計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)整定研究

丁健 楊冬梅 馬軍 汪嬌嬌

摘要：配電網(wǎng)作為電網(wǎng)必不可少的一環(huán)，其安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。配電網(wǎng)運(yùn)行方式多變，線路廣泛分布于城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村，且很多鄉(xiāng)村地處偏遠(yuǎn)、線路供電半徑很長，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，從而導(dǎo)致時常有誤動、拒動等現(xiàn)象發(fā)生。因此，提出計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)整定研究方案，該方案計及各個保護(hù)動作時間的配合和不同的運(yùn)行方式對配電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行整定，通過算例對方案進(jìn)行了驗證，對繼電保護(hù)工作人員開展配電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)工作具有重要的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)保護(hù);時間配合;運(yùn)行方式

0 ? ?引言

配電網(wǎng)是電網(wǎng)中至關(guān)重要的一環(huán)，它直接關(guān)系用戶用電可靠性，而準(zhǔn)確、可靠的配電網(wǎng)保護(hù)整定和配置能夠有效預(yù)防和隔絕故障，是配電網(wǎng)工作人員必須考慮的。

配電網(wǎng)運(yùn)行方式多變，線路廣泛分布于城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村，且很多鄉(xiāng)村地處偏遠(yuǎn)、線路供電半徑很長，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，從而導(dǎo)致時常有誤動、拒動等現(xiàn)象發(fā)生。配電網(wǎng)保護(hù)整定方法一直都在不斷改進(jìn)與優(yōu)化。文獻(xiàn)[1]對配電網(wǎng)線路繼電保護(hù)整定計算問題進(jìn)行了一定的研究。文獻(xiàn)[2]提出了綜合時間級差配合方式，包括4種配電網(wǎng)多級繼電保護(hù)配合模式，分別分析了這四種配合模式的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[3]通過分析繼電保護(hù)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(xiàn)[4]圍繞電流速斷保護(hù)、三相一次的重合閘繼電保護(hù)、低頻減載的供電系統(tǒng)保護(hù)、定時限過電流保護(hù)、三段式過電流保護(hù)五方面對繼電保護(hù)措施進(jìn)行了詳細(xì)論述。文獻(xiàn)[5]介紹了根據(jù)現(xiàn)場的多年工作經(jīng)驗，總結(jié)出了一些針對不同10 kV配電網(wǎng)、考慮不同因素的保護(hù)整定方法。

本文針對配電網(wǎng)繼電保護(hù)現(xiàn)狀和偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)與鄉(xiāng)村配電網(wǎng)保護(hù)的特點(diǎn)，提出計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)整定研究方案。

1 ? ?配電網(wǎng)保護(hù)概述

1.1 ? ?線路保護(hù)

配電網(wǎng)線路保護(hù)一般設(shè)置兩段式電流保護(hù)，即電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)，或者限時速斷保護(hù)和過電流保護(hù)，又或者電流保護(hù)和限時速斷保護(hù)，具體需要根據(jù)不同的情況選擇相應(yīng)的保護(hù)配置。

1.2 ? ?變壓器保護(hù)

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

1.3 ? ?電容器保護(hù)

電容器保護(hù)一般設(shè)有電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、不平衡保護(hù)和零序電流保護(hù)。

1.4 ? ?電抗器保護(hù)

電抗器保護(hù)一般配置差動保護(hù)、電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)和零序電流保護(hù)。

2 ? ?考慮運(yùn)行方式

繼電保護(hù)的整定與電網(wǎng)的運(yùn)行方式息息相關(guān)，不同的運(yùn)行方式對應(yīng)的電流、電壓等參數(shù)并不相同，故障時的相應(yīng)參數(shù)也將不同，而實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行過程中運(yùn)行方式復(fù)雜多變，實(shí)時獲取運(yùn)行方式并進(jìn)行保護(hù)整定難以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)配電網(wǎng)特點(diǎn)合理選擇常用或經(jīng)典的運(yùn)行方式進(jìn)行整定，既避免了實(shí)時對各運(yùn)行方式進(jìn)行保護(hù)整定的困難，又能最大限度確保配電網(wǎng)保護(hù)整定合理、高效，充分發(fā)揮保護(hù)效能。常用或經(jīng)典的運(yùn)行方式蘊(yùn)含了正常運(yùn)行方式、被保護(hù)設(shè)備相鄰的線路或元件檢修的正常檢修方式、環(huán)網(wǎng)布置開環(huán)運(yùn)行中各電網(wǎng)之間的負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

