配電網層次化保護的優化配置及整定方案研究

盧加宏

（貴州萬峰電力股份有限公司，貴州 興義 562400）

0 引 言

隨著電力系統的不斷發展，配電網的規模和復雜性不斷增加。為確保配電網的安全穩定運行，保護裝置的配置和整定成為關鍵問題。傳統的保護配置方法往往缺乏全局性和層次性，難以應對現代配電網的復雜性和不確定性。因此，文章提出了一種配電網層次化保護的優化配置及整定方案，旨在提升配電網的保護性能與供電可靠性。

配電網是電力系統的重要組成部分，其運行狀態直接關系電力供應的質量和穩定性。然而，隨著分布式電源、微電網等新型電力系統的出現，配電網的結構和運行方式發生了顯著變化，傳統的保護方式面臨著諸多挑戰。例如，分布式電源的接入可能導致短路電流的增大或減小，從而影響保護裝置的正確動作；微電網的自治運行可能導致保護裝置之間的配合問題。此外，現代配電網可能遭受各種形式的攻擊，如網絡攻擊、物理攻擊等，給配電網的保護帶來了新的挑戰[1]。

為應對這些挑戰，文章提出了一種配電網層次化保護的優化配置及整定方案。該方案將配電網劃分為不同層次，并針對每個層次進行獨立保護。通過優化配置和整定方案，可以縮小故障時的停電范圍，提升供電的可靠性和穩定性。同時，該方案考慮不同層次的配合問題，確保在故障時能夠正確隔離故障區域并恢復供電。

文章將從配電網保護的現狀和挑戰出發，闡述層次化保護的概念和優勢，提出一種基于層次化保護的優化配置方案，并通過仿真驗證該方案的可行性和有效性。文章旨在為配電網保護的優化配置和整定提供新的思路與方法，對于提升配電網的運行安全和穩定性具有重要意義。

1 配電網層次化保護的原理與技術

1.1 層次化保護的基本原理

配電網層次化保護的基本原理是通過對配電網進行層次劃分，并針對每個層次實施相應的保護策略，以實現全面、快速且準確的保護。這種保護方式將配電網劃分為多個層次，包括就地層、站域層及廣域層等。每個層次都有其特定的保護需求和保護策略，通過相互協調與配合，可以最大限度地減少故障對配電網的影響，提升供電的可靠性[2]。

就地保護是配電網層次化保護的第一道防線，通過在配電網的各個分支和節點上安裝保護裝置，實現對故障的就近快速隔離。站域保護是第二道防線，主要負責變電站出線開關和變壓器的保護，提供后備保護，確保故障能夠被及時切除。區域保護是第三道防線，利用配電自動化系統和安全自動裝置，實現區域整體負荷備投和非故障區域自愈轉供。

在配電網層次化保護中，各級保護裝置需要相互協調配合，包括動作時序的配合、動作范圍的配合以及信息交換的配合等。優化配置和整定方案，可以實現各層次之間的協調與統一，提高保護性能。同時，充分利用信息化和智能化的技術手段，可以實現對配電網的全面、實時監控以及智能控制。

1.2 層次化保護的關鍵技術

配電網層次化保護的關鍵技術主要包括故障識別與定位技術、信息傳輸與處理技術以及選擇適當的繼電保護裝置、合理設置保護區域、優化保護動作方式及通信系統等。首先，故障識別與定位技術是配電網層次化保護的核心技術之一。該技術通過分析和處理電力系統的故障信號，確定故障的發生位置，并精確定位故障點。這種技術主要利用電流差動保護、過電壓保護、過流保護等原理，實時監測電流、電壓等信號，能夠準確判斷和定位故障。這有助于在最短的時間內采取保護措施，防止故障進一步擴大，提升供電的可靠性。其次，信息傳輸與處理技術是配電網層次化保護的另一個關鍵技術[3]。該技術主要通過傳輸與處理電力系統各個保護裝置之間的信息，快速傳遞和準確處理故障信息。這種技術主要利用通信技術、計算機技術、網絡技術等手段，通過建立信息傳輸與處理系統，實現配電網各級繼電保護之間的信息交互。這有助于實現對故障信息的共享與分析，提高故障處理的效率和準確性。同時，可以實現各級保護裝置之間的協調配合，提升保護的整體性能。最后，選擇適當的繼電保護裝置、合理設置保護區域、優化保護動作方式及通信系統等也是配電網層次化保護的關鍵技術。這些技術的選擇和應用需要根據配電網的實際情況與運行需求進行綜合考慮。例如，選擇適當的繼電保護裝置需要考慮設備的性能、可靠性、經濟性等因素；合理設置保護區域需要考慮設備的分布、運行方式、負荷情況等因素；優化保護動作方式需要考慮設備的動作特性、故障類型等因素；通信系統的選擇和應用需要考慮系統的穩定性、可靠性、實時性等因素。

