花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護

李永麗，王偉康，張云柯，王宏宇，趙自剛，任江波

花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護

李永麗1，王偉康1，張云柯1，王宏宇1，趙自剛2，任江波2

(1. 天津大學(xué)智能電網(wǎng)教育部重點實驗室，天津 300072；2. 國網(wǎng)河北省電力有限公司，石家莊 050000)

花瓣狀配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特殊、運行方式靈活多變，使得傳統(tǒng)的電流保護難以整定．自適應(yīng)電流保護可根據(jù)系統(tǒng)運行及故障狀態(tài)修改保護定值，為解決上述問題提供了可能．文中從理論上推導(dǎo)了花瓣狀配電網(wǎng)主干線的故障電流與故障點兩側(cè)線路阻抗的關(guān)聯(lián)特性，故障點一側(cè)線路阻抗的變化會對另一側(cè)故障電流產(chǎn)生影響．分析保護背側(cè)等效阻抗隨故障點位置變化而變化的特點，且該特點導(dǎo)致現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護靈敏性存在嚴重不足的可能；然后，通過分析短路故障時保護安裝處的正序電流與正序電壓的關(guān)系特征，給出了無需計算背側(cè)阻抗的自適應(yīng)正序電流速斷保護的整定公式；最后，在特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，利用線路故障時兩端保護相繼動作的故障電流變化量特征，實現(xiàn)限時電流速斷保護的加速動作．綜合電流速斷保護以及限時電流速斷保護加速方案，提出適用于花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護．仿真結(jié)果表明，自適應(yīng)電流速斷保護具有確定的保護范圍，且保護范圍不受線路長短以及系統(tǒng)運行方式的影響；結(jié)合限時電流速斷保護與故障電流變化量判據(jù)的加速方案可以準確識別線路末端故障，可靠加速保護動作，與自適應(yīng)電流速斷保護配合實現(xiàn)花瓣狀配電網(wǎng)主干線上保護的全線速動，且其性能優(yōu)于其他工頻單端量保護．

花瓣；配電網(wǎng)；自適應(yīng)電流保護；正序電流；相繼動作；故障電流變化量

隨著高新區(qū)域用戶對配電網(wǎng)供電可靠性要求的提高，特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐漸應(yīng)用于城市配電網(wǎng)．目前，光纖電流差動保護作為花瓣狀配電網(wǎng)主干線的主保護，其性能嚴重依賴于通信數(shù)據(jù)的同步性和通信通道的可靠性[1-5]．若配電網(wǎng)通信出現(xiàn)問題，可能會引起光纖電流差動保護的拒動或誤動．因此，對于花瓣狀配電網(wǎng)主干線，基于本地信息并能保護線路全長的快速電流保護極為重要．但花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特殊、線路較短、運行方式靈活多變，使得傳統(tǒng)的電流保護難以整定，為解決該問題，有必要研究一種基于本地信息的自適應(yīng)全線速動電流保護．

針對傳統(tǒng)電流保護難以整定的問題，文獻[6]利用實時測定保護安裝處到系統(tǒng)等效電源之間的阻抗以適應(yīng)系統(tǒng)運行方式的變化，實現(xiàn)保護在線自動整定計算以及保護性能的最佳化．文獻[7]針對保護背側(cè)接有逆變型分布式電源的情況，分析逆變型分布式電源對自適應(yīng)電流保護范圍的影響．文獻[8]依據(jù)故障負序網(wǎng)絡(luò)不受逆變型分布式電源的影響，利用負序分量計算系統(tǒng)等效阻抗適應(yīng)系統(tǒng)運行方式的變化．然而，與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，花瓣狀配電網(wǎng)的故障特性顯著不同，現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護能否適用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化仍有待研究．

目前，眾多學(xué)者對利用線路兩端電流保護相繼動作特征加速保護動作的情況進行了研究．文獻[9]利用對側(cè)斷路器跳閘時本側(cè)電流負序分量產(chǎn)生的突變量加速本側(cè)保護，但該方法不適用于對稱故障的情況．文獻[10]基于故障隔離過程中自身功率方向元件與同一變電站內(nèi)另一雙回線上功率方向元件的判斷結(jié)果加速本側(cè)保護動作，但該方法不適用于閉環(huán)運行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)．