繼電保護(hù)工作責(zé)任重大，應(yīng)以電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、可靠運(yùn)行為前提，但是如果繼電保護(hù)對某些運(yùn)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(yīng)當(dāng)約束此類運(yùn)行方式。

在考慮運(yùn)行方式時，應(yīng)綜合考慮如下幾個方面：

（1）保持電力網(wǎng)絡(luò)中每個變電站各變壓器中性點(diǎn)接地方式相對穩(wěn)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(yùn)行設(shè)備（線路、變壓器），當(dāng)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(yùn)行設(shè)備。

（3）在電網(wǎng)的部分點(diǎn)位上以及與主網(wǎng)相連的有電源的片區(qū)電網(wǎng)中，應(yīng)建立適當(dāng)?shù)慕饬悬c(diǎn)，這樣方便采取有效的解列措施，以保證主網(wǎng)的安全和片區(qū)電網(wǎng)重要用戶供電。

（4）盡量防止采用多級串供的終端運(yùn)行方式。

（5）防止采用不相同電壓等級的電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式。

（6）禁止平行雙回線的雙T接變壓器并列運(yùn)行。

3 ? ?計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)方案

配電網(wǎng)多數(shù)地處城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村，而很多鄉(xiāng)村地處偏遠(yuǎn)、線路供電半徑很長，保護(hù)級數(shù)較多，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，而對線路保護(hù)設(shè)備采用電流保護(hù)功能開關(guān)的整定與電壓—時間型功能開關(guān)組合的整定組合的形式進(jìn)行配電網(wǎng)保護(hù)的整定，可以解決以上問題。

3.1 ? ?電流保護(hù)功能開關(guān)的整定

若線路保護(hù)設(shè)備為斷路器，則對其進(jìn)行電流保護(hù)功能的整定。

傳統(tǒng)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(dǎo)致多級配合的時候到站內(nèi)首端的時間很長，不符合站內(nèi)時間的整定需要。因此本文從站內(nèi)線路首端逐級往線路末端進(jìn)行時間配合，并對一些線路保護(hù)設(shè)備進(jìn)行電壓—時間型功能的整定（3.2講述），而不進(jìn)行電流保護(hù)功能的整定，這樣就減少了時間配合的級數(shù)，使時間配合更簡便實(shí)用。

例如，對于定時限過流保護(hù)，斷路器從站內(nèi)饋線開關(guān)保護(hù)開始往站外線路末端逐級配合，站內(nèi)定時限過流動作時間作為第一級保護(hù)，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(guān)的整定

若線路保護(hù)設(shè)備為負(fù)荷開關(guān)，實(shí)際運(yùn)行時則退出其自動化終端的故障保護(hù)跳閘功能，而將進(jìn)行對電壓—時間型功能開關(guān)的整定。

3.2.1 ? ?電壓—時間型開關(guān)的工作原理

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

當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生短路故障時，站內(nèi)斷路器跳閘，開關(guān)A、B分閘，站內(nèi)開關(guān)第一次重合閘，來電后開關(guān)A、B分別經(jīng)各自的X時間（40 s、7 s）關(guān)合，關(guān)合的同時啟動Y計時，若1點(diǎn)為瞬時性故障，B合閘后，系統(tǒng)正常運(yùn)行，若1點(diǎn)為永久性故障，開關(guān)B在判定合閘到故障線路后，分閘閉鎖，站內(nèi)斷路器再次跳閘，進(jìn)行第二次重合閘，因開關(guān)B分閘閉鎖，從而故障區(qū)域被隔離，其他區(qū)域正常運(yùn)行。

3.2.2 ? ?電壓—時間型開關(guān)的時間設(shè)置

Tx：負(fù)荷開關(guān)的關(guān)合延時時間（X時間）。處于線路分段位置的負(fù)荷開關(guān)，在分閘狀態(tài)下，單側(cè)來電后關(guān)合的延時時間。

