電網(wǎng)自動化保護協(xié)調(diào)研究

王波　李芳芳　張南

摘要 ：配電系統(tǒng)與電網(wǎng)區(qū)塊并聯(lián)時會對配電系統(tǒng)造成重大的影響，例如增加的故障電流可能造成斷路器容量不足而失效、故障電流的方向改變造成保護電驛誤動作，因此必需重新配置系統(tǒng)中的主保護電驛、后衛(wèi)保護電驛及協(xié)調(diào)時間區(qū)間，將斷電時間及斷電區(qū)域減至最小并將未受損的區(qū)域做快速的隔離。

探討并聯(lián)運轉(zhuǎn)時發(fā)生三相短路故障或單相接地故障的情形，并使用線性規(guī)劃法完成保護協(xié)調(diào)優(yōu)化。電網(wǎng)區(qū)塊進入模式后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變時的保護協(xié)調(diào)策略。

關(guān)鍵詞 ：電網(wǎng) 自動化 保護 協(xié)調(diào) 研究1.電網(wǎng)

電網(wǎng)是將分布式電源、儲能設(shè)備、及控制裝置結(jié)合形成一可控的獨立供電系統(tǒng)，并聯(lián)在大電網(wǎng)中亦可視為一可控單元。對用戶而言電網(wǎng)可滿足以下的需求：降低饋線損耗、保持本地電壓穩(wěn)定、增加本地可靠性[1]，本文中則是視為一可控區(qū)塊與放射型配電系統(tǒng)并聯(lián)運轉(zhuǎn)。

2.配電系統(tǒng)架構(gòu)

配電系統(tǒng)考慮電業(yè)規(guī)劃、建置成本與供電可靠性…等需求，因為區(qū)域需求的不同，有著不同的形態(tài)，而放射型配電系統(tǒng)為最簡單的配電架構(gòu)，目前國內(nèi)的配電系統(tǒng)主要為放射型配電系統(tǒng)如圖1所示，因而本文也以此討論為主。

主變壓器二次側(cè)端使用MainCB保護，饋線上使用FCB保護而分歧在線四路開關(guān)使用四路開關(guān)上的LCB保護，末端高壓客戶端的責(zé)任分界點前可使用保護電驛或熔絲開關(guān)保護，如圖1所示。

3.系統(tǒng)的保護協(xié)調(diào)

在故障發(fā)生時，為保護系統(tǒng)上設(shè)備不受損壞因此在故障發(fā)生時必需快速隔離故障區(qū)域因此會在系統(tǒng)中加裝保護電驛，且隔離區(qū)域必需最小，因此對保護電驛動作方式有所規(guī)范[2]。在本文配電系統(tǒng)中加裝的保護裝置為過電流保護電驛，其動作原則為：

1.需快速隔離故障區(qū)域。

2.主保護電驛需比后衛(wèi)保護電驛快動作。

過電流電驛，依照時間-動作電流特性曲線分為適度反時型（MI）、超反時型（VI）與極度反時型（EI）三種類型，公式（3-1）為其統(tǒng)一公式，依照不同類型有不同的保護系數(shù)。

如表1所示為過電流電驛各類型特性曲線不同的電驛系數(shù)，依照使用電驛的形式不同代入不同的系數(shù)。而本文中則是選用了超反時型、極度反時型兩種類型。保護協(xié)調(diào)還需注意過電流保護電驛協(xié)調(diào)時的時間間隔（CTI），過電流電驛的間協(xié)調(diào)時間間隔一般為0.2～0.5秒，其時間包括主保護斷路器啟斷時間（0.08秒）、后衛(wèi)保護電驛慣性轉(zhuǎn)動時間（0.1秒）及安全系數(shù)（0.22秒），因此一般CTI設(shè)定為0.3秒，但是因為不同型式的保護電驛會有不同的間隔時間，若使用數(shù)位式電驛時則可忽略后衛(wèi)保護電驛慣性轉(zhuǎn)動時間的0.1秒，故在此CTI設(shè)定為0.2秒而以熔絲為主保護，保護電驛為后衛(wèi)保護時，主保護熔絲的最大清除時間保持0.3秒的間隔，但熔絲總清除時間在1秒以下時，兩者差距可縮短至0.1秒。

4. 軟件仿真

當系統(tǒng)發(fā)生故障時線路上的電流值會急速升高，此時需迅速將故障隔離，否則將會對系統(tǒng)及設(shè)備造成危害。本文中在PSCAD架構(gòu)的配電系統(tǒng)中仿真三相短路故障及單相接地故障，利用故障時所產(chǎn)生的故障電流數(shù)據(jù)，以此數(shù)據(jù)規(guī)劃配電系統(tǒng)的保護協(xié)調(diào)。

圖2、3、4為模擬MainCB1的保護電驛在不同情況下發(fā)生近端故障時，故障在7秒時發(fā)生，持續(xù)1秒，在PSCAD上量測MainCB1的IED所量測到的故障電流波形。

5.三相短路故障

本節(jié)模擬三相短路故障發(fā)生于各故障點上時，所產(chǎn)生的故障電流并取得三相短路故障電流數(shù)值，在高壓客戶端部分可使用保護電驛或熔絲開關(guān)保護。

6.總結(jié)

故障電流可看出電網(wǎng)區(qū)塊的并網(wǎng)與否會因電網(wǎng)區(qū)塊的電流方向而造成故障電流的大小改變，證實配電系統(tǒng)的保護協(xié)調(diào)在有電網(wǎng)并網(wǎng)運轉(zhuǎn)時需做適當?shù)恼{(diào)整，才能確實地對系統(tǒng)上的設(shè)備做到確實的保護，而我們使用線性規(guī)劃法執(zhí)行保護協(xié)調(diào)優(yōu)化，并調(diào)整其中不符保護協(xié)調(diào)曲線的跳脫時間，完成其保護協(xié)調(diào)。

參考文獻：

[1] 張保會，尹項根主編.電力系統(tǒng)繼電保護[M]. 中國電力出版社， 2005

[2] 張全元主編.變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答[M]. 中國電力出版社， 2003

作者簡介：

王波（1971，4，29—），男，工作單位 ：濱州供電公司，學(xué)歷 ：大專，職稱 ：高級技師，研究方向 ：電力自動化、數(shù)據(jù)網(wǎng)。