計及時間配合和運行方式的配電網保護整定研究

丁健 楊冬梅 馬軍 汪嬌嬌

摘要：配電網作為電網必不可少的一環，其安全可靠運行至關重要。配電網運行方式多變，線路廣泛分布于城鎮與鄉村，且很多鄉村地處偏遠、線路供電半徑很長，傳統的繼電保護整定和配合困難，從而導致時常有誤動、拒動等現象發生。因此，提出計及時間配合和運行方式的配電網保護整定研究方案，該方案計及各個保護動作時間的配合和不同的運行方式對配電網保護進行整定，通過算例對方案進行了驗證，對繼電保護工作人員開展配電網的運行維護工作具有重要的實際意義。

關鍵詞：配電網保護;時間配合;運行方式

0 ? ?引言

配電網是電網中至關重要的一環，它直接關系用戶用電可靠性，而準確、可靠的配電網保護整定和配置能夠有效預防和隔絕故障，是配電網工作人員必須考慮的。

配電網運行方式多變，線路廣泛分布于城鎮與鄉村，且很多鄉村地處偏遠、線路供電半徑很長，傳統的繼電保護整定和配合困難，從而導致時常有誤動、拒動等現象發生。配電網保護整定方法一直都在不斷改進與優化。文獻[1]對配電網線路繼電保護整定計算問題進行了一定的研究。文獻[2]提出了綜合時間級差配合方式，包括4種配電網多級繼電保護配合模式，分別分析了這四種配合模式的特點。文獻[3]通過分析繼電保護整定計算方法，提出了整定計算中常見的一些問題并給出了解決措施。文獻[4]圍繞電流速斷保護、三相一次的重合閘繼電保護、低頻減載的供電系統保護、定時限過電流保護、三段式過電流保護五方面對繼電保護措施進行了詳細論述。文獻[5]介紹了根據現場的多年工作經驗，總結出了一些針對不同10 kV配電網、考慮不同因素的保護整定方法。

本文針對配電網繼電保護現狀和偏遠城鎮與鄉村配電網保護的特點，提出計及時間配合和運行方式的配電網保護整定研究方案。

1 ? ?配電網保護概述

1.1 ? ?線路保護

配電網線路保護一般設置兩段式電流保護，即電流速斷保護和過電流保護，或者限時速斷保護和過電流保護，又或者電流保護和限時速斷保護，具體需要根據不同的情況選擇相應的保護配置。

1.2 ? ?變壓器保護

對于電壓在10 kV及以下的變壓器，針對其內部、套管及引出線的短路故障，根據容量及重要性的不同，裝設下列不同的保護作為主保護，并瞬時動作于斷開變壓器的各側斷路器：容量在10 MVA及以下的變壓器，采用電流速斷保護;油式變壓器≤630 kVA及干式變壓器≤1 000 kVA，高壓側采用限流熔斷器，具有速斷和過流、過負荷保護的功能;油式變壓器≥800 kVA及干式變壓器≥1250 kVA，高壓側采用斷路器柜，設有速斷、過流保護、過負荷保護、溫度保護、瓦斯（油浸式）保護。

1.3 ? ?電容器保護

電容器保護一般設有電流保護、過電壓保護、低電壓保護、不平衡保護和零序電流保護。

1.4 ? ?電抗器保護

電抗器保護一般配置差動保護、電流保護、過負荷保護和零序電流保護。

2 ? ?考慮運行方式

繼電保護的整定與電網的運行方式息息相關，不同的運行方式對應的電流、電壓等參數并不相同，故障時的相應參數也將不同，而實際配電網運行過程中運行方式復雜多變，實時獲取運行方式并進行保護整定難以實現，應根據配電網特點合理選擇常用或經典的運行方式進行整定，既避免了實時對各運行方式進行保護整定的困難，又能最大限度確保配電網保護整定合理、高效，充分發揮保護效能。常用或經典的運行方式蘊含了正常運行方式、被保護設備相鄰的線路或元件檢修的正常檢修方式、環網布置開環運行中各電網之間的負荷轉移。