整定原則：

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

（2）在較長分支線斷路器后段安裝的負(fù)荷開關(guān)：

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

第2條分支線的第1臺負(fù)荷開關(guān)Tx應(yīng)整定為第1條分支線安裝的所有負(fù)荷開關(guān)的Tx定值之和減去第1條分支線T接點(diǎn)與第2條分支線T接點(diǎn)之間所有負(fù)荷開關(guān)Tx定值再加7 s。該支線第2臺及以后負(fù)荷開關(guān)定值均整定為7 s。

以此類推，第X條分支線的第1臺負(fù)荷開關(guān)定值應(yīng)整定為第X-1條分支線安裝的所有負(fù)荷開關(guān)的Tx定值之和減去第X-1條分支線T接點(diǎn)與第X條分支線T接點(diǎn)之間所有負(fù)荷開關(guān)Tx定值再加7 s。第X條分支線第2臺及以后負(fù)荷開關(guān)定值均整定為7 s。

較長分支線的負(fù)荷開關(guān)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(fù)荷開關(guān)的Tx值之后，應(yīng)同時校驗不小于40 s的要求;小于40 s的，直接取40 s。

Ty：負(fù)荷開關(guān)關(guān)合確認(rèn)時間（Y時間）。負(fù)荷開關(guān)關(guān)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(nèi)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(tài)。若合閘后Y時間內(nèi)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(tài)。Ty時間整定為5 s。

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

Tll：聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘時間?？紤]未退聯(lián)絡(luò)開關(guān)功能時進(jìn)行線路操作或檢修，因聯(lián)絡(luò)開關(guān)自動合閘而可能發(fā)生誤送電風(fēng)險，根據(jù)地區(qū)情況可退出聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘功能。

4 ? ?算例驗證

4.1 ? ?算例實(shí)施

以圖2為例對時間定值設(shè)置進(jìn)行說明。

圖2為茂名配網(wǎng)保護(hù)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(nèi)信息，再截取所需信息進(jìn)行整理，根據(jù)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(jìn)行解析及標(biāo)識后，圓點(diǎn)表示為負(fù)荷開關(guān)，矩形表示為斷路器，這樣便得到一個對于配網(wǎng)單線圖的簡化圖，通過此簡化圖，便可對其進(jìn)行電流保護(hù)和電壓—時間保護(hù)的整定。

已知站內(nèi)F01定值如表1所示。

F02、F03、F04作為配置電流保護(hù)的斷路器，其時間以級差方式逐級遞減。

F02、F03（作為同級開關(guān)）：

電流速斷保護(hù)定值時間：0.3-0.15=0.15 s;

定時限過流保護(hù)定值時間：0.7-0.2=0.5 s;

零序過流保護(hù)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(hù)定值時間：0.15-0.15=0 s;

定時限過流保護(hù)定值時間：0.5-0.2=0.3 s;

零序過流保護(hù)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(guān)，按照3.2的設(shè)置原則進(jìn)行設(shè)置。

Y時間取5 s，Z時間取3.5 s。

電壓—時間型開關(guān)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(tǒng)的配電網(wǎng)線路純電流保護(hù)功能開關(guān)的整定，如果線路供電半徑很長、保護(hù)級數(shù)較多，將導(dǎo)致上下級配合困難甚至無法配合，從而出現(xiàn)保護(hù)誤動或拒動等現(xiàn)象。通過算例實(shí)施可以看出，相比傳統(tǒng)的整定方式，本文算例所述對線路保護(hù)設(shè)備采用電流保護(hù)功能開關(guān)的整定與電壓—時間型功能開關(guān)的整定組合的整定形式很好地解決了這個問題，使配電網(wǎng)保護(hù)的整定更為合理與實(shí)用。

5 ? ?結(jié)語

配電網(wǎng)保護(hù)整定的合理性和準(zhǔn)確性關(guān)乎用戶的可靠用電乃至整個電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。本文針對配電網(wǎng)保護(hù)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，提出計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)整定研究，概述了配電網(wǎng)保護(hù)的類型，介紹了常用運(yùn)行方式選擇的事項，并對計及時間配合和運(yùn)行方式的配電網(wǎng)保護(hù)整定方案進(jìn)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(wǎng)保護(hù)整定領(lǐng)域具有一定的借鑒和參考意義。

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收稿日期：2020-01-14

作者簡介：丁?。?989—），男，廣東高州人，工程師，研究方向：繼電保護(hù)。