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(zhǎng)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，從而導(dǎo)致時(shí)常有誤動(dòng)、拒動(dòng)等現(xiàn)象發(fā)生。因此，提出計(jì)及時(shí)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(jì)及各個(gè)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的配合和不同的運(yùn)行方式對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行整定，通過(guò)算例對(duì)方案進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)繼電保護(hù)工作人員開(kāi)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(shí)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(zhǎng)，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，從而導(dǎo)致時(shí)常有誤動(dòng)、拒動(dòng)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(duì)配電網(wǎng)線路繼電保護(hù)整定計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行了一定的研究。文獻(xiàn)[2]提出了綜合時(shí)間級(jí)差配合方式，包括4種配電網(wǎng)多級(jí)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(guò)分析繼電保護(hù)整定計(jì)算方法，提出了整定計(jì)算中常見(jiàn)的一些問(wèn)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(shí)限過(guò)電流保護(hù)、三段式過(guò)電流保護(hù)五方面對(duì)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(chǎng)的多年工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一些針對(duì)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(duì)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(jì)及時(shí)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(guò)電流保護(hù)，或者限時(shí)速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，又或者電流保護(hù)和限時(shí)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(duì)于電壓在10 kV及以下的變壓器，針對(duì)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(shí)動(dòng)作于斷開(kāi)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(guò)流、過(guò)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(guò)流保護(hù)、過(guò)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(guò)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(dòng)保護(hù)、電流保護(hù)、過(guò)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(duì)應(yīng)的電流、電壓等參數(shù)并不相同，故障時(shí)的相應(yīng)參數(shù)也將不同，而實(shí)際配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)行方式復(fù)雜多變，實(shí)時(shí)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(shí)對(duì)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(kāi)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(duì)某些運(yùn)行方式無(wú)法同時(shí)滿足其靈敏性、速動(dòng)性和選擇性的要求，此時(shí)應(yīng)當(dāng)約束此類運(yùn)行方式。

在考慮運(yùn)行方式時(shí)，應(yīng)綜合考慮如下幾個(gè)方面：

（1）保持電力網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)變電站各變壓器中性點(diǎn)接地方式相對(duì)穩(wěn)定。

（2）防止在同一個(gè)廠站母線上同時(shí)斷開(kāi)兩個(gè)及多個(gè)所連接的運(yùn)行設(shè)備（線路、變壓器），當(dāng)兩個(gè)廠站的母線之間電氣距離相隔比較近時(shí)，也要防止同時(shí)斷開(kāi)兩個(gè)及多個(gè)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(jí)串供的終端運(yùn)行方式。

（5）防止采用不相同電壓等級(jí)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(jì)及時(shí)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(zhǎng)，保護(hù)級(jí)數(shù)較多，傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定和配合困難，而對(duì)線路保護(hù)設(shè)備采用電流保護(hù)功能開(kāi)關(guān)的整定與電壓—時(shí)間型功能開(kāi)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(wèn)題。

3.1 ? ?電流保護(hù)功能開(kāi)關(guān)的整定

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

傳統(tǒng)的時(shí)間配合都是從線路末級(jí)開(kāi)始逐級(jí)往線路首端配合，這樣會(huì)導(dǎo)致多級(jí)配合的時(shí)候到站內(nèi)首端的時(shí)間很長(zhǎng)，不符合站內(nèi)時(shí)間的整定需要。因此本文從站內(nèi)線路首端逐級(jí)往線路末端進(jìn)行時(shí)間配合，并對(duì)一些線路保護(hù)設(shè)備進(jìn)行電壓—時(shí)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(shí)間配合的級(jí)數(shù)，使時(shí)間配合更簡(jiǎn)便實(shí)用。

例如，對(duì)于定時(shí)限過(guò)流保護(hù)，斷路器從站內(nèi)饋線開(kāi)關(guān)保護(hù)開(kāi)始往站外線路末端逐級(jí)配合，站內(nèi)定時(shí)限過(guò)流動(dòng)作時(shí)間作為第一級(jí)保護(hù)，以至少0.15 s的級(jí)差往站外線路末端逐級(jí)配合。

3.2 ? ?電壓—時(shí)間型功能開(kāi)關(guān)的整定

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

3.2.1 ? ?電壓—時(shí)間型開(kāi)關(guān)的工作原理

電壓—時(shí)間型開(kāi)關(guān)的工作原理[6]是通過(guò)X、Y、Z的時(shí)間配合來(lái)隔離故障區(qū)域，下面以圖1為例進(jìn)行說(shuō)明。

當(dāng)1點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，站內(nèi)斷路器跳閘，開(kāi)關(guān)A、B分閘，站內(nèi)開(kāi)關(guān)第一次重合閘，來(lái)電后開(kāi)關(guān)A、B分別經(jīng)各自的X時(shí)間（40 s、7 s）關(guān)合，關(guān)合的同時(shí)啟動(dòng)Y計(jì)時(shí)，若1點(diǎn)為瞬時(shí)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(kāi)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(kāi)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(shí)間型開(kāi)關(guān)的時(shí)間設(shè)置

Tx：負(fù)荷開(kāi)關(guān)的關(guān)合延時(shí)時(shí)間（X時(shí)間）。處于線路分段位置的負(fù)荷開(kāi)關(guān)，在分閘狀態(tài)下，單側(cè)來(lái)電后關(guān)合的延時(shí)時(shí)間。

