對電力配電網自動化系統分析

摘要:基于配電網網絡化繼電保護實現的配電自動化系統，解決了以往在配電網自動化系統存在的問題。故障狀態差動保護方法簡單，可廣泛應用于城鄉配電網，改變了傳統保護應用于復雜配電網，難于同時滿足的繼電保護可靠性和選擇性的缺陷，可以提高配電系統可靠性。

關鍵詞:配電網;自動化;繼電保護

1 當前我國應用的配電網自動化系統

配電網自動化系統主要有兩種:

1.1 集中智能式

立足于事故發生后的故障隔離和網絡重構;隔離、重構的判斷和處理集中在配網調度系統;隔離和重構的瞬間系統對通信網絡的依賴性極強;終端設備的主要功能是采集配電系統的電參數，但缺少就地控制措施。由于受客觀條件和技術手段的制約，這一代集中智能式配網自動化沒能發揮預期的作用。

1.2 分散智能(重合器與分段器配合)方式

采用具有開斷與關合短路電流能力的重合器作為饋線分段開關，重合器重合次數和保護動作延時時間可以整定，通過重合器的時序配合來實現饋線故障自動隔離、自動恢復非故障區供電的功能。采用重合器組實現配網自動化功能，不需要通信手段。利用重合器本身切斷故障電流的能力，實現故障就地隔離，避免了因某段故障導致全線路停電的情況，同時也減少變電站出線斷路器動作次數。

缺點主要是:當系統發生永久故障時，為選擇并隔離故障點，對配電系統多次沖擊，不僅造成線路老化，對配電系統造成的擾動在某些情況下也是不能允許的。

2 繼電保護分析

由于現有配電網自動化方法均存在問題，近兩年來，國內供電部門從技術、經濟等方面，重新評價當前應用的配網自動化系統，期盼更優越的配網自動化模式和更先進的配網自動化系統。因此，研究配電網新技術，提高供電可靠性、提高電能質量是十分緊迫的任務。根據配電網的復雜性特點，靠傳統保護方式實現線路保護的可靠性和選擇性、靈敏性是很難實現的。

提出就地保護和遠方保護相結合的配電網網絡化繼電保護方法，能夠實現迅速定位并快速切除故障。基于配電網網絡化繼電保護的方法，輔以遠方監測、監控手段可以實現較理想的配電網自動化。配電網網絡化繼電保護內容包括:

包含階段式保護、縱聯式保護、故障狀態差動保護、遠方跳閘保護和遠方備用電源自動投入功能的配電網控制終端;

因地制宜的、適用的通信通道;

可自動適應或在線修改保護方式和整定值的繼電保護系統。

本人結合近兩年在某地的實踐，以一個手拉手配電系統說明簡單的廣域繼電保護應用情況。正常情況下:L1、L2、L3、L4線段由變電站A通過CB1供電;L5、L6、L7、L8線段由變電站B通供電;S4聯絡斷路器處于常開狀態。當在斷路器S1和斷路器S2之間L2線段發生故障(非單相接地)，線路出口保護使斷路器CB1動作，將故障線路切除，傳統的故障隔離和恢復供電的方法是通過重合器和分段器的配合，經重合器多次重合實現的，該方法不依賴于通信。但是，由于重合器的多次重合，對配電系統造成的擾動在某些情況下是不能接受的。

帶有配電網網絡化繼電保護的智能化重合器，實現故障狀態差動保護的基本原理如下:每個饋線分段開關采用智能重合器，每個智能重合器的智能單元中都設置一個故障狀態變量，來反映在線電流值是否越限。當故障電流大于整定值即越限時，此故障狀態變量為1，否則為0。當故障發生時，智能單元的故障態變量一旦變為1或線路失壓，則智能單元一端主動把狀態變量、開關狀態及記錄信號通過點對點通信方式傳送給相鄰智能單元，經智能單元判斷，識別故障區段，并自動隔離故障和恢復非故障區段的供電。這種繼電保護功能稱為故障狀態差動保護，可使配電網系統在故障時避免受多次沖擊，并能迅速恢復供電。

當在開關S1和開關S2之間線路段L2發生故障(非單相接地)，由于故障電流，變電站A的線路保護使斷路器CB1動作，將故障線路切除。裝設在S1處的智能單元檢測到故障電流，即故障狀態變量為1，而裝設在開關S2、S3處的智能單元沒有故障電流且失壓，經過點對點通信，每個智能單元的故障狀態變量和相鄰智能單元主動傳送來的故障狀態變量，經過運算來故障判斷，結果為1識別出該故障發生在S1與S2之間的L2線路段上，保護立即發出跳閘命令，快速跳開關S1和S2實現故障隔離;當S1、S2的智能單元檢測到開關S1、S2處于斷開狀態時，兩智能單元主動向出口斷路器CB1和聯絡開關S4傳送開關狀態量，CB1和S4分別收到S1、S2開關狀態量并確認都為斷開狀態，則分別發出合上線路出口的斷路器和合上聯絡開關S4完成向非故障區域恢復供電。

另外，智能化重合器具有階段式保護功能，當上下級之間的短路電流能夠配合時，也可采用階段配合方式，同時可以選用方向鑒別。按照躲開某一點電流速斷保護的主要優點是簡單可靠，動作迅速;缺點是不可能保護線路的全長，保護范圍直接受系統運行方式變化的影響。當系統運行方式變化很大，或者被保護線路的長度很短時，速斷保護就可能沒有保護范圍。為了克服母線出口速斷保護的死區，各個饋線分段上的智能重合器具有帶時限的電流速斷保護和定時限過流保護，來實現各個饋線分段之間的階段式保護功能。當合上S3恢復A區供電時，如果變電站B的容量不足，廣域保護可以用遠方聯切方式切除一部分不重要的負荷，以保證對重要負荷的連續供電。

同時當變電站B向A區供電時，由于負荷電流增大，過電流保護定值需要進行相應的改變，廣域繼電保護可通過遠方修改定值或自適應改變定值的功能來實現。配電網網絡化繼電保護對通信通道的要求比較簡單，既可采用優質的通信通道:光纖、導引線;也可因地制宜的使用公網GPRS、CDMA-1X等作為通信通道;即將推出的3G通信業務提供了更好的選擇。實現配電網網絡化繼電保護時，電力部門可以根據企業的資金狀況分步投資，可以做到邊投資邊受益。最終完成基于配電網網絡化繼電保護的網絡化、智能化配電網自動化系統。

3 結論

近幾年來，許多國家的大城市相繼發生了大范圍停電事故，造成巨大的經濟損失并對社會正常秩序造成嚴重影響。大城市的配電網可靠性因此受到很大的關注。對照世界上發生大面積停電的地區，我國電網也存在配電網網架薄弱，保護、控制措施與電網可靠性要求不適應等問題。

提出配電網網絡化繼電保護的概念，采用階段式保護、縱聯式保護、故障狀態差動保護、遠方跳閘、解裂及自動適應、動態修改保護方式和整定值等措施，形成一個區域配電網的廣域繼電保護?；趶V域繼電保護的自動化配電網，具有快速定位故障點、就地處理故障、減少系統沖擊、迅速恢復供電等優點。