本文針對特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析其故障特征，得到故障電流與線路阻抗之間的關(guān)聯(lián)特性．分析現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護存在靈敏性不足的問題，推導(dǎo)短路故障時正序電流與正序電壓的關(guān)系，得到適用于花瓣狀配電網(wǎng)的自適應(yīng)正序電流速斷保護．利用保護相繼動作的故障電流變化量特征提出限時電流速斷保護加速方案．結(jié)合自適應(yīng)電流速斷保護與加速方案，提出適用于花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護方案．通過算例仿真驗證了所提保護的有效性和可行性．

1?花瓣狀配電網(wǎng)的故障分析

花瓣狀配電網(wǎng)示意如圖1所示．變電站每兩回饋線作為主干線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，形成花瓣結(jié)構(gòu)，環(huán)網(wǎng)合環(huán)運行，不同變電站的每兩個環(huán)網(wǎng)中間由聯(lián)絡(luò)開關(guān)相互連接，組成花瓣式相切的形狀．花瓣狀供電模型既能環(huán)型供電，又能開環(huán)運行，運行方式靈活，供電可靠率達到99.9997%[11]．

為保證較高的供電可靠率，花瓣狀配電網(wǎng)常閉環(huán)運行，且聯(lián)絡(luò)開關(guān)常開．因此，本文重點以閉環(huán)的單花瓣網(wǎng)絡(luò)作為研究對象．

圖2?花瓣狀配電網(wǎng)的故障狀態(tài)電路

由式(1)和式(2)可得，三相短路故障時，單側(cè)故障電流與故障點兩側(cè)的線路阻抗Z和Z都有關(guān)系．特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)使得故障點兩側(cè)線路流過的短路電流由同一電源提供，故障點一側(cè)線路阻抗的變化會對另一側(cè)故障電流產(chǎn)生影響．

綜上所述，因花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特殊性，花瓣狀配電網(wǎng)主干線發(fā)生金屬性短路故障時，單側(cè)的故障電流與故障點兩側(cè)的線路阻抗都具有關(guān)聯(lián)特性．

2?現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護存在的問題

現(xiàn)有的自適應(yīng)電流保護采用實時計算保護安裝處背側(cè)阻抗的方法來達到適應(yīng)系統(tǒng)不同運行方式的要求，其整定值[12]為

由式(4)可知保護范圍與保護背側(cè)等效阻抗eq負相關(guān)，與被保護線路阻抗L正相關(guān)．

短路故障時，保護安裝處背側(cè)阻抗的計算方法[12]為

下面結(jié)合花瓣狀配電網(wǎng)的特點分析現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護整定方法存在的問題．

圖4?正序故障附加電路

以母線處保護3為例進行分析，點發(fā)生短路故障時，保護3處的背側(cè)等效阻抗eqh為

由式(6)可知，保護背側(cè)等效阻抗eqh與故障點位置有關(guān)，當故障點靠近保護3時，等效阻抗eqh變小，按照式(3)整定的現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護整定值變大，故障電流同樣變大，使得故障電流幅值與整定值相近，降低了保護的靈敏性．當Z較小時，等效阻抗eqh較大，由式(4)可知，自適應(yīng)電流保護的保護范圍存在過小的可能．

綜上所述，特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)嚴重影響現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護的靈敏性．

3?自適應(yīng)全線速動電流保護

針對花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特殊性，本文研究適應(yīng)于花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護.因為花瓣狀配電網(wǎng)主干線的故障電流具有雙向流動特性，線路兩端都需配置保護并加裝斷路器，以實現(xiàn)故障的快速切除．

3.1?自適應(yīng)正序電流速斷保護

圖5?兩相相間短路故障復(fù)合序網(wǎng)

