我國配電網(wǎng)保護與控制技術(shù)研究

古曉威

摘要：文章在借鑒國外配電網(wǎng)系統(tǒng)管理的先進經(jīng)驗，結(jié)合國內(nèi)配電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，采用配電自動化新型控制技術(shù)，對我國配電系統(tǒng)的故障檢測及應(yīng)對措施進行重點研究，探索適合我國國情的配電管理控制模式和系統(tǒng)，提高對我國配電網(wǎng)的保護力度。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)保護；控制技術(shù)；饋線自動化；自動化設(shè)備；集中監(jiān)控

中圖分類號：TM773 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）15-0102-03

在我國社會主義經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，我國配電系統(tǒng)在運作的過程當(dāng)中損耗大，技術(shù)運用水平較低，出現(xiàn)故障后恢復(fù)慢等缺點嚴重影響了供電企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，遠遠不能適應(yīng)我國快速發(fā)展經(jīng)濟的需要，加上傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)保護技術(shù)相對落后，因此提高供電系統(tǒng)的可靠性對于逐步完善的供電系統(tǒng)，提高供電管理水平具有重要的現(xiàn)實意義。

1我國配電網(wǎng)保護的現(xiàn)狀及存在的問題

考慮到我國自身經(jīng)濟和技術(shù)水平方面的原因，在我國配電系統(tǒng)管理中供電線路保護主要是采用速斷保護和過流保護這兩種方式，變壓器的保護主要采取熔斷器為主的保護方式。速斷保護范圍是線路全長，可以采取瞬時速斷的動作切除故障發(fā)生；而過流保護方式作為電線線路的后備保護方式，在時間上延長0.5～1s的動作時間。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，在我國的電網(wǎng)故障中80%～90%的供電故障為短時間故障，一般是采用重合閘設(shè)置來達到快速恢復(fù)暫時性的故障，從而提高供電系統(tǒng)的可靠性。這種傳統(tǒng)保護方式存在以下問題：（1）一般通過電流保護方式來實現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)保護的前提條件就是將整條電線視為一個整體單元。當(dāng)這一整條電線發(fā)生故障的時候就必須將整條線路的供電切掉，并沒有考慮到在沒有發(fā)生故障地區(qū)的恢復(fù)供電。如果這樣就很難提高供電系統(tǒng)的可靠性。（2）在斷電方式上，依靠時間差距來實現(xiàn)供電保護的選擇性，這樣會導(dǎo)致線路故障的停電的時間太長而影響供電設(shè)備的壽命和總體上的恢復(fù)時間。主要表現(xiàn)電阻接地控制系統(tǒng)的接地保護與上下級保護不配合。（3）在傳統(tǒng)方式上，供電系統(tǒng)中保護級別數(shù)目太多，在整體上難以很好的配合。如浙江某市的10kV電網(wǎng)保護系統(tǒng)如圖1所示。從圖1中可以看出，從發(fā)電站的變壓器開始經(jīng)過二級配電站到用戶為止，在這個過程中實際是五級保護。這五級保護只允許2秒時間內(nèi)達到配合，這樣每級分配的時間是0.4秒，而由于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，所以采用配合的級別差距為0.8 秒，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0.8秒的時間，這樣剩下的時間只有0.4秒給后面的三級保護，顯然是不夠的。（4）供電線路太長時，很難保證線路末端發(fā)生故障時保護靈敏度。（5）一般線路過電流保護方式與熔斷器保護方式在日常運行中難以配合。

2配電保護新型控制技術(shù)研究

2.1配電保護發(fā)展情況

隨著科學(xué)技術(shù)的進步一種發(fā)展新型的配電網(wǎng)保護方式應(yīng)運而生，那就是饋線自動化保護方式。其中配電系統(tǒng)的自動化含義就是利用現(xiàn)代高科技的電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將配電網(wǎng)在運行中的在線數(shù)據(jù)資料和離線數(shù)據(jù)資料、配電網(wǎng)數(shù)據(jù)資料和用戶數(shù)據(jù)資料、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息和地理圖形信息進行信息分類、曬算、分析、管理，從而構(gòu)成一個完整的供電自動化管理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)管理及其供電設(shè)備良好運行狀態(tài)及事故形態(tài)下的監(jiān)測流程、保護流程、控制流程、用電和配電流程管理的規(guī)范化。在配電自動化管理中重點就是饋線自動化保護，因此在供電行業(yè)內(nèi)配電自動化保護也可以稱為饋線自動化保護。饋線自動化得以廣泛運用的原因之一就是在一定程度上可以提高供電系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)配電網(wǎng)在運行當(dāng)中發(fā)生故障或設(shè)備異常運行時，能夠迅速查出相關(guān)故障區(qū)域，通過分析快速分離故障區(qū)域，及時恢復(fù)對沒有發(fā)生故障區(qū)域相關(guān)用戶的供電，進而全面縮短停電時間，縮小停電區(qū)域的面積。

2.2饋線自動化系統(tǒng)的研究

2.2.1自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化保護

這種保護方式是基于電網(wǎng)在自動化運行中的開關(guān)設(shè)備相互影響的饋線自動化保護階段。主要運用的設(shè)備是供電重合器和線路分段器，其中配合方式有供電重合器和線路分段器、供電重合器和熔斷器設(shè)備、重合器與重合器等等。這種自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化保護運行模式不必建設(shè)相關(guān)通信系統(tǒng)和計算機運行系統(tǒng)，通過供電系統(tǒng)中的自動化開關(guān)互相作用和調(diào)節(jié)，來實現(xiàn)供電故障區(qū)域分離和健全管理區(qū)域設(shè)備恢復(fù)供電系統(tǒng)；自動化開關(guān)設(shè)備的饋線自動化保護，它具有組織構(gòu)成簡單，運行建設(shè)費用低廉的優(yōu)點，在提高供電系統(tǒng)的可靠性方面起到一定的促進作用。因此這種方式可以有效地解決電阻接地控制系統(tǒng)的接地保護與上下級保護不配合的問題。

