配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置及整定方案研究

盧加宏

（貴州萬峰電力股份有限公司，貴州 興義 562400）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的規(guī)模和復雜性不斷增加。為確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，保護裝置的配置和整定成為關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的保護配置方法往往缺乏全局性和層次性，難以應對現(xiàn)代配電網(wǎng)的復雜性和不確定性。因此，文章提出了一種配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置及整定方案，旨在提升配電網(wǎng)的保護性能與供電可靠性。

配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行狀態(tài)直接關(guān)系電力供應的質(zhì)量和穩(wěn)定性。然而，隨著分布式電源、微電網(wǎng)等新型電力系統(tǒng)的出現(xiàn)，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運行方式發(fā)生了顯著變化，傳統(tǒng)的保護方式面臨著諸多挑戰(zhàn)。例如，分布式電源的接入可能導致短路電流的增大或減小，從而影響保護裝置的正確動作；微電網(wǎng)的自治運行可能導致保護裝置之間的配合問題。此外，現(xiàn)代配電網(wǎng)可能遭受各種形式的攻擊，如網(wǎng)絡(luò)攻擊、物理攻擊等，給配電網(wǎng)的保護帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。

為應對這些挑戰(zhàn)，文章提出了一種配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置及整定方案。該方案將配電網(wǎng)劃分為不同層次，并針對每個層次進行獨立保護。通過優(yōu)化配置和整定方案，可以縮小故障時的停電范圍，提升供電的可靠性和穩(wěn)定性。同時，該方案考慮不同層次的配合問題，確保在故障時能夠正確隔離故障區(qū)域并恢復供電。

文章將從配電網(wǎng)保護的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)出發(fā)，闡述層次化保護的概念和優(yōu)勢，提出一種基于層次化保護的優(yōu)化配置方案，并通過仿真驗證該方案的可行性和有效性。文章旨在為配電網(wǎng)保護的優(yōu)化配置和整定提供新的思路與方法，對于提升配電網(wǎng)的運行安全和穩(wěn)定性具有重要意義。

1 配電網(wǎng)層次化保護的原理與技術(shù)

1.1 層次化保護的基本原理

配電網(wǎng)層次化保護的基本原理是通過對配電網(wǎng)進行層次劃分，并針對每個層次實施相應的保護策略，以實現(xiàn)全面、快速且準確的保護。這種保護方式將配電網(wǎng)劃分為多個層次，包括就地層、站域?qū)蛹皬V域?qū)拥?。每個層次都有其特定的保護需求和保護策略，通過相互協(xié)調(diào)與配合，可以最大限度地減少故障對配電網(wǎng)的影響，提升供電的可靠性[2]。

就地保護是配電網(wǎng)層次化保護的第一道防線，通過在配電網(wǎng)的各個分支和節(jié)點上安裝保護裝置，實現(xiàn)對故障的就近快速隔離。站域保護是第二道防線，主要負責變電站出線開關(guān)和變壓器的保護，提供后備保護，確保故障能夠被及時切除。區(qū)域保護是第三道防線，利用配電自動化系統(tǒng)和安全自動裝置，實現(xiàn)區(qū)域整體負荷備投和非故障區(qū)域自愈轉(zhuǎn)供。

在配電網(wǎng)層次化保護中，各級保護裝置需要相互協(xié)調(diào)配合，包括動作時序的配合、動作范圍的配合以及信息交換的配合等。優(yōu)化配置和整定方案，可以實現(xiàn)各層次之間的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，提高保護性能。同時，充分利用信息化和智能化的技術(shù)手段，可以實現(xiàn)對配電網(wǎng)的全面、實時監(jiān)控以及智能控制。

1.2 層次化保護的關(guān)鍵技術(shù)

配電網(wǎng)層次化保護的關(guān)鍵技術(shù)主要包括故障識別與定位技術(shù)、信息傳輸與處理技術(shù)以及選擇適當?shù)睦^電保護裝置、合理設(shè)置保護區(qū)域、優(yōu)化保護動作方式及通信系統(tǒng)等。首先，故障識別與定位技術(shù)是配電網(wǎng)層次化保護的核心技術(shù)之一。該技術(shù)通過分析和處理電力系統(tǒng)的故障信號，確定故障的發(fā)生位置，并精確定位故障點。這種技術(shù)主要利用電流差動保護、過電壓保護、過流保護等原理，實時監(jiān)測電流、電壓等信號，能夠準確判斷和定位故障。這有助于在最短的時間內(nèi)采取保護措施，防止故障進一步擴大，提升供電的可靠性。其次，信息傳輸與處理技術(shù)是配電網(wǎng)層次化保護的另一個關(guān)鍵技術(shù)[3]。該技術(shù)主要通過傳輸與處理電力系統(tǒng)各個保護裝置之間的信息，快速傳遞和準確處理故障信息。這種技術(shù)主要利用通信技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等手段，通過建立信息傳輸與處理系統(tǒng)，實現(xiàn)配電網(wǎng)各級繼電保護之間的信息交互。這有助于實現(xiàn)對故障信息的共享與分析，提高故障處理的效率和準確性。同時，可以實現(xiàn)各級保護裝置之間的協(xié)調(diào)配合，提升保護的整體性能。最后，選擇適當?shù)睦^電保護裝置、合理設(shè)置保護區(qū)域、優(yōu)化保護動作方式及通信系統(tǒng)等也是配電網(wǎng)層次化保護的關(guān)鍵技術(shù)。這些技術(shù)的選擇和應用需要根據(jù)配電網(wǎng)的實際情況與運行需求進行綜合考慮。例如，選擇適當?shù)睦^電保護裝置需要考慮設(shè)備的性能、可靠性、經(jīng)濟性等因素；合理設(shè)置保護區(qū)域需要考慮設(shè)備的分布、運行方式、負荷情況等因素；優(yōu)化保護動作方式需要考慮設(shè)備的動作特性、故障類型等因素；通信系統(tǒng)的選擇和應用需要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、實時性等因素。