由圖5可知，故障點正負序電壓關(guān)系為

根據(jù)對稱分量法可得

兩相金屬性短路故障時不存在零序電壓，由式(8)可得

由式(9)可知故障點正序電壓為正常相電壓的一半．

當點發(fā)生三相短路故障時，保護3處的正序電流與正序電壓關(guān)系為

結(jié)合式(8)和式(9)，保護3的正序電流速斷保護的整定公式為

令I1=ZDZ，可得電流速斷保護的保護范圍為

由式(13)可知，保護范圍僅與可靠系數(shù)rel有關(guān)，與線路長度和系統(tǒng)的運行方式無關(guān)．

為保證保護的選擇性，保護處需配置方向元件．根據(jù)現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護計算保護背側(cè)阻抗的特點，采用基于正序故障分量的方向元件，其動作判據(jù)[12]為

結(jié)合式(12)和式(14)可準確判斷故障位置．

綜上所述，保護安裝處的正序電壓由電壓互感器實時測得，保護能夠隨著系統(tǒng)運行方式，故障點發(fā)生位置的變化而自適應(yīng)改變其正序電流整定值，從而改善保護性能．

3.2?限時電流速斷保護與故障電流變化量判據(jù)的加速配合

3.2.1?自適應(yīng)限時電流速斷保護

自適應(yīng)正序電流速斷保護因可靠系數(shù)rel大于1，無法保護線路全長．當可靠系數(shù)rel取1.2時，速斷保護的保護范圍為線路全長的83.3%．保護3和保護4的速斷保護范圍如圖6所示．圖中比例系數(shù)以保護3為基準點．

圖6?保護3和保護4的速斷保護范圍

由圖6可知，當故障點∈(0.167，0.833)時，線路兩端速斷保護可以快速的切除故障；當故障點∈[0，0.167]∪[0.833，1.000]時，需要限時電流速斷保護切除．定義線路兩端速斷保護不能同時動作的故障范圍為．為保證≠1，要求∈(0.5，1.0)．

著重在調(diào)整和改善化肥產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新營銷模式、向綜合型農(nóng)資服務(wù)企業(yè)轉(zhuǎn)型上下功夫。在鞏固提高基礎(chǔ)肥料競爭力基礎(chǔ)上，加快緩釋肥、水溶肥、微量元素肥等高端新型肥料的研發(fā)步伐，建立起抵御市場風(fēng)險能力強、利用效率高、經(jīng)營效益好的化肥產(chǎn)品體系。積極開展傳統(tǒng)營銷模式向“制造＋一攬子服務(wù)”、“良肥＋良種＋良法”的轉(zhuǎn)型，推進與“互聯(lián)網(wǎng)＋”的有機融合，創(chuàng)新服務(wù)模式，為種植戶提供從種到收、科學(xué)施肥、科學(xué)用藥、栽培管理、農(nóng)產(chǎn)品收購加工、信貸服務(wù)等全鏈條、全方位、全過程的創(chuàng)新服務(wù)。

限時電流速斷保護能夠識別內(nèi)發(fā)生的短路故障，其整定公式為

由式(15)可知，限時電流速斷保護能夠準確識別線路內(nèi)的短路故障，但為保證限時電流速斷保護的選擇性，需通過固定延時Δ動作．

3.2.2?保護相繼動作的故障電流變化量特性

當線路內(nèi)發(fā)生短路故障時，線路兩端保護不能同時動作，通過式(1)和式(2)可知，保護測得的故障電流與花瓣網(wǎng)絡(luò)中故障點兩側(cè)的線路阻抗都具有關(guān)聯(lián)性，故障近端保護快速動作后，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，故障遠端保護測得的故障電流會因?qū)Χ吮Ｗo動作發(fā)生變化．

式中：H＝Z＋Z＋Z＋Z＋Z；F為故障點經(jīng)故障遠端保護到母線的線路阻抗．

由式(16)和式(17)可得

由式(18)可得，故障近端保護動作后，流經(jīng)故障遠端的故障電流變大．結(jié)合這一特殊性，本文利用保護的相繼動作對故障電流的影響實現(xiàn)故障遠端保護的加速動作．

