繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理分析

中國(guó)南方電網(wǎng)廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司 李小偉 陶毅剛 張俊成 譚曉虹 崔志威 李镕耀

在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，配電自動(dòng)化也獲得了更廣闊的發(fā)展空間。但是受電力系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜的影響，配電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)遇到一系列的故障問(wèn)題，如一些電力企業(yè)會(huì)選擇斷路器作為基本的饋線開關(guān)，目的是在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障而發(fā)生斷路之后，能及時(shí)通過(guò)跳閘操作來(lái)阻斷電流，在最大限度上減少斷路對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的不利影響。但從發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，一旦出現(xiàn)斷電故障，線路開關(guān)保護(hù)會(huì)出現(xiàn)多級(jí)跳閘的現(xiàn)象，且這種跳閘會(huì)引發(fā)較高頻率的斷電問(wèn)題。

1 繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化發(fā)展概述

配電自動(dòng)化。是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、控制技術(shù)基礎(chǔ)上所打造出的信息管理系統(tǒng)，其借助先進(jìn)的設(shè)備和完善的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督控制體系能夠?qū)﹄娋W(wǎng)運(yùn)行實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)督管理，及時(shí)消除配電網(wǎng)運(yùn)行潛在的安全隱患，從而更好的提升配電方案的安全性、可靠性，確保配電網(wǎng)的供電安全[1]。

繼電保護(hù)。配電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到外界多個(gè)因素的影響，一個(gè)因素處理不恰當(dāng)就易引發(fā)故障，最終對(duì)電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性造成不利影響。在電網(wǎng)運(yùn)行管理中有觸點(diǎn)繼電器能夠有效保護(hù)電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)[2]。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的基本原理體現(xiàn)如下：在電線路上電流數(shù)值超過(guò)最大負(fù)荷電流時(shí)電壓降低；在發(fā)生故障時(shí)各個(gè)點(diǎn)上的電壓也會(huì)降低，距離越近短路點(diǎn)的電壓數(shù)值越低；測(cè)量阻抗在正常情況下會(huì)和負(fù)荷阻抗保持在一致的狀態(tài)上，在發(fā)生短路時(shí)測(cè)量阻抗會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€路阻抗。

繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)多級(jí)保護(hù)的原理和操作可行性。對(duì)于供電半徑長(zhǎng)、分段少的配電線路，在線路發(fā)生故障時(shí)，故障上方位分段開關(guān)短路電流會(huì)出現(xiàn)較大差異。對(duì)于這種差異明顯的電流可采取三級(jí)保護(hù)方式，根據(jù)實(shí)際情況有選擇的切斷故障。對(duì)于供電半徑較短的開環(huán)城市配電段線路或農(nóng)村配電段線路，在出現(xiàn)故障時(shí)故障位置上游各個(gè)分段開關(guān)的電流不會(huì)出現(xiàn)明顯差異，想重新設(shè)置電流數(shù)值也較困難，這時(shí)可依靠保護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間差來(lái)切除故障[3]。多級(jí)級(jí)差的配合是指通過(guò)對(duì)變電站10kV 出線開關(guān)和饋線開關(guān)分別設(shè)置保護(hù)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)。為能更好減少斷路電流對(duì)配電網(wǎng)正常運(yùn)行的沖擊，需將變電站變壓器低壓側(cè)開關(guān)過(guò)流保護(hù)時(shí)間設(shè)定為0.5s。

2 繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合故障處理原則

可靠性原則。繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理時(shí)要始終堅(jiān)持可靠性的操作原則。在設(shè)置配電網(wǎng)過(guò)程中為確保各個(gè)設(shè)備的使用質(zhì)量，要強(qiáng)化各個(gè)網(wǎng)線間的連通性，并在線路運(yùn)行時(shí)確保線路的清晰準(zhǔn)確，不能讓線路之前出現(xiàn)短路的問(wèn)題。所設(shè)置的配電設(shè)施不僅要安全可靠，還需保持持續(xù)性的配電能力，強(qiáng)化配電線網(wǎng)的總體服務(wù)能力?？傮w的配電網(wǎng)線需具備更全面的服務(wù)能力，且內(nèi)部的各個(gè)子系統(tǒng)間能密切配合，并在發(fā)展過(guò)程中強(qiáng)化對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行管理，確保配電網(wǎng)內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)有規(guī)律的運(yùn)作[4]。

堅(jiān)持?jǐn)U大供電的總體能力的原則。繼電保護(hù)和配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理要始終堅(jiān)持供電總體能力的發(fā)展原則。在電力系統(tǒng)維修管理過(guò)程中要確保所有電路的清晰可見，在分析各個(gè)線路運(yùn)行實(shí)際情況的基礎(chǔ)上提出有針對(duì)的維修策略。在故障處理過(guò)程中要提高維修效率，應(yīng)用最理想的維修方式來(lái)達(dá)到最為理想的供電狀態(tài)?；谔l是威脅到電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要因素，因此在配電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)要加強(qiáng)對(duì)跳閘問(wèn)題的分析，不斷加大對(duì)保險(xiǎn)絲的保護(hù)，并合理把控電路的工作時(shí)間，不能讓電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)熱狀態(tài)。

高效經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行原則。在繼電保護(hù)和配電自動(dòng)化配合作用下的配電網(wǎng)故障處理中需堅(jiān)持高效率、經(jīng)濟(jì)性的發(fā)展原則。在電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需相關(guān)人員掌握電網(wǎng)運(yùn)行管理技巧，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)能在第一時(shí)間予以解決。電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的投入要適當(dāng)，通過(guò)調(diào)整經(jīng)濟(jì)的投入比和產(chǎn)出比來(lái)更好發(fā)揮出電網(wǎng)在拉動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的作用，減少電網(wǎng)運(yùn)行的后期維修費(fèi)用，促進(jìn)電網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展。