2 配電網層次化系統的整體架構

配電網層次化系統的整體架構是一種基于分層設計的配電網自動化系統架構該架構通過將系統劃分為不同的層次，實現功能和數據的分布與集中，從而提升系統的可擴展性和可維護性，如圖1 所示。通過這樣的層次化設計，可以實現各層次之間的獨立性和模塊化，降低系統的復雜性與耦合度。同時，各層次之間通過標準的接口進行通信和數據交換，提升了系統的可擴展性和可維護性。

圖1 配電網層次化保護系統的整體架構

3 配電網層次化保護的整定方案研究

3.1 站域保護方案

站域保護主要關注在站內設備之間實現快速、準確、可靠的故障定位和隔離，以保障配電網的安全穩定運行。站域保護采用基于間隔的保護策略，能夠快速準確地識別出故障所在位置，避免傳統基于斷路器的保護方案的延時和誤動。同時，站域保護可以實現與其他層次保護的協調配合，提升保護動作的準確性和可靠性。金屬故障保護的隔離時間小于100 ms，負荷轉移時間小于1 s，局域保護具有自適應功能，可根據輸入拓撲自適應地調整保護區域。

3.2 區域保護的采樣同步和站間通信方案

區域保護的采樣同步方案通過集中式同步或分散式同步技術，確保所有設備在同一時刻進行采樣，消除時間偏差對保護動作的影響。而站間通信方案則是實現區域內各個站點之間數據共享和交互的關鍵，包括光纖通信、無線通信及工業以太網等通信方式。通過合理的采樣同步方案和站間通信方案設計，可以提升區域保護的準確性和可靠性，保障配電網的安全穩定運行。因此，在配電網層次化保護的整定方案研究中，需要綜合考慮采樣同步和站間通信方案的設計與實施，從而獲得最優的性能[4]。線路具備光纖通信條件，采用以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）方式直接將各終端接入35 kV 站域保護主機。

3.3 系統硬件方案

合理的系統硬件方案需要綜合考慮性能要求、技術水平、可擴展性以及成本效益等因素，以確保保護設備能夠準確地檢測和隔離配電網中的故障，提升配電網的供電可靠性和穩定性。系統硬件方案通常包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、電源模塊以及保護模塊等關鍵部分。這些部分需要相互配合，實現保護設備的控制邏輯、數據運算、信息交互以及故障檢測和隔離等功能。智能采集保護裝置可以采集與斷路器相關的電流、電壓、開關信號，完成區域保護[5]。智能采集和保護裝置應具有內置光網絡單元（Optical Network Unit，ONU），通過EPON 與站區保護裝置連接，并與站區保護裝置同步。需注意，同步誤差應小于1 μs。

4 結 論

文章深入研究了配電網層次化保護的優化配置及整定方案。通過分析配電網層次化保護的基本原理和關鍵技術，提出了一套針對配電網層次化保護的優化配置方案和整定策略，旨在提升配電網的保護性能、供電可靠性以及經濟性。在未來的研究中，將繼續關注配電網層次化保護的優化配置和整定方案，以適應配電網的不斷發展和變化。同時，將積極探索和應用新技術，如人工智能、大數據等，以推動配電網層次化保護技術的不斷創新和發展。