2.2.2集中監(jiān)控的饋線自動化

這種保護方式主要是用于通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、饋線終端單元設(shè)備和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的饋線自動化保護階段。當(dāng)線路發(fā)生故障時饋線終端單元設(shè)備向控制站發(fā)出故障發(fā)生前和故障發(fā)生過程當(dāng)中的信息，控制站根據(jù)饋線終端單元設(shè)備收集的信息和配電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，經(jīng)過指定計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析從而確定相關(guān)線路故障的位置，從而找出最優(yōu)故障解決方案，最后發(fā)出相關(guān)命令遙控到特定的開關(guān)動作，來實施線路故障分離和恢復(fù)沒有發(fā)生故障地段的供電。這一階段的饋線保護功能主要由以下三個有機部分組成：（1）通過供電電流保護方式切除故障；（2）集中式的供電系統(tǒng)主站或相關(guān)分站遙控饋線終端單元設(shè)備，實現(xiàn)線路故障隔離；（3）集中式供電系統(tǒng)主站或相關(guān)分站遙控饋線終端單元設(shè)備，實現(xiàn)沒有停電的故障地段的恢復(fù)供電。集中監(jiān)控的饋線自動化保護模式主要是通過通信技術(shù)的饋線自動化保護方案以集中信息控制為重點，綜合了電流保護系統(tǒng)、饋線終端單元設(shè)備遙控及重合閘設(shè)備的多種保護方式，能夠快速處理故障，通過幾秒時間或者在幾十秒的時間內(nèi)實現(xiàn)供電線路故障的隔離，在幾十秒到幾分鐘的短暫時間內(nèi)實現(xiàn)恢復(fù)供電。集中監(jiān)控的饋線自動化保護系統(tǒng)是目前饋線自動化保護的主流發(fā)展方向，它的另外一個作用就是可以在供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴展而形成集配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集分析和監(jiān)控系統(tǒng)管理、配電地理信息處理系統(tǒng)、需求信息管理系統(tǒng)、調(diào)度員管理仿真調(diào)度、故障信息呼叫服務(wù)管理系統(tǒng)和工作票信息管理等一系列的配電綜合管理自動化保護系統(tǒng)。集中監(jiān)控的饋線自動化保護方式的主要優(yōu)點具體體現(xiàn)在：（1）具有智能化處理功能和高速的信息化功能，在供電故障發(fā)生的時候能夠快速自動判定故障并進行分離，并根據(jù)相關(guān)信息，判斷采取最安全和最可行的方案恢復(fù)對沒有發(fā)生故障的地區(qū)供電；（2）正常電網(wǎng)運行的時候，可以監(jiān)控配電網(wǎng)系統(tǒng)運行，優(yōu)化電網(wǎng)運行方式，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，并且還能夠通過遠方修改系統(tǒng)和召喚系統(tǒng)的功能快速的修改相關(guān)數(shù)據(jù)信息，可根據(jù)現(xiàn)實情況的變化對適應(yīng)配電網(wǎng)運行方式進行隨機改變。

3分布式發(fā)電對配電網(wǎng)保護的影響

隨著人們對供電系統(tǒng)的要求越來越高，除了要求提高供電系統(tǒng)的可靠性外，實現(xiàn)供電節(jié)能和良好的環(huán)境保護也是對供電管理的一項高的要求，這樣一來必須探索新的電網(wǎng)保護模式，分布式供電系統(tǒng)正好符合這一要求，它將對傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)的管理進行改革。在技術(shù)層次上分布式發(fā)電的引入，使得傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的運行和管理方式變得非常的復(fù)雜，分布式發(fā)電對供電系統(tǒng)的影響及其相關(guān)協(xié)調(diào)方案的研究是分布式供電技術(shù)的重點研究內(nèi)容之一。具體到供電系統(tǒng)保護方面，分布式供電的引入特別是在將大量技術(shù)因素滲透到供電系統(tǒng)的趨勢下，必然會改變傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的輻射形結(jié)構(gòu)，使得供電系統(tǒng)的運行方式發(fā)生根本性的改變，但是分布式發(fā)電技術(shù)并不是非常完善的，意大利在供電技術(shù)的改革中曾經(jīng)出現(xiàn)了供電系統(tǒng)的閉環(huán)運行案例，問題的出現(xiàn)給配電網(wǎng)的保護技術(shù)的運用帶來新的挑戰(zhàn)。所以，研究面向分布式發(fā)電的供電系統(tǒng)的保護新技術(shù)對于保證供電系統(tǒng)引入分布式發(fā)電以后的安全運行具有非常重要的現(xiàn)實意義。

4結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們對生活水平的提高，人們對配電網(wǎng)系統(tǒng)的要求也越來越高。這就要求我們在配電網(wǎng)的保護與技術(shù)研究工作中，除了在傳統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)技術(shù)上進行升級改良外，還要借鑒國際先進管理經(jīng)驗，將饋線自動化保護技術(shù)運用好，并根據(jù)我國實際情況開發(fā)分布式發(fā)電系統(tǒng)，不斷提高我國配電網(wǎng)保護水平。

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（責(zé)任編輯：文森）