配電系統繼電保護若干技術問題的探討

魏建峰，李愛玲

(山西省大同供電分公司繼電保護所，山西 大同 037008)

配電系統繼電保護若干技術問題的探討

魏建峰，李愛玲

(山西省大同供電分公司繼電保護所，山西 大同 037008)

針對目前市級供電局10kV配電系統繼電保護裝置現狀，分析了10kV配電系統中繼電保護配置及整定計算方面存在的若干問題，提出了相應的建議，供配電網改造與建設參考。

配電系統;繼電保護;保護配置

0 引言

配電網在整個電力系統中的范圍是中、低壓電網及深入到其中的高壓電網，分界點在高壓/中壓變壓器的高壓側，但不包括高壓側的斷路器和隔離開關。配電網的主要任務是保證安全可靠供電、分配好負荷、管理好電壓/無功、提供高質量的電能等。

隨著城市建設的飛速發展，10kV配電站和配電線路迅速增加，配電網結構也有了很大的變化。為了適應市場，10kV配電系統對供電可靠性的要求也日趨提高，這就需要10kV配電網一次結構和二次繼電保護以及自動化系統相互配合、逐步改進，10kV配電網系統更趨完善。

目前市級供電公司10kV配電網系統接線方式按出線性質可分架空線(包括架空電纜混合線路)網絡和電纜線網絡兩大類。

架空線網絡一般接線為直接送非專線用戶與電業配電站及桿架變壓器。電纜線網絡一般可分為放射形網絡(包括專線供電)和環狀網絡。放射形網絡是一回線路為一個電源，不與其他線路連接，其接線簡單，投資少，但供電可靠性差，線路發生故障停電時間長。環狀網絡可以將各開關站、配電站以10kV電纜連接成一個環網，一個環網內有兩個或兩個以上電源，在正常情況下開環運行。當任一段線路發生故障可通過自切恢復供電或由人工查找及借助故障指示器查找到故障點，然后通過操作，隔離故障點，恢復非故障網絡的供電，減少了停電時間。本文將重點敘述10kV配電系統中繼電保護在選擇性方面若干配合的技術問題。

1 目前配電系統繼電保護概況

10kV配電系統繼電保護裝置由原來的電磁型、晶體管集成電路保護已逐步發展為目前的微機保護。對10kV配電系統繼電保護裝置是按以下原則配置的(以大同市供電公司為例)：

(1)配電站進線一般不設繼電保護。

(2)變電站及開關站10kV出線保護由過電流保護、零序電流保護(僅限電阻接地系統)、前加速一次重合閘保護(若線路有架空線)構成。

(3)配電站及開關站10kV母線分段，配置備用電源自切及自切后加速保護裝置。

(4)配電變壓器選用熔斷器或由繼電器構成的過電流保護及零序電流保護(僅限電阻接地系統)。

90年代以來，配電系統的保護得到長足的發展，微機保護開始得到廣泛的應用，因此新建站的繼電保護裝置在選型上一般選用微機保護。

2 配電系統繼電保護配置及整定計算中存在的問題

按照《3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》的規定，繼電保護整定計算定值必須滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性四項基本要求。在配電系統整定計算中若不能兼顧這四項基本要求時，則按下級服從上級、上級盡可能照顧下級的需要，并保證重要用戶供電的原則進行合理取舍。目前，10kV配電系統繼電保護配置及整定計算中存在如下主要具體問題：

2.1 電阻接地系統的接地保護與上下級保護不配合

(1)主變壓器接地保護與熔絲保護不配合

以電纜為主的10kV配電系統正逐步推廣中性點經電阻接地的供電方式。這對配電網的設備免受單相接地過電壓威脅所換取的安全運行和及時排除單相接地故障是十分有利的，但它給繼電保護整定帶來了新的問題。目前，中性點經電阻接地系統配置的接地電流為1000A，配電系統電源側主變壓器的零序電流保護必須保證在單相接地故障時有2倍的靈敏度(按照DL4001991《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的2.1.2.3款的規定，遠后備保護靈敏度大于1.5，近后備保護為2.0)，為此，要求主變壓器零序電流保護的整定值不得大于500A，出線保護的電流定值整定必須與之配合，從而無法保證與下級熔絲保護的配合選擇性。圖1為變壓器10kV接地后備保護與熔絲的配合示意圖，以主變壓器10kV接地保護一次整定值為480A、4s(固定時限)為例，配電站熔絲選擇額定電流為100A(俗稱ΠK熔絲)在故障電流為550A時的熔斷時間接近4s，額定電流150A自落熔絲在故障電流為560A時的熔斷時間接近4s。所以該保護僅在單相接地故障電流大于590～600A時(相當于熔絲額定電流的5～6倍)才能與下級熔絲保護取得配合。

圖1 主變10kV接地后備保護與熔絲的配合示意圖

(2)10kV出線接地保護與線路熔絲保護不具有選擇性

10kV出線反時限接地保護為與主變壓器接地保護配合，動作電流整定值一般為240A，2倍動作電流時的動作時間為3s(見圖2所示)，它與額定電流100AΠK熔絲和額定電流150A新自落熔絲在故障電流小于660～800A時不配合。甚至與額定電流75AΠK熔絲和額定電流100A新自落熔絲在故障電流小于380～400A時也不配合。由此可見，在接地電流的數值低于800～850A時出線接地保護與線路上熔絲保護的選擇性無法滿足，在故障電流等于或超過850～1000A時才可以滿足選擇性。