整定原則：

（1）變電站或開(kāi)關(guān)站饋線開(kāi)關(guān)第1臺(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間Tx整定為40 s（合閘時(shí)間與變電站出線開(kāi)關(guān)配合，時(shí)間=站內(nèi)饋線開(kāi)關(guān)重合時(shí)間+開(kāi)關(guān)固有合閘時(shí)間+儲(chǔ)能時(shí)間+充電時(shí)間）。第2臺(tái)及以后的負(fù)荷開(kāi)關(guān)Tx整定為7 s。

（2）在較長(zhǎng)分支線斷路器后段安裝的負(fù)荷開(kāi)關(guān)：

第1條分支線（靠近變電站出線開(kāi)關(guān)為第1條，以此類推）的第1臺(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)Tx應(yīng)整定為支主干線上安裝的所有負(fù)荷開(kāi)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(kāi)關(guān)Tx定值再加7 s。該支線第2臺(tái)及以后負(fù)荷開(kāi)關(guān)定值均整定為7 s。

第2條分支線的第1臺(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)Tx應(yīng)整定為第1條分支線安裝的所有負(fù)荷開(kāi)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(kāi)關(guān)Tx定值再加7 s。該支線第2臺(tái)及以后負(fù)荷開(kāi)關(guān)定值均整定為7 s。

以此類推，第X條分支線的第1臺(tái)負(fù)荷開(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)Tx定值再加7 s。第X條分支線第2臺(tái)及以后負(fù)荷開(kāi)關(guān)定值均整定為7 s。

較長(zhǎng)分支線的負(fù)荷開(kāi)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(tái)負(fù)荷開(kāi)關(guān)的Tx值之后，應(yīng)同時(shí)校驗(yàn)不小于40 s的要求;小于40 s的，直接取40 s。

Ty：負(fù)荷開(kāi)關(guān)關(guān)合確認(rèn)時(shí)間（Y時(shí)間）。負(fù)荷開(kāi)關(guān)關(guān)合后，在Ty時(shí)間里判斷是否合閘到故障線段，若合閘后在Y時(shí)間內(nèi)低壓或過(guò)流元件啟動(dòng)，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(shí)間內(nèi)低壓或過(guò)流元件不啟動(dòng)，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(shí)間整定為5 s。

Tz：分閘延時(shí)時(shí)間（Z時(shí)間）。負(fù)荷開(kāi)關(guān)失壓后，分閘的延時(shí)。上級(jí)電源線路發(fā)生瞬時(shí)性故障跳閘后重合使變電站短時(shí)失壓時(shí)，為避免負(fù)荷開(kāi)關(guān)失電分閘，失電分閘延時(shí)整定為3.5 s。

Tll：聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘時(shí)間。考慮未退聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)功能時(shí)進(jìn)行線路操作或檢修，因聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)自動(dòng)合閘而可能發(fā)生誤送電風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)地區(qū)情況可退出聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘功能。

4 ? ?算例驗(yàn)證

4.1 ? ?算例實(shí)施

以圖2為例對(duì)時(shí)間定值設(shè)置進(jìn)行說(shuō)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(gè)svg文件，通過(guò)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(gè)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(duì)原svg圖文件進(jìn)行解析及標(biāo)識(shí)后，圓點(diǎn)表示為負(fù)荷開(kāi)關(guān)，矩形表示為斷路器，這樣便得到一個(gè)對(duì)于配網(wǎng)單線圖的簡(jiǎn)化圖，通過(guò)此簡(jiǎn)化圖，便可對(duì)其進(jìn)行電流保護(hù)和電壓—時(shí)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(shí)間以級(jí)差方式逐級(jí)遞減。

F02、F03（作為同級(jí)開(kāi)關(guān)）：

電流速斷保護(hù)定值時(shí)間：0.3-0.15=0.15 s;

定時(shí)限過(guò)流保護(hù)定值時(shí)間：0.7-0.2=0.5 s;

零序過(guò)流保護(hù)定值時(shí)間：0.8-0.2=0.6 s;

重合閘時(shí)間：5 s。

F04：

電流速斷保護(hù)定值時(shí)間：0.15-0.15=0 s;

定時(shí)限過(guò)流保護(hù)定值時(shí)間：0.5-0.2=0.3 s;

零序過(guò)流保護(hù)定值時(shí)間：0.6-0.2=0.4 s;

重合閘時(shí)間：5 s。

A、B、C、D、E、F作為電壓—時(shí)間型開(kāi)關(guān)，按照3.2的設(shè)置原則進(jìn)行設(shè)置。

Y時(shí)間取5 s，Z時(shí)間取3.5 s。

電壓—時(shí)間型開(kāi)關(guān)時(shí)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(kāi)關(guān)的整定，如果線路供電半徑很長(zhǎng)、保護(hù)級(jí)數(shù)較多，將導(dǎo)致上下級(jí)配合困難甚至無(wú)法配合，從而出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)等現(xiàn)象。通過(guò)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(duì)線路保護(hù)設(shè)備采用電流保護(hù)功能開(kāi)關(guān)的整定與電壓—時(shí)間型功能開(kāi)關(guān)的整定組合的整定形式很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，使配電網(wǎng)保護(hù)的整定更為合理與實(shí)用。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

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(gè)電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。本文針對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)，提出計(jì)及時(shí)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(xiàng)，并對(duì)計(jì)及時(shí)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(guò)算例驗(yàn)證了本文所提方案的合理性，對(duì)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(jiǎn)介：丁健（1989—），男，廣東高州人，工程師，研究方向：繼電保護(hù)。