3 繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理對(duì)策

3.1 兩級(jí)級(jí)差保護(hù)和配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理

兩級(jí)級(jí)差保護(hù)配合中主干饋線開關(guān)會(huì)采用負(fù)荷開關(guān)，用戶開關(guān)采用斷路器，開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)定在0s。變電站出線開關(guān)會(huì)選擇斷路器，保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間設(shè)定在200ms 到250ms，如果主干線是全架空饋線，集中故障的處理步驟如下：變電站出現(xiàn)短路跳閘后要及時(shí)切斷故障電流；在0.5s 延時(shí)后變電站會(huì)出現(xiàn)斷路器的重合現(xiàn)象，如重合成功則可將故障判定為瞬時(shí)故障。如重合失敗則可判定為永久性故障；根據(jù)配件端向上級(jí)上報(bào)數(shù)據(jù)來(lái)判斷電力系統(tǒng)故障出現(xiàn)的區(qū)域[5]；如瞬時(shí)性故障在以往被記錄過(guò)，根據(jù)記錄結(jié)果如果是永久故障則需對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離，隔離之后恢復(fù)其他區(qū)域的供電。

如主干線是全電纜饋線，對(duì)故障的處理步驟如下：饋線發(fā)生的故障一般是永久性故障。對(duì)這類永久性故障需變電站管理端口及時(shí)切斷斷路，從而達(dá)到阻斷故障電流目的；電力系統(tǒng)的主要站點(diǎn)根據(jù)上報(bào)的故障信息來(lái)判斷出故障區(qū)域；遙控故障區(qū)域周圍的開關(guān)，及時(shí)管理故障區(qū)域，遙控對(duì)應(yīng)變電站出現(xiàn)的斷路器和電力合閘。如是在分支或用戶位置上出現(xiàn)故障則可采取以下處理：分支斷路器、用戶斷路器在發(fā)生跳閘故障時(shí)要及時(shí)切斷線路；如支線是架空線路，快速調(diào)節(jié)合閘開關(guān)，在延時(shí)0.5s 后重新合閘處理。在這個(gè)過(guò)程中如出現(xiàn)重合失敗問(wèn)題則可判定為永久性故障。

3.2 多級(jí)級(jí)差保護(hù)和電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理

電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化是一種重合器和電壓時(shí)間型分段器互相配合的故障隔離技術(shù)。電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化操作使用唯一的不足點(diǎn)是，盡管分支線路故障有時(shí)也會(huì)使變電站出線斷路器跳閘故障，在跳閘故障后還會(huì)后續(xù)導(dǎo)致全線或暫時(shí)性的停電問(wèn)題，而將兩級(jí)級(jí)差保護(hù)和電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化控制結(jié)合在一起能解決全線或短暫停電問(wèn)題，具體措施如下：變電站10kV 出線開關(guān)一般選擇重合器，并在重合器上設(shè)置200ms 到250ms的延時(shí)性保護(hù)動(dòng)作；主干饋線開關(guān)應(yīng)用電壓時(shí)間型分段器進(jìn)行設(shè)置；用戶開關(guān)和分支開關(guān)采用斷路器，同時(shí)還需額外配置0s 保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間和一次快速重合閘[6]。

在采取以上配置操作后，在主干線出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)按照常規(guī)電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化處理步驟來(lái)處理故障。在分支和用戶故障發(fā)生后，對(duì)應(yīng)的分支或用戶斷路器會(huì)在第一時(shí)間出現(xiàn)短暫的跳閘，在0.5s 之后會(huì)重合。如果是永久性故障會(huì)再次跳開關(guān)閉鎖并保持在分閘的狀態(tài)[7]。

3.3 三級(jí)級(jí)差保護(hù)和配電自動(dòng)化配合的配電網(wǎng)故障處理

將變電站10kV 出線開關(guān)、用戶開關(guān)、饋線開關(guān)設(shè)置為斷路器，對(duì)設(shè)置好的斷路器采取三級(jí)級(jí)差的保護(hù)方式，其他關(guān)聯(lián)開關(guān)是負(fù)荷開關(guān)。將變電站出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間設(shè)定在200ms 到300ms 之間，用戶保護(hù)開關(guān)延遲時(shí)間設(shè)置為0s，饋線分支開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間在100ms 到150ms 之間。

將變電站10kV 出線開關(guān)和饋線開關(guān)以及某一段饋線的開始和結(jié)束開關(guān)設(shè)置為斷路器，并對(duì)這個(gè)斷路器采取三級(jí)級(jí)差的保護(hù)，其他開關(guān)設(shè)定為負(fù)荷開關(guān)。將出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的延遲時(shí)間設(shè)定在200ms 到300ms 之間。饋線開關(guān)保護(hù)工作的延遲時(shí)間是0ms。饋線分段開關(guān)的延遲時(shí)間在100ms 到150ms[8]。

綜上，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展下，電力資源在人們生活中的作用日益凸顯出來(lái)，由此熱也對(duì)繼電保護(hù)能力提出了更高的要求，繼電保護(hù)工能夠?yàn)榕潆娮詣?dòng)化的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)，有效提升電力系統(tǒng)故障的處理效率，減少電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本。相應(yīng)在智能電網(wǎng)的深入發(fā)展下，繼電保護(hù)和配電自動(dòng)化的緊密程度也會(huì)不斷增加，電力系統(tǒng)的故障處理速率也會(huì)大幅度的提升，電力事業(yè)也會(huì)朝著更長(zhǎng)遠(yuǎn)的方向發(fā)展。