圖2 主變壓器及10kV出線接地保護與熔絲的配合示意圖

2.2 10kV配電系統保護級數太多整定難于配合

配電系統繼電保護級數太多，整定就無法做到逐級配合，支接用戶故障或下級串供負荷故障，電源側將無選擇性地切除，擴大了停電范圍。如圖3所示，從變電站的主變壓器開始經過2級配電站到用戶側進線為止，實際是5級保護。這5級保護只能在最大的允許2s時間內達到配合，平均每級分配是0.4s，而由于主變壓器定時限保護與變電站出線反時限保護間有較大的誤差(反時限繼電器的動作特點所決定)，所以實際采用配合的級差為0.8s，而變電站的出線與第一級配電站反時限保護保證配合，也需要0.8s的時間，這樣余下的時間僅僅為0.4s給后面的3級保護，顯然是不夠分配的。

圖3 變電站與配電站一次接線圖

2.3 配電站線路過流保護與熔絲保護不配合

如圖4所示，變電站過流保護與下級配電站保護配合良好，變電站出線過流保護與150A自落熔絲及配電站100AΠK熔絲能夠配合，但配電站A出線過流保護與下級熔絲保護明顯不配合。為簡單起見，圖4中配電站的100AΠK熔絲與150A自落熔絲的保護特性假設基本是重疊作分析。由于配電站A出線過流保護的特性必須與變電站出線配合，其動作特性已經非常低，所以從B配電站出線保護開始包括與后面的所有配電站全程都無法配合。

圖4 變、配電站與下級配電站及熔絲配合示意圖

2.4 環網供電無保護

環狀配電網采用負荷開關為主，目前不設斷路器，也沒有保護。若裝設斷路器，由于運行方式變化，負荷轉移等因素，繼電保護選擇性無法協調。目前環網運行方式是開口運行，故障時，故障環網全部停電，絕大部分網絡是用人工操作對網絡重構來恢復供電。對環網中的供電用戶，小容量的，還可設置熔絲，限止故障的影響范圍;用戶變壓器容量較大的，無法配置有選擇性的熔絲保護，甚至直接用銅棒連接，用戶故障，環網全停，擴大了故障影響范圍。

2.5 微機保護配置及管理的不規范化

配網內微機保護品種繁多，其特性、性能各異，不利于安全運行。有些功能也并未發揮效益，如故障錄波、事件順序記錄等。

2.6 變電站的10kV備用電源自動投切裝置的后加速保護的靈敏度不夠

由于變電站的10kV備用電源自動投切裝置的后加速保護，只能在近端故障作為出線開關拒動時的后備保護，而對于較長的10kV出線，在線路末端故障時后備保護的靈敏度不夠，其可能不動作，故在出線開關拒動時，會引起變電站全站停電。

3 針對配電系統繼電保護配置及整定計算存在問題的建議

(1)配電系統的繼電保護配置，是長期實踐經驗的積累，基本符合電網的需要，今后仍將是電網的主要繼電保護方式。由于這些保護設備裝置簡單，可靠性相對較高，目前由于配電網的結構發展，造成保護有時不能適應電網變化和發展的需要，這些是可以通過各種途徑逐步予以解決的。

(2)對于熔絲的使用，在中性點電阻接地的配電網中一般不能選用大于額定電流70～80A配電站熔絲(俗稱ΠK熔絲)或額定電流75～100A自落熔絲，即配電變壓器容量超過800kVA時宜加裝斷路器，采用繼電器構成的零序電流保護及過電流保護。

(3)關于多級串供問題，在電網規劃和運行方式中，要辯證地看待一次、二次系統與電網安全性、經濟性的關系，合理選擇方案。例如盡量避免多級串聯供電的方案(一般不大于2級)，改為并聯供電方式。

(4)環網結構是電纜網絡采用的主要形式，目前還沒有性能頗為理想的繼電保護裝置，為快速隔離故障、恢復供電，可以考慮結合配電自動化系統的建設，繼電保護與自動化系統相互配合使用。

(5)要加強對微機保護的管理，對各制造廠生產的微機保護的性能要作規范化配置與設置;對微機保護具備的附加功能要開發利用。

(6)為了減少低壓母線故障時對高壓電網電壓波動的影響，對縮短電壓瞬變時間要求較高的特殊用戶，可采用快速保護來解決，達不到要求的，建議用戶使用雙電源，用固體開關切換。

［1］Distribution Automation(Authorial Course).IEEE Working group on distribution［M］.Institute of Electrical and Electronics Engineers，1988.

［2］陳建業，韓英鐸.配電技術的變革和所面臨的挑戰［J］.國際電力，2000.

［3］王章啟，顧霓鴻.配電自動化開關設備［M］.北京：水利電力出版社，1995.

Discussion of Some Technical Problems in Relay Protection of Power Distribution System

WEI Jian-feng，LI Ai-ling
(Relay Protection Office，Datong Power Supply Branch Company Shanxi Province，Datong 037008，China)

Aiming at the present situation of relay protection devices of 10kv power distribution system in municipal power supply bureaus，some problems in relay protection configuration and the setting calculation of 10kv power distribution system are analyzed，and the corresponding suggestions are put forward for reference of supply and distribution power web reform.

power distribution system;relay protection;protection configuration

TM77

A

1671－5977(2011)04－0135－03

2011-10-09

魏建峰(1972-)，男，山西大同人，山西省大同供電分公司繼電保護所技師。

王 琨］