方向元件在饋線自動化中的應用研究

馬 亮，明 明，徐湘壘，劉 鋒，張鴻魁

（國網上饒供電公司，江西 上饒 334000）

0 引 言

隨著我國綜合國力的提升和民眾生活水平的提高，人們對電力供應的要求越來越高。配電網作為連接用戶和電網的橋梁，直接關系到用戶的用電體驗，是極其重要的角色[1]。配電網的運行環境復雜，涉及眾多節點和廣闊區域，容易發生故障。因此，要想提高供電可靠性，需要先提升配電網的管理和控制水平，優化其運行效能[2]。

饋線自動化在提高故障隔離和恢復非故障區間供電效率等方面發揮著關鍵作用，是提高供電可靠性的重要手段。饋線自動化主要分為集中型和就地型。集中型饋線自動化是通過配電自動化主站和饋線終端單元相互配合實現。配電主站通過饋線終端采集的信息判斷故障區間和聯絡轉供方案，并將相關遙控信息下發給饋線終端，由終端執行相應操作，達到隔離故障和恢復非故障區間供電的目的。就地型饋線自動化主要包含重合器式和智能分布式2 類。智能分布式饋線自動化通過饋線終端之間的信息交互來實現故障區間判斷、故障隔離以及非故障區間供電恢復，但由于其對通信的要求較高，實際應用較少。重合器式饋線自動化則通過饋線終端的時序配合和特定的操作邏輯（如來電延時合閘、失壓分閘、正反向閉鎖）來實現故障區間判斷、故障隔離以及非故障區間供電恢復。由于其運行不受通信環境的影響，應用廣泛，切實提高了配電網的運行水平。

1 90°接線方式下故障方向特征分析

1.1 線路正向供電、電源相序為正序時

1.1.1 正方向三相短路

當線路正向供電、電源相序為正序時，正方向三相短路如圖1 所示。

圖1 三相短路電路

圖1 中：Zs為保護安裝處到系統等效電源之間的阻抗；ZL為保護安裝處至故障發生處的線路阻抗（包括過渡電阻）[3]；分別為系統等效三相電源的A 相、B 相、C 相電動勢，其相量為，；保護檢測到的電壓為。假設ZL=xZS，φk為線路阻抗角，則

1.1.2 正方向兩相短路

當線路正向供電、電源相序為正序時，以AB 相為例，正方向兩相短路電路如圖2 所示。

圖2 AB 相短路電路

假設2ZL=xZS，則

同理可得， 當BC 相短路時： 對于B 相來說，U4CA和I4

1.1.3 方向保護的判據

經過計算可求得30°≤α≤60°，一般取α=45°，即正方向保護的判據為-90°≤φ+45°≤90°。經過化簡后，正向的判據為-135°≤φ≤45°，反向的判據為45°≤φ≤225°。