由式(19)可知，保護測得的故障電流變化量ΔI與故障線路阻抗F和系統(tǒng)內(nèi)阻抗S有關(guān)．

圖2中保護2、4、6、8和10任何一個優(yōu)先動作，保護1都可檢測到ΔI．以保護1檢測到ΔI為例，分析花瓣網(wǎng)絡(luò)中ΔI的特性．

當系統(tǒng)內(nèi)阻抗一定時，ΔI是關(guān)于故障線路阻抗F的函數(shù)，即ΔI=(F)．對(F)求導(dǎo)可得

(F)在F＞0的情況下的最小值(F)min為

對于10kV配網(wǎng)主變，系統(tǒng)內(nèi)阻抗約為2～3倍線路單位阻抗甚至更高[13]．根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)備設(shè)計手冊》，城區(qū)中配網(wǎng)供電半徑不宜大于3km，所以ZH＜4ZS．此時，f(ZF)是關(guān)于的增函數(shù)．ΔIt與ZF的關(guān)系如圖7所示．圖中，實線部分是保護1測得ΔIt的故障范圍．

由圖7可知，保護1檢測到ΔI時，故障點∈；且保護1測得的ΔI關(guān)于故障線路阻抗單調(diào)遞增．因此，系統(tǒng)等效內(nèi)阻抗一定時，花瓣網(wǎng)絡(luò)中線路83.3%處發(fā)生短路故障時，保護2先動作，保護1測得的ΔI最小．

當線路83.3%處發(fā)生短路故障時，ΔI可視為關(guān)于S的函數(shù)，即ΔI=(S)．(S)求導(dǎo)可得

由上述分析可知，花瓣狀配電網(wǎng)中故障電流變化量ΔI存在最小值I．若ZZ，I是最小運行方式下線路83.3%處發(fā)生短路故障時保護1所測得的ΔI；若Z＞Z，I是最小運行方式下線路83.3%處發(fā)生短路故障時保護10所測得的ΔI．

3.2.3?限時電流速斷保護與故障電流變化量的加速配合

利用本端保護測得故障電流變化量ΔI和限時電流速斷保護判據(jù)可判斷為線路末端故障，而加速保護動作，其配合判據(jù)為

式中d1為保護安裝處測得的正序電流．

當滿足判據(jù)式(23)時，可確定為線路上內(nèi)發(fā)生短路故障，實現(xiàn)保護加速動作．其中故障電流變化量整定值set整定公式為

故障電流變化量判據(jù)使得保護的動作時限主要取決于斷路器的動作時限，遠小于限時電流速斷保護的固定延時．利用故障電流變化量判據(jù)不需要通信通道就可以無固定延時的保護線路全長，保護的性能得到很大程度上的改善．

4?仿真與分析

在PSCAD中搭建如圖2所示的10kV花瓣狀配電網(wǎng)系統(tǒng)．系統(tǒng)基準容量是100MV·A，基準電壓是10kV．電纜線路單位感抗和電阻分別為1＝0.063Ω/km，1＝0.047Ω/km；線路、、、、的長度分別為2km、2km、1km、1km、2km．每個節(jié)點接入額定容量2MV·A，額定功率因數(shù)0.9的負荷．

4.1?自適應(yīng)全線速動電流保護性能仿真

(1) 為驗證不同故障類型和故障位置對自適應(yīng)正序電流速斷保護的影響，對位于線路＝0.1、0.4、0.6、0.9處發(fā)生兩相短路故障和三相短路故障進行仿真，保護3、4的動作情況如表1所示．其中“是”代表保護動作，“否”代表保護不動作．

表1線路自適應(yīng)正序電流速斷保護動作情況

Tab.1 Adaptive positive sequence current quick-break protection action of BC line

針對不同線路長度的情況進行仿真，仿真結(jié)果如表2所示．表2中是故障點與母線之間的距離占線路全長比．

表2線路保護5的動作情況

Tab.2?Action of protection 5 on CD line

結(jié)合表1和表2可知，被保護線路長度不影響自適應(yīng)速斷電流保護的保護范圍，無論線路長度如何，速斷保護的保護范圍都是83.3%，因此，即使在較短的線路中，該保護仍具有確定的保護范圍．