繼電保護工作責任重大，應以電網的安全穩定、可靠運行為前提，但是如果繼電保護對某些運行方式無法同時滿足其靈敏性、速動性和選擇性的要求，此時應當約束此類運行方式。

在考慮運行方式時，應綜合考慮如下幾個方面：

（1）保持電力網絡中每個變電站各變壓器中性點接地方式相對穩定。

（2）防止在同一個廠站母線上同時斷開兩個及多個所連接的運行設備（線路、變壓器），當兩個廠站的母線之間電氣距離相隔比較近時，也要防止同時斷開兩個及多個運行設備。

（3）在電網的部分點位上以及與主網相連的有電源的片區電網中，應建立適當的解列點，這樣方便采取有效的解列措施，以保證主網的安全和片區電網重要用戶供電。

（4）盡量防止采用多級串供的終端運行方式。

（5）防止采用不相同電壓等級的電磁環網運行方式。

（6）禁止平行雙回線的雙T接變壓器并列運行。

3 ? ?計及時間配合和運行方式的配電網保護方案

配電網多數地處城鎮和鄉村，而很多鄉村地處偏遠、線路供電半徑很長，保護級數較多，傳統的繼電保護整定和配合困難，而對線路保護設備采用電流保護功能開關的整定與電壓—時間型功能開關組合的整定組合的形式進行配電網保護的整定，可以解決以上問題。

3.1 ? ?電流保護功能開關的整定

若線路保護設備為斷路器，則對其進行電流保護功能的整定。

傳統的時間配合都是從線路末級開始逐級往線路首端配合，這樣會導致多級配合的時候到站內首端的時間很長，不符合站內時間的整定需要。因此本文從站內線路首端逐級往線路末端進行時間配合，并對一些線路保護設備進行電壓—時間型功能的整定（3.2講述），而不進行電流保護功能的整定，這樣就減少了時間配合的級數，使時間配合更簡便實用。

例如，對于定時限過流保護，斷路器從站內饋線開關保護開始往站外線路末端逐級配合，站內定時限過流動作時間作為第一級保護，以至少0.15 s的級差往站外線路末端逐級配合。

3.2 ? ?電壓—時間型功能開關的整定

若線路保護設備為負荷開關，實際運行時則退出其自動化終端的故障保護跳閘功能，而將進行對電壓—時間型功能開關的整定。

3.2.1 ? ?電壓—時間型開關的工作原理

電壓—時間型開關的工作原理[6]是通過X、Y、Z的時間配合來隔離故障區域，下面以圖1為例進行說明。

當1點發生短路故障時，站內斷路器跳閘，開關A、B分閘，站內開關第一次重合閘，來電后開關A、B分別經各自的X時間（40 s、7 s）關合，關合的同時啟動Y計時，若1點為瞬時性故障，B合閘后，系統正常運行，若1點為永久性故障，開關B在判定合閘到故障線路后，分閘閉鎖，站內斷路器再次跳閘，進行第二次重合閘，因開關B分閘閉鎖，從而故障區域被隔離，其他區域正常運行。

3.2.2 ? ?電壓—時間型開關的時間設置

Tx：負荷開關的關合延時時間（X時間）。處于線路分段位置的負荷開關，在分閘狀態下，單側來電后關合的延時時間。

整定原則：

（1）變電站或開關站饋線開關第1臺負荷開關合閘時間Tx整定為40 s（合閘時間與變電站出線開關配合，時間=站內饋線開關重合時間+開關固有合閘時間+儲能時間+充電時間）。第2臺及以后的負荷開關Tx整定為7 s。

（2）在較長分支線斷路器后段安裝的負荷開關：

第1條分支線（靠近變電站出線開關為第1條，以此類推）的第1臺負荷開關Tx應整定為支主干線上安裝的所有負荷開關的Tx定值之和減去本條支線T接點前段所有負荷開關Tx定值再加7 s。該支線第2臺及以后負荷開關定值均整定為7 s。

第2條分支線的第1臺負荷開關Tx應整定為第1條分支線安裝的所有負荷開關的Tx定值之和減去第1條分支線T接點與第2條分支線T接點之間所有負荷開關Tx定值再加7 s。該支線第2臺及以后負荷開關定值均整定為7 s。

以此類推，第X條分支線的第1臺負荷開關定值應整定為第X-1條分支線安裝的所有負荷開關的Tx定值之和減去第X-1條分支線T接點與第X條分支線T接點之間所有負荷開關Tx定值再加7 s。第X條分支線第2臺及以后負荷開關定值均整定為7 s。

