方向元件在饋線自動(dòng)化中的應(yīng)用研究

馬 亮，明 明，徐湘壘，劉 鋒，張鴻魁

（國網(wǎng)上饒供電公司，江西 上饒 334000）

0 引 言

隨著我國綜合國力的提升和民眾生活水平的提高，人們對(duì)電力供應(yīng)的要求越來越高。配電網(wǎng)作為連接用戶和電網(wǎng)的橋梁，直接關(guān)系到用戶的用電體驗(yàn)，是極其重要的角色[1]。配電網(wǎng)的運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，涉及眾多節(jié)點(diǎn)和廣闊區(qū)域，容易發(fā)生故障。因此，要想提高供電可靠性，需要先提升配電網(wǎng)的管理和控制水平，優(yōu)化其運(yùn)行效能[2]。

饋線自動(dòng)化在提高故障隔離和恢復(fù)非故障區(qū)間供電效率等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是提高供電可靠性的重要手段。饋線自動(dòng)化主要分為集中型和就地型。集中型饋線自動(dòng)化是通過配電自動(dòng)化主站和饋線終端單元相互配合實(shí)現(xiàn)。配電主站通過饋線終端采集的信息判斷故障區(qū)間和聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)供方案，并將相關(guān)遙控信息下發(fā)給饋線終端，由終端執(zhí)行相應(yīng)操作，達(dá)到隔離故障和恢復(fù)非故障區(qū)間供電的目的。就地型饋線自動(dòng)化主要包含重合器式和智能分布式2 類。智能分布式饋線自動(dòng)化通過饋線終端之間的信息交互來實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間判斷、故障隔離以及非故障區(qū)間供電恢復(fù)，但由于其對(duì)通信的要求較高，實(shí)際應(yīng)用較少。重合器式饋線自動(dòng)化則通過饋線終端的時(shí)序配合和特定的操作邏輯（如來電延時(shí)合閘、失壓分閘、正反向閉鎖）來實(shí)現(xiàn)故障區(qū)間判斷、故障隔離以及非故障區(qū)間供電恢復(fù)。由于其運(yùn)行不受通信環(huán)境的影響，應(yīng)用廣泛，切實(shí)提高了配電網(wǎng)的運(yùn)行水平。

1 90°接線方式下故障方向特征分析

1.1 線路正向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)

1.1.1 正方向三相短路

當(dāng)線路正向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)，正方向三相短路如圖1 所示。

圖1 三相短路電路

圖1 中：Zs為保護(hù)安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗；ZL為保護(hù)安裝處至故障發(fā)生處的線路阻抗（包括過渡電阻）[3]；分別為系統(tǒng)等效三相電源的A 相、B 相、C 相電動(dòng)勢(shì)，其相量為，；保護(hù)檢測到的電壓為。假設(shè)ZL=xZS，φk為線路阻抗角，則

1.1.2 正方向兩相短路

當(dāng)線路正向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)，以AB 相為例，正方向兩相短路電路如圖2 所示。

圖2 AB 相短路電路

假設(shè)2ZL=xZS，則

同理可得， 當(dāng)BC 相短路時(shí)： 對(duì)于B 相來說，U4CA和I4

1.1.3 方向保護(hù)的判據(jù)

經(jīng)過計(jì)算可求得30°≤α≤60°，一般取α=45°，即正方向保護(hù)的判據(jù)為-90°≤φ+45°≤90°。經(jīng)過化簡后，正向的判據(jù)為-135°≤φ≤45°，反向的判據(jù)為45°≤φ≤225°。

1.2 線路正向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)

1.2.1 正方向三相短路

當(dāng)線路正向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)，正方向三相短路電路如圖3 所示。

圖3 三相短路電路

1.2.2 正方向兩相短路

當(dāng)線路正向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)，以AB 相為例，正方向兩相短路電路如圖4 所示。

圖4 AB 相短路電路

現(xiàn)場一般會(huì)按照正向供電、相序?yàn)檎齺砣ˇ粒慈ˇ?45°，此時(shí)。

當(dāng)線路實(shí)際為正向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)，功率方向保護(hù)內(nèi)角依然按照線路正向供電、電源相序?yàn)檎蚬╇妬碓O(shè)計(jì)，會(huì)將正向故障判錯(cuò)，報(bào)反向故障。

1.3 線路反向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)

1.3.1 正方向三相短路

當(dāng)線路反向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)，三相短路電路如圖5 所示。

圖5 三相短路電路

1.3.2 正方向兩相短路

1.3.3 方向保護(hù)的判據(jù)

現(xiàn)場一般會(huì)按照反向供電、相序?yàn)檎齺砣ˇ粒慈ˇ?45°，此時(shí)。

當(dāng)線路實(shí)際為反向供電、電源相序?yàn)檎驎r(shí)，功率方向保護(hù)內(nèi)角依然按照線路正向供電、電源相序?yàn)檎蚬╇妬碓O(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)將正向故障判錯(cuò)，報(bào)反向故障。

1.4 線路反向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)