(2) 在系統(tǒng)最小運行方式下，各段線路83.3%處發(fā)生三相短路故障時，保護1和保護10測得的故障電流變化量ΔI如表3所示．表中83.3%L(、對應(yīng)圖2中母線、、、、點)表示線路上距離母線83.3%處發(fā)生短路故障．

表3?花瓣網(wǎng)絡(luò)中保護1和保護10測得的ΔI

Tab.3 ΔIt measured in protection 1 and protection 10 in a petal network

表4?基于保護相繼動作特性的限時電流速斷保護加速動作情況

Tab.4?Accelerating action of time-limited current instantaneous trip protection based on the characteristics of protection sequential action

由表4可知，當內(nèi)發(fā)生短路故障時，d1＞ZDZ2且ΔI＞set，限時電流速斷保護結(jié)合故障電流變化量判據(jù)可以準確識別線路內(nèi)的短路故障．

現(xiàn)有電流保護通常利用電流速斷保護和限時電流速斷速度保護相配合保護線路全長，限時電流速斷保護通過固定延時Δ動作，Δ要考慮一定的時間裕度，一般為0.3～0.6s[14]．而花瓣狀配電網(wǎng)主干線上的保護通過故障電流變化量判據(jù)可以不考慮時間裕度，快速得到對端保護的動作情況，故障后0.1s左?右[15]可以識別對端保護的動作情況．因此，本文所提保護相比與傳統(tǒng)限時電流速斷保護能更快速的切除線路末端故障，具有更好的速動性．

自適應(yīng)全線速動電流保護針對解決相間短路故障問題，而相間過渡電阻以弧光電阻為主，因此，故障點的過渡電阻值通常經(jīng)過0.10～0.15s后才迅速增大[14]，而本文方法能夠在0.10s左右完成對故障位置的識別，因此過渡電阻對本文所提出的全線快速動作保護原理影響較?。?/p>

同時，通過理論分析和仿真驗證，無論系統(tǒng)內(nèi)阻抗如何變化，自適應(yīng)電流保護判據(jù)都能夠準確識別線路短路故障，因此，本文提出的全線速動電流保護能夠自適應(yīng)且無固定延時的保護線路全長，很大程度上改善了保護的性能．

4.2?自適應(yīng)全線速動電流保護與現(xiàn)有單端量保護優(yōu)勢比較

以花瓣網(wǎng)絡(luò)中線路兩端保護3和保護4的動作情況為例對現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護進行仿真驗證．仿真結(jié)果如表5所示．

表5?現(xiàn)有自適應(yīng)電流速斷保護動作情況

Tab.5 Existing adaptive current quick-break protection action

由表5可知，現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護的整定值隨著故障點位置的變化而變化，保護3的保護范圍不足線路全長的50%，保護4的保護范圍不足線路全長的15%，因此，現(xiàn)有自適應(yīng)電流速斷保護的存在靈敏性不足的問題．對比表1可知本文所提自適應(yīng)正序電流速斷保護具有確定的保護范圍，靈敏性更好．

5?結(jié)?論

本文針對花瓣狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特殊性及其對快速單端量保護的需求，提出適應(yīng)于花瓣狀配電網(wǎng)主干線的自適應(yīng)全線速動電流保護，主要結(jié)論如下．

(1) 特殊的花瓣狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使得故障點兩側(cè)線路流過的短路電流由同一電源提供，導(dǎo)致故障一側(cè)線路阻抗的變化會對另一側(cè)電流產(chǎn)生影響．

(2) 特殊的花瓣狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)使得保護背側(cè)等效阻抗隨著故障位置的變化而變化，因此，現(xiàn)有自適應(yīng)電流保護的保護范圍受故障位置的影響．本文通過短路故障時正序電流和正序電壓的關(guān)系，提出無需計算保護背側(cè)阻抗自適應(yīng)正序電流速斷保護，該保護方法不受線路長度和系統(tǒng)運行方式的影響，具有確定的保護范圍．

(3) 利用故障電流變化量判據(jù)，忽略限時電流速斷保護所考慮的時間裕度，實現(xiàn)保護的加速動作，可以更快速地切除線路末端故障．

［1］ 華煌圣，劉育權(quán)，張君泉，等. 基于配電管理系統(tǒng)的“花瓣”型配電網(wǎng)供電恢復(fù)控制策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2016，40(1)：102-107，128.