較長分支線的負荷開關均安裝在分支線斷路器之后，按上述原則整定各分支線第一臺負荷開關的Tx值之后，應同時校驗不小于40 s的要求;小于40 s的，直接取40 s。

Ty：負荷開關關合確認時間（Y時間）。負荷開關關合后，在Ty時間里判斷是否合閘到故障線段，若合閘后在Y時間內低壓或過流元件啟動，則判定合閘到故障線段，分閘并閉鎖合閘，以保持分位狀態。若合閘后Y時間內低壓或過流元件不啟動，則判定合閘到非故障線段，閉鎖分閘以保持合位狀態。Ty時間整定為5 s。

Tz：分閘延時時間（Z時間）。負荷開關失壓后，分閘的延時。上級電源線路發生瞬時性故障跳閘后重合使變電站短時失壓時，為避免負荷開關失電分閘，失電分閘延時整定為3.5 s。

Tll：聯絡開關合閘時間。考慮未退聯絡開關功能時進行線路操作或檢修，因聯絡開關自動合閘而可能發生誤送電風險，根據地區情況可退出聯絡開關合閘功能。

4 ? ?算例驗證

4.1 ? ?算例實施

以圖2為例對時間定值設置進行說明。

圖2為茂名配網保護線路單線圖原圖，此原圖為一個svg文件，通過使用dom解析svg圖內信息，再截取所需信息進行整理，根據整理后信息重新生成一個新的svg圖文件，這樣得到的新的svg圖文件即為圖3。在圖3中，對原svg圖文件進行解析及標識后，圓點表示為負荷開關，矩形表示為斷路器，這樣便得到一個對于配網單線圖的簡化圖，通過此簡化圖，便可對其進行電流保護和電壓—時間保護的整定。

已知站內F01定值如表1所示。

F02、F03、F04作為配置電流保護的斷路器，其時間以級差方式逐級遞減。

F02、F03（作為同級開關）：

電流速斷保護定值時間：0.3-0.15=0.15 s;

定時限過流保護定值時間：0.7-0.2=0.5 s;

零序過流保護定值時間：0.8-0.2=0.6 s;

重合閘時間：5 s。

F04：

電流速斷保護定值時間：0.15-0.15=0 s;

定時限過流保護定值時間：0.5-0.2=0.3 s;

零序過流保護定值時間：0.6-0.2=0.4 s;

重合閘時間：5 s。

A、B、C、D、E、F作為電壓—時間型開關，按照3.2的設置原則進行設置。

Y時間取5 s，Z時間取3.5 s。

電壓—時間型開關時間如表2所示

失壓定值：25%額定電壓值=88 kV;

有壓定值：80%額定電壓值=176 kV。

4.2 ? ?算例分析

傳統的配電網線路純電流保護功能開關的整定，如果線路供電半徑很長、保護級數較多，將導致上下級配合困難甚至無法配合，從而出現保護誤動或拒動等現象。通過算例實施可以看出，相比傳統的整定方式，本文算例所述對線路保護設備采用電流保護功能開關的整定與電壓—時間型功能開關的整定組合的整定形式很好地解決了這個問題，使配電網保護的整定更為合理與實用。

5 ? ?結語

配電網保護整定的合理性和準確性關乎用戶的可靠用電乃至整個電網的安全可靠運行。本文針對配電網保護的現狀和特點，提出計及時間配合和運行方式的配電網保護整定研究，概述了配電網保護的類型，介紹了常用運行方式選擇的事項，并對計及時間配合和運行方式的配電網保護整定方案進行了敘述，最后通過算例驗證了本文所提方案的合理性，對配電網保護整定領域具有一定的借鑒和參考意義。

[參考文獻]

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[5] 崔其會，薄純杰，李文亮，等.10 kV配電線路保護定值的整定探討[J].供用電，2009，26（6）：32-34.

[6] 陳勇，海濤.電壓型饋線自動化系統[J].電網技術，1999，23（7）：31-33.

收稿日期：2020-01-14

作者簡介：丁健（1989—），男，廣東高州人，工程師，研究方向：繼電保護。