切斷故障電流，并將過流脫扣斷路器或者熔斷器設置在饋線開關中。但是勵磁涌流由于過小，對脫扣動作電流的閾值需要做相對合理的調試，設置上要避開勵磁涌流，這樣才可以讓延時的時間變小。在脫扣動作發生時，會讓故障的時間變短，不過在這個過程中，一些分支會通過人工供電恢復，這會影響到故障處理的效果[5]。從時間上看，變電站10kV開關保護動作延時具體時間設置通常是在200ms至250ms之間，這樣才能對變電站的變電器的地測開關產生時差，達到兩級極差保護目的。

3.4 三級極差保護配合

隨著科學技術的不斷進步，配電自動化開關技術得到相應發展，尤其針對永磁操動機構和無觸點驅動技術的應用上，讓保護時間明顯減少。通常情況下，永磁操動機構的具體分合閘時間通常會控制在10ms內，無觸點的電子驅動分合閘的時間通常會在1ms內，這就需要在針對保護的斷電器應用上，控制在30ms內對電流做切除。如果有剩余時間，也可將上一級饋線開關保護動作延時，時間設置在100ms到150ms之間，變電站10kV出現開關保護動作延時，這個時間設置同樣在100ms到150ms之間，變電站的變壓器低壓一側的開關極差是在200ms到250ms之間，才能達到三級保護的要求。

4 配電自動化終端功能

在配電自動化終端上要具備電壓時間上的時序邏輯判別，還要具備故障電流的過流記憶判別，這才能實現復合判斷閉鎖上的功能控制。主要功能有電流速斷和過電流、零序的保護、重合閘等。當分布式電源涉及并網時，還需要配置過電壓保護定值時跳閘控制信號。

4.1 主干線分段斷路器終端

在設置主干線分段斷路器后需要在主干線的1/3和2/3的地方分段斷路器配置FTU。每一段線路在發生故障時，可以通過保護定值間的極差做配合，通過主干線上距離故障點最近的分段斷路器對故障做出自動切除功能，這樣就可以縮小停電范圍，確保上級線路的正常運行。配電自動化終端要配置三相電流互感器、電壓互感器。這樣可以保護投入電流速斷、過流保護動作跳閘。單相接地可以通過發信號來提高供電可靠性，配電線路的瞬時故障頻率較高，可以延時1s投入重合閘[6]。在相應設置的時間內檢測出故障電流，做保護動作加快跳閘，讓重合閘做二次閉鎖。

4.2 分支線斷路器終端

第一級斷路器配置FTU設置在分支線上，分支線有故障發生，可以進行選擇性的對分支線斷路器做跳開，這樣可以避免上一級分支線上的斷路器引發跳閘，也可以避免變電站引發斷路器跳閘，達到停電范圍較少的目的，同時可以保障上一級的線路正常運行。分支線上的配套配電自動化的終端配置需要三相電流互感器和電壓互感器，從而可以做到保護投入電流的速斷和過流保護動作的跳閘行為。

4.3 聯絡斷路器終端

在正常運行下聯絡斷路器是需要斷開的，在發生故障和檢修時可作為分段斷路器進行運行。為此，聯絡斷路器自動化終端配置要滿足變換方式，聯絡開關配置自動化終端FTU在滿足分段斷路器之外還需要能檢測斷路器兩側三相電壓。正常運行下，當聯絡開關斷開的時候，開關的兩側需要有電壓，這樣終端會處在閉鎖合閘。當需要檢修或者發生故障時，聯絡開關會轉入分段斷路器運行，只需要一側有電壓，延時后，合閘或者主站就可以通過人機交互的模式遙控合閘。

5 配電自動化價差保護配合的應用

假設在某城區內配網有2條10kV雙電源環網供電線路，正常情況下，L1、L2、L3三線路由CB1斷路器帶領運行，L4、L5、L6三線路是由CB2斷路器帶領運行，聯絡開關LS斷開。變電站出線斷路器CB1和CB2配置是過流II段、過流III段保護，過流I段退出，過流II段的保護整定時間是0.5s。過流定值在保證最小運行方式的下線路L3末端兩項短時間內大于1.5倍靈敏度整定，過流III段對最大負荷電流整定。

在第一級分段斷路器FB1、FB3保護定值過流I段和上級斷路器CB1、CB2過流II段時是按照1.1倍配合系數進行整定，時間整定是0.3s。第二級分段斷路器FB2、FB4保護定值過流I段和上級開關FB1、FB3過流I段同樣按1.1倍配合系數整定，不過時間定為0.2s。原則上分段斷路器過流II段定值整定與I段是一樣的，但要將線路實際最大負荷電流考慮其中。分支斷路器ZB過電流的定值要在2.5倍分支線的帶配變額定電流和實際負荷電流下整定，跳閘時間按照0.1s整定，重合閘退出[7]。

按照L2發生永久性兩相短路作為例子，分段斷路器FB1過流I段是0.3s之后做出動作，變電站出線斷路器過流II段保護返回，同時各個FTU會檢測到故障電流和動作信號輸送到自動化主站。如果分段斷路器FB1投入重合閘，在延時1ms后，FB1重合，0.1s后會加速跳開。當整定發生延時2s的時候，需要考慮的就是斷路器的動作時間和重合閘，主站根據終端發過來的故障電流與斷路器動作的信號判斷線路L2故障。依據線路網絡關系，調配工作人員通過人機交互斷開FB2，保證FB1和FB2斷開后再合上聯絡開關來恢復L3線路的供電。

6 結束語

配電網運行狀態是決定電力系統整體運行情況的重要基礎，為防止配電網在運行中發生故障的處理時間太長，要根據故障實際情況做出有針對性的措施，及時解決故障，恢復供電。處理配電網故障要借助繼電保護和配電自動化協同的方式，這樣可以極大提高配電網質量管控水平。