級差保護配電網自愈應用研究

陳 杰 ，藍海森 ，周 旭 ，麥耀光

（1. 貴州電網有限責任公司六盤水鐘山供電局，貴州 六盤水 553000; 2. 廣東電網有限責任公司東莞長安供電局，廣東 長安 523851; 3. 貴州電網有限責任公司畢節供電局，貴州 畢節 551700）

1 級差式電流保護工作原理

設備的過電流保護就是當電流超過預定最大值時，使保護裝置動作并在設定的時間內斷開電源的一種保護方式。當流過被保護原件中的電流超過預先整定的某個數值時，保護裝置啟動，并在預設時限內發出動作指令，使斷路器跳閘并給出相應的報警信號，以此達到保護電網重要設備的目的，同時告知用戶故障相關信息，以便查找故障。

級差電流保護主要分為一段過電流保護（又稱為速斷保護）、二段過電流保護、三段過電流保護。一段過電流保護，保護距離最小，跳閘時間最短，整定值是按大于被保護線路末端最大的短路電流的原則來整定；二段過電流保護，目的是為了彌補第一段保護的缺陷，延長了第一段電流保護的范圍，保護范圍較第一段更長更大一些，動作時限更長一點；三段過電流保護，保護范圍較大，通常作為本線路的近后備保護以及作為相鄰下一線路的遠后備保護，動作延時按階梯形時限配合原則來確定。

2 級差式電流保在自愈系統中的應用

2.1 級差保護邏輯

級差式保護功能（簡稱級差保護）：主要包括多段式過流保護、零序保護、重合閘等功能，當配電網一次設備發生故障時保護設備自身能動作于故障告警或斷路器跳閘實現就地隔離故障。

當線路發生故障時，臨近前端斷路器檢測到故障信號，發出告警并執行跳閘，而前一個斷路器能檢測到告警但不跳閘動（如圖1所示），故障后端斷路器不動作，也不告警。

圖1 級差保護示例

2.2 級差保護定值整定

定值設定須要根據設備狀況，線路長度、截面、負荷情況等參數進行計算，同時滿足各段時限的匹配，以圖1為例，我們將CB斷路器過流I段跳閘時間定值設定為0.3 s，跳閘電流為3000 A，過渡II段時間定值設定為0.7 s，跳閘電流為720 A，零序保護時間定值設定為0.7 s，跳閘電流為60 A，重合閘保護時間為5 s。其他斷路器定值如圖2所示。

圖2 級差保護定值整定示例

2.3 級差自愈過程

在級差保護投入后，有多種情景可能，下面對其中3類進行模擬分析。

當永久性故障出現在前端時，前端就近斷路器跳閘動作，重合閘不成功，斷路器發出保護告警信號，主站經過分析判斷，確定故障發生在CB～A1之間，于是做出自愈決策，斷開A1開關，合上環網開關FB即可實現自愈功能（如圖3所示）。

圖3 級差保護自愈示例A

當永久性故障出現在A2-A3時，CB跳閘且重合失敗，開關分位且有保護告警信號，主站自愈啟動，根據A1-A5開關的告警情況，判斷故障范圍為A3-A4區域，主站自愈隔離策略動作：

遙分A3、A4開關，故障隔離成功，遙合FB開關，故障點下游恢復供電；當值調度員根據主站自愈策略故障區域及隔離信息，人工遙控合上站內CB開關恢復故障點上游供電（如圖4所示）。

圖4 級差保護自愈示例B

當永久性故障出現在A4-A5區域，A1-A4發保護告警信號，A5無保護告警信號，A4跳閘且重合失敗，開關分位且有保護告警信號，主站自愈啟動，根據A1-A5開關的告警情況，判斷故障范圍為A4-A5區域，主站自愈隔離策略動作：遙分A5開關，故障隔離成功，主站自愈轉電策略動作：遙合FB開關，故障點下游恢復供電（如圖5所示）。

圖5 級差保護自愈示例C

2.4 級差保護應用過程中存在問題和不足

級差保護在實際應用過程中存在一些問題和不足，比如說在圖4（級差保護自愈示例B）所示的故障情形中，CB斷路器投入保護跳閘功能，A1、A2投入保護告警功能，故障發生在A1、A2區段，則需要調度員進行斷判后，人工遙控合上站內CB開關恢復故障點上游供電，這種情況會降低自愈效率，如果在極端自然災害下，線路多處故障時，調度員很難第一時間進行處置，將導致用戶長時間不能恢復送電。

2.5 改進方向和發展趨勢

針對上述問題和不足，須要對配網自愈策略進行升級，將自動控制策略延伸至變電站出線開關，系統自動化判斷故障發生區段，自動斷開故障區段兩側開關，合上站內出線開關，真正實現智能化自愈，提高自愈效率。

在今后的電網自愈發展中，會增加更多的設備和線路，例如可以把變電站站內自愈，和站間自愈等策略統籌考慮，總體實現大電網的整體系統自愈，大幅提升電網的數字化和智能化水平。

3 級差保護自愈的應用小結

電流級差保護在配網自動化自愈保護作用明顯，動作迅速，故障判斷準確，有效防止故障范圍擴大，設備的損壞，確保供電設備和供電網絡的安全運行。

電流級差保護在自動化自愈應用過程中，能高效定位和判斷故障類型，幫助開展故障快速隔離，提高了故障處置效率，減少供電恢復工作量，提高了人機效率。

電流級差保護在配網供電可靠性方面發揮了重要作用，有效提升了故障查找判斷時間，有效提升了故障隔離時間，有效提升了轉供復電時間等，從而大大提高了供電可靠性。