Hua Huangsheng，Liu Yuquan，Zhang Junquan，et al. Recorvery control scheme for petal-shape distribution network based on distribution management system[J]. Automation of Electric Power Systems，2016，40(1)：102-107，128(in Chinese).

［2］ 劉宏君，孫一民，李延新. 數(shù)字化變電站光纖縱差保護性能分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2008，32(17)：72-74.

Liu Hongjun，Sun Yimin，Li Yanxin. A performance analysis of line differential protection in digitized substations[J]. Automation of Electric Power Systems，2008，32(17)：72-74(in Chinese).

［3］ 曹團結(jié)，梁?艷，陳建玉，等. 一種線路縱差保護通道監(jiān)測的新方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2008，32(21)：65-67，90.

Cao Tuanjie，Liang Yan，Chen Jianyu，et al. A new channel monitoring method for fiber-optic line differential protection[J]. Automation of Electric Power Systems，2008，32(21)：65-67，90(in Chinese).

［4］ 夏建礦. 關(guān)于輸電線路光纖電流差動保護的若干問題討論[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(10)：141-144.

Xia Jiankuang. Discussions on several problems about the optical fiber differential protection of the transmission line[J]. Power System Protection and Control，2010，38(10)：141-144(in Chinese).

［5］ 吳?涵，林?韓，溫步瀛，等. 巴黎、新加坡中壓配電網(wǎng)供電模型啟示[J]. 電力與電工，2010，30(2)：4-7.

Wu Han，Lin Han，Wen Buying，et al. Revelation on power models of MV distribution network of Paris and Singapore[J]. Electric Power and Electrical Engineering，2010，30(2)：4-7(in Chinese).

［6］ 葛耀中. 自適應(yīng)繼電保護及其前景展望[J]. 電力系統(tǒng)自動化，1997，21(9)：42-46.

Ge Yaozhong. Adaptive protection relay and it’s prospect of development[J]. Automation of Electric Power Systems，1997，21(9)：42-46(in Chinese).

［7］ 孫景釕，李永麗，李盛偉，等. 含逆變型分布式電源配電網(wǎng)自適應(yīng)電流速斷保護[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2009，33(14)：71-76.

Sun Jingliao，Li Yongli，Li Shengwei，et al. Study on adaptive current instantaneous trip protection scheme for distribution network with inverter interfaced DG[J]. Automation of Electric Power Systems，2009，33(14)：71-76(in Chinese).

［8］ 陳曉龍，李永麗，譚會征，等. 含逆變型分布式電源的配電網(wǎng)自適應(yīng)正序電流速斷保護[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2015，39(9)：107-112.

Chen Xiaolong，Li Yongli，Tan Huizheng，et al. An adaptive instantaneous trip protection based on positive-sequence current for distribution network with IBDG[J]. Automation of Electric Power Systems，2015，39(9)：107-112(in Chinese).

［9］ 施慎行，董新洲，劉建政，等. 配電線路無通道保護研究[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2001，25(6)：31-34.

Shi Shenxing，Dong Xinzhou，Liu Jianzheng，et al. Non-communication protection for power lines in distribution system[J]. Automation of Electric Power Systems，2001，25(6)：31-34(in Chinese).

［10］ 張子衿，叢?偉，肖?靜，等. 含同桿雙回線的輸電網(wǎng)零序反時限過流保護加速配合方案[J]. 電力自動化設(shè)備，2017，37(9)：159-165.

Zhang Zijin，Cong Wei，Xiao Jing，et al. Acceleration schemeof zero-sequence inverse-time overcurrent protection for double-circuit lines on same tower[J]. Electric Power Automation Equipment，2017，37(9)：159-165(in Chinese).

［11］ 劉明祥，單榮榮，封士永. 一種花瓣式配電網(wǎng)饋線自動化解決方案[J]. 自動化與儀器儀表，2015，25(11)：68-69.