1.4.1 正方向三相短路

當(dāng)線路反向供電、電源相序?yàn)樨?fù)序時(shí)，正方向三相短路電路如圖6 所示。

圖6 三相短路電路

1.4.2 正方向兩相短路

（4）共識(shí)方面：共識(shí)機(jī)制從單一向混合方式演進(jìn)。導(dǎo)致區(qū)塊鏈性能降低的重要因素之一是共識(shí)算法。PoW、PoS、股份授權(quán)證明（DPoS）和拜占庭容錯(cuò)等，各據(jù)優(yōu)勢(shì)，各有最適用的場景。為提升效率，需在安全性、可靠性、開放性等方面進(jìn)行取舍，根據(jù)場景切換共識(shí)機(jī)制成了新趨勢(shì)，并且將從單一的共識(shí)機(jī)制向多類混合的共識(shí)機(jī)制演進(jìn)，運(yùn)行過程中支持共識(shí)機(jī)制動(dòng)態(tài)切換，或系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前需要自動(dòng)選擇相符的共識(shí)機(jī)制。

1.4.3 方向保護(hù)的判據(jù)

2 優(yōu)化方向元件的判斷方法

當(dāng)相序?yàn)樨?fù)時(shí)，正向的判據(jù)和相序?yàn)檎龝r(shí)反向的判據(jù)一樣，因此電源相序的正負(fù)會(huì)影響方向元件的輸出。在方向元件判斷前，需要先對(duì)供電電源相序進(jìn)行判斷和調(diào)整。

在線路上電后，檢測裝置以A 相電壓相位為0作為參考，如果B相電壓相位為-120°（-180°～0），C 相電壓相位為120°（0 ～180°），認(rèn)為三相相序?yàn)檎辉龠M(jìn)行處理；如果B 相電壓相位為120°（0 ～180°），C 相電壓為-120°（180°～0），則認(rèn)為三相相序?yàn)樨?fù)，裝置將輸入信號(hào)的B 相電壓電流與C 相電壓電流互換，得到一組正序的電壓和電流信號(hào)，此時(shí)再根據(jù)AB 相線電壓與C 相電流相位差φc、BC 相線電壓與A 相電流相位差φa、CA 相線電壓與B 相電流相位差φb進(jìn)行方向判斷[4]。其中，正向判據(jù)為-135°≤φ≤45°，反向判據(jù)為45°≤φ≤225°。

3 繼電保護(hù)和方向元件的配合

經(jīng)典的繼電保護(hù)是具有階梯型動(dòng)作特征的多段式保護(hù)，一般至少有3 段。為了配合聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供前后保護(hù)級(jí)差，將3 段式保護(hù)擴(kuò)展為6 段式。其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)按照聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供前的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置保護(hù)定值和延時(shí)，并且設(shè)置成只有故障在正向時(shí)動(dòng)作；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護(hù)按照聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供后的線路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置保護(hù)定值和延時(shí)，并且設(shè)置成只有故障在正向時(shí)動(dòng)作。保護(hù)配置如圖7 所示。

圖7 保護(hù)配置示意

轉(zhuǎn)供前保護(hù)配置如圖8 所示。

圖8 轉(zhuǎn)供前保護(hù)配置示意

根據(jù)圖8，聯(lián)絡(luò)未轉(zhuǎn)供前，分段開關(guān)D11、D12、D13設(shè)置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)相互配合，具有選擇性；分段開關(guān)D23、D22、D21設(shè)置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)相互配合，具有選擇性。

線路二轉(zhuǎn)供后的保護(hù)配置如圖9 所示。

圖9 線路二轉(zhuǎn)供后保護(hù)配置示意

根據(jù)圖9，聯(lián)絡(luò)開關(guān)已轉(zhuǎn)供，分段開關(guān)D12、D13設(shè)置成反向跳閘的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護(hù)，和分段開關(guān)D23、D22、D21設(shè)置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)相互配合，電流保護(hù)定值逐漸減小，保護(hù)延時(shí)逐漸增長。

線路一轉(zhuǎn)供后的保護(hù)配置如圖10 所示。

圖10 線路一轉(zhuǎn)供后保護(hù)配置示意

根據(jù)圖10，聯(lián)絡(luò)開關(guān)已轉(zhuǎn)供，分段開關(guān)D11、D12、D13設(shè)置成正向跳閘的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)，與分段開關(guān)D23、D22、D21設(shè)置成反向跳閘的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ段保護(hù)相互配合，電流保護(hù)定值逐漸減小，保護(hù)延時(shí)逐漸增加[5]。

4 結(jié) 論

通過對(duì)現(xiàn)場線路供電方向和供電電源相序的分析，發(fā)現(xiàn)方向元件的判斷會(huì)受供電電源相序的影響。通過對(duì)方向元件判斷方法的優(yōu)化，并為繼電保護(hù)新增反向的判據(jù)，可以設(shè)置保護(hù)只按照正向跳閘，也可以只按照反向跳閘，從而保證聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供后，被轉(zhuǎn)供區(qū)域的保護(hù)和轉(zhuǎn)供線路保護(hù)具有級(jí)差配合的可能性，解決了聯(lián)絡(luò)開關(guān)轉(zhuǎn)供后發(fā)生新故障時(shí)保護(hù)級(jí)差失效的問題，提高了“電壓時(shí)間型+繼電保護(hù)”饋線自動(dòng)化模式隔離故障和恢復(fù)非故障區(qū)間供電的效率，對(duì)提高供電可靠性具有重要意義。