1.2 線路正向供電、電源相序為負序時

1.2.1 正方向三相短路

當線路正向供電、電源相序為負序時，正方向三相短路電路如圖3 所示。

圖3 三相短路電路

1.2.2 正方向兩相短路

當線路正向供電、電源相序為負序時，以AB 相為例，正方向兩相短路電路如圖4 所示。

圖4 AB 相短路電路

現場一般會按照正向供電、相序為正來取α，即取α=45°，此時。

當線路實際為正向供電、電源相序為負序時，功率方向保護內角依然按照線路正向供電、電源相序為正序供電來設計，會將正向故障判錯，報反向故障。

1.3 線路反向供電、電源相序為正序時

1.3.1 正方向三相短路

當線路反向供電、電源相序為正序時，三相短路電路如圖5 所示。

圖5 三相短路電路

1.3.2 正方向兩相短路

1.3.3 方向保護的判據

現場一般會按照反向供電、相序為正來取α，即取α=45°，此時。

當線路實際為反向供電、電源相序為正序時，功率方向保護內角依然按照線路正向供電、電源相序為正序供電來設計時，會將正向故障判錯，報反向故障。

1.4 線路反向供電、電源相序為負序時

1.4.1 正方向三相短路

當線路反向供電、電源相序為負序時，正方向三相短路電路如圖6 所示。

圖6 三相短路電路

1.4.2 正方向兩相短路

（4）共識方面：共識機制從單一向混合方式演進。導致區塊鏈性能降低的重要因素之一是共識算法。PoW、PoS、股份授權證明（DPoS）和拜占庭容錯等，各據優勢，各有最適用的場景。為提升效率，需在安全性、可靠性、開放性等方面進行取舍，根據場景切換共識機制成了新趨勢，并且將從單一的共識機制向多類混合的共識機制演進，運行過程中支持共識機制動態切換，或系統根據當前需要自動選擇相符的共識機制。

1.4.3 方向保護的判據

2 優化方向元件的判斷方法

當相序為負時，正向的判據和相序為正時反向的判據一樣，因此電源相序的正負會影響方向元件的輸出。在方向元件判斷前，需要先對供電電源相序進行判斷和調整。

在線路上電后，檢測裝置以A 相電壓相位為0作為參考，如果B相電壓相位為-120°（-180°～0），C 相電壓相位為120°（0 ～180°），認為三相相序為正，不再進行處理；如果B 相電壓相位為120°（0 ～180°），C 相電壓為-120°（180°～0），則認為三相相序為負，裝置將輸入信號的B 相電壓電流與C 相電壓電流互換，得到一組正序的電壓和電流信號，此時再根據AB 相線電壓與C 相電流相位差φc、BC 相線電壓與A 相電流相位差φa、CA 相線電壓與B 相電流相位差φb進行方向判斷[4]。其中，正向判據為-135°≤φ≤45°，反向判據為45°≤φ≤225°。

3 繼電保護和方向元件的配合

經典的繼電保護是具有階梯型動作特征的多段式保護，一般至少有3 段。為了配合聯絡開關轉供前后保護級差，將3 段式保護擴展為6 段式。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護按照聯絡開關轉供前的線路拓撲結構配置保護定值和延時，并且設置成只有故障在正向時動作；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護按照聯絡開關轉供后的線路拓撲結構配置保護定值和延時，并且設置成只有故障在正向時動作。保護配置如圖7 所示。

圖7 保護配置示意

轉供前保護配置如圖8 所示。

圖8 轉供前保護配置示意

根據圖8，聯絡未轉供前，分段開關D11、D12、D13設置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護相互配合，具有選擇性；分段開關D23、D22、D21設置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護相互配合，具有選擇性。

線路二轉供后的保護配置如圖9 所示。

圖9 線路二轉供后保護配置示意

根據圖9，聯絡開關已轉供，分段開關D12、D13設置成反向跳閘的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護，和分段開關D23、D22、D21設置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護相互配合，電流保護定值逐漸減小，保護延時逐漸增長。

線路一轉供后的保護配置如圖10 所示。

圖10 線路一轉供后保護配置示意

根據圖10，聯絡開關已轉供，分段開關D11、D12、D13設置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護，與分段開關D23、D22、D21設置成反向跳閘的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護相互配合，電流保護定值逐漸減小，保護延時逐漸增加[5]。

4 結 論

通過對現場線路供電方向和供電電源相序的分析，發現方向元件的判斷會受供電電源相序的影響。通過對方向元件判斷方法的優化，并為繼電保護新增反向的判據，可以設置保護只按照正向跳閘，也可以只按照反向跳閘，從而保證聯絡開關轉供后，被轉供區域的保護和轉供線路保護具有級差配合的可能性，解決了聯絡開關轉供后發生新故障時保護級差失效的問題，提高了“電壓時間型+繼電保護”饋線自動化模式隔離故障和恢復非故障區間供電的效率，對提高供電可靠性具有重要意義。