Liu Mingxiang，Shan Rongrong，F(xiàn)eng Shiyong. A petal distribution network feeder automation solution[J]. Automation and Instrumentation，2015，25(11)：68-69(in Chinese).

［12］ 葛耀中. 新型繼電保護和故障測距的原理與技術(shù)[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，2007.

Ge Yaozhong. The Theory and Technology of Fault of New Relay Protection[M]. Xi’an：Xi’an Jiaotong University Press，2007(in Chinese).

［13］ 朱?妍，陸于平. 含DG配網(wǎng)充分式優(yōu)選制綜合電流幅值差動保護[J]. 中國電機工程學(xué)報，2018，38(增1)：68-74.

Zhu Yan，Lu Yuping. Sufficient optimized comprehensive current amplitude differential protection for distribution network with distributed generation[J]. Proceedings of the CSEE，2018，38(Suppl 1)：68-74(in Chinese).

［14］ 賀家李. 電力系統(tǒng)繼電保護原理[M]. 北京：中國電力出版社，2010.

He Jiali. Power System Relay Protection Principle[M]. Beijing：China Electric Power Press，2010(in Chinese).

［15］ 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備總則：GB/T 14048.1—2017[S]. 北京：中國電標準出版社，2017.

Low-Voltage Switchgear and Controlgear General Rules：GB/T 14048.1—2017[S]. Beijing：Standards Press of China，2017(in Chinese).

Adaptive Full-Line Snap-Motion Current Protection for the Trunk of a Petal-Shaped Distribution Network

Li Yongli1，Wang Weikang1，Zhang Yunke1，Wang Hongyu1，Zhao Zigang2，Ren Jiangbo2

(1. Key Laboratory of Smart Grid of Ministry of Education，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2. State Grid Hebei Electric Power Company，Shijiazhuang 050000，China)

The special structure and flexible operation mode of a petal-shaped distribution network make it difficult to apply traditional current protection. However，adaptive current protection can modify protection settings according to system operation mode and fault status，so it is a potential solution for this problem. This paper derives the theoretical relationship between the fault current of the trunk line of a petal-shaped distribution network and the line impedance on both sides of the fault point，where a change in the line impedance on one side of the fault point will affect the fault current on the other side. Analyzing the characteristics of the equivalent impedance on the back side of the protection shows that it changes with the location of the fault，and this characteristic leads to the possibility that the sensitivity of the existing adaptive current protection is seriously insufficient. Analyzing the relationship between positive-sequence current and positive-sequence voltage during short-circuit faults yields the setting formula for adaptive positive-sequence current instantaneous trip protection. Finally，in the special petal structure，the characteristics of fault current variation of successive actions of two-terminal protection in the line fault are used to accelerate the action of time-limited current instantaneous trip protection. Based on the comprehensive current instantaneous trip protection and time-limited current instantaneous protection acceleration scheme，this paper proposes adaptive full-line quick current protection suitable for the main line of a petal-shaped distribution network. Simulation results show the adaptive current instantaneous trip protection has a certain protection range，which is not affected by the length of the line and the operation mode of the system. The acceleration scheme that combines the time-limited current instantaneous trip protection and the fault current variation criterion can accurately identify the fault at the end of the line and can reliably accelerate the protection action. It cooperates with adaptive current instantaneous trip protection to realize the full-line snap-motion of protection in the petal-shaped distribution network，and its performance is better than that of other power-frequency single-ended protection schemes.

petal；distribution network；adaptive current protection；positive sequence current；successive action；fault current variation

TK448.21

A

0493-2137(2021)08-0844-08

10.11784/tdxbz202008067

2020-08-27；

2020-09-28.

李永麗（1963—??），女，博士，教授，lyltju@163.com.

王偉康，1464130051@qq.com.

國家電網(wǎng)有限公司總部科技資助項目(適應(yīng)靈活可控源荷接入的新型城市電網(wǎng)繼電保護關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用)．

Supported by the Science and Technology Project from Headquarters of State Grid Corporation of China(Research on Key Protection Technologies for New-Type Urban Distribution Network with Controllable Sources and Loads).

(責任編輯：孫立華)