2 配電網(wǎng)層次化系統(tǒng)的整體架構(gòu)

配電網(wǎng)層次化系統(tǒng)的整體架構(gòu)是一種基于分層設(shè)計的配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)架構(gòu)該架構(gòu)通過將系統(tǒng)劃分為不同的層次，實現(xiàn)功能和數(shù)據(jù)的分布與集中，從而提升系統(tǒng)的可擴展性和可維護性，如圖1 所示。通過這樣的層次化設(shè)計，可以實現(xiàn)各層次之間的獨立性和模塊化，降低系統(tǒng)的復雜性與耦合度。同時，各層次之間通過標準的接口進行通信和數(shù)據(jù)交換，提升了系統(tǒng)的可擴展性和可維護性。

圖1 配電網(wǎng)層次化保護系統(tǒng)的整體架構(gòu)

3 配電網(wǎng)層次化保護的整定方案研究

3.1 站域保護方案

站域保護主要關(guān)注在站內(nèi)設(shè)備之間實現(xiàn)快速、準確、可靠的故障定位和隔離，以保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。站域保護采用基于間隔的保護策略，能夠快速準確地識別出故障所在位置，避免傳統(tǒng)基于斷路器的保護方案的延時和誤動。同時，站域保護可以實現(xiàn)與其他層次保護的協(xié)調(diào)配合，提升保護動作的準確性和可靠性。金屬故障保護的隔離時間小于100 ms，負荷轉(zhuǎn)移時間小于1 s，局域保護具有自適應功能，可根據(jù)輸入拓撲自適應地調(diào)整保護區(qū)域。

3.2 區(qū)域保護的采樣同步和站間通信方案

區(qū)域保護的采樣同步方案通過集中式同步或分散式同步技術(shù)，確保所有設(shè)備在同一時刻進行采樣，消除時間偏差對保護動作的影響。而站間通信方案則是實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各個站點之間數(shù)據(jù)共享和交互的關(guān)鍵，包括光纖通信、無線通信及工業(yè)以太網(wǎng)等通信方式。通過合理的采樣同步方案和站間通信方案設(shè)計，可以提升區(qū)域保護的準確性和可靠性，保障配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。因此，在配電網(wǎng)層次化保護的整定方案研究中，需要綜合考慮采樣同步和站間通信方案的設(shè)計與實施，從而獲得最優(yōu)的性能[4]。線路具備光纖通信條件，采用以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）方式直接將各終端接入35 kV 站域保護主機。

3.3 系統(tǒng)硬件方案

合理的系統(tǒng)硬件方案需要綜合考慮性能要求、技術(shù)水平、可擴展性以及成本效益等因素，以確保保護設(shè)備能夠準確地檢測和隔離配電網(wǎng)中的故障，提升配電網(wǎng)的供電可靠性和穩(wěn)定性。系統(tǒng)硬件方案通常包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、電源模塊以及保護模塊等關(guān)鍵部分。這些部分需要相互配合，實現(xiàn)保護設(shè)備的控制邏輯、數(shù)據(jù)運算、信息交互以及故障檢測和隔離等功能。智能采集保護裝置可以采集與斷路器相關(guān)的電流、電壓、開關(guān)信號，完成區(qū)域保護[5]。智能采集和保護裝置應具有內(nèi)置光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU），通過EPON 與站區(qū)保護裝置連接，并與站區(qū)保護裝置同步。需注意，同步誤差應小于1 μs。

4 結(jié) 論

文章深入研究了配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置及整定方案。通過分析配電網(wǎng)層次化保護的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)，提出了一套針對配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置方案和整定策略，旨在提升配電網(wǎng)的保護性能、供電可靠性以及經(jīng)濟性。在未來的研究中，將繼續(xù)關(guān)注配電網(wǎng)層次化保護的優(yōu)化配置和整定方案，以適應配電網(wǎng)的不斷發(fā)展和變化。同時，將積極探索和應用新技術(shù)，如人工智能、大數(shù)據(jù)等，以推動配電網(wǎng)層次化保護技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展。