周琦

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司溧陽市供電分公司，江蘇溧陽，213300）

1 配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SFCL與繼電保護(hù)配合技術(shù)

在高電壓等級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行過程中，短路電流增大問題較大突出，給配電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定性造成了較大威脅，通過將SFCL（Superconductor Fault Current Limiters，超導(dǎo)故障限流器）與繼電保護(hù)配合，可以有效解決這一問題。SFCL正常運(yùn)行時(shí)阻抗接近于0，在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)阻抗可以迅速提升，將短路電流限制到安全水平內(nèi)，確保電網(wǎng)安全可靠性。其中基于二代超導(dǎo)帶材的電阻型超導(dǎo)限流器的限流完全依賴超導(dǎo)材料物理特性，可靠性較高，在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，電阻型SFCL可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入高阻態(tài)，限制短路電流。但是，在電阻型SFCL接入后，配電網(wǎng)線路固有參數(shù)被改變，對(duì)配電網(wǎng)現(xiàn)有繼電保護(hù)動(dòng)作造成了約束?；诖?，為保證配電網(wǎng)短路電流增大故障的順利解決，應(yīng)引入電阻型SFCL與配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合技術(shù)。

在電阻型SFCL與配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合技術(shù)實(shí)踐過程中，電阻型SFCL對(duì)外電路表現(xiàn)為非線性電阻，限流模塊為隔離層、基帶層、超導(dǎo)層、穩(wěn)定層組成的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

表1 電阻型SFCL結(jié)構(gòu)

根據(jù)電阻型SFCL結(jié)構(gòu)，可以標(biāo)注不同超導(dǎo)帶材的控制信號(hào)，包括實(shí)時(shí)電流、總電流、分流電阻、兩端電壓等。而配電網(wǎng)的繼電保護(hù)為電流保護(hù)模式，根據(jù)起動(dòng)電流、跳閘時(shí)間設(shè)定值的差異，可以將其劃分為限時(shí)電流速斷、電流速斷、過電流保護(hù)幾種類型。繼電保護(hù)對(duì)外電路表現(xiàn)為電流過量保護(hù)，即在流經(jīng)保護(hù)位置電流在整定值以上時(shí)，將跳閘信號(hào)發(fā)送給斷路器，及時(shí)切斷線路。整個(gè)過程中，輸入信號(hào)為線路實(shí)時(shí)電流，輸出則為三段保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)電流保護(hù)的邏輯，可以進(jìn)行電流整定值、動(dòng)作時(shí)限的調(diào)整，滿足階段性電流保護(hù)需求。

常規(guī)安裝電阻型SFCL后，配電網(wǎng)線路電流幅值、波形變化較為顯著，極易在配電網(wǎng)發(fā)生短路故障時(shí)以高阻抗形式串聯(lián)到故障回路，致使短路等效阻抗大大提升，引發(fā)保護(hù)配合難題甚至致使保護(hù)拒動(dòng)，延長(zhǎng)故障持續(xù)時(shí)間，增加故障危害。為實(shí)現(xiàn)電阻型SFCL與配電網(wǎng)繼電保護(hù)的協(xié)同配合，可以調(diào)整電阻型SFCL的參數(shù)（超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度、分流電阻）。即分流電阻為1Ω時(shí)電阻型SFCL超導(dǎo)帶材的長(zhǎng)度由200m調(diào)整到20m以內(nèi)，或者將超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度為200m時(shí)電阻型SFCL的分流電阻由1Ω調(diào)整到0.8Ω及以下，確保電阻型SFCL與繼電保護(hù)協(xié)同配合。

需要注意的是，在電阻型SFCL參數(shù)調(diào)整時(shí)，應(yīng)從初始值開始有序遞減，每調(diào)整一次分流電阻，即調(diào)整超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度，確定電流I段繼電保護(hù)動(dòng)作的最大超導(dǎo)帶材長(zhǎng)度。進(jìn)而觀察電流I段繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)0km短路位置超導(dǎo)帶材承壓，確保超導(dǎo)帶材承壓安全范圍內(nèi)的最小長(zhǎng)度。

1.2 繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置配合技術(shù)

繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置配合是智能配電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行過程中關(guān)鍵技術(shù)之一，可以縮短事故停電時(shí)間，確保電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行。作為智能配電網(wǎng)的重要組成部分，配電自動(dòng)化不僅可以擴(kuò)大配電網(wǎng)電力資源供應(yīng)范圍，而且可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的高效率、經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行。較之常規(guī)基于斷路器饋線開關(guān)的繼電保護(hù)模式來說，其可以在故障發(fā)生后及時(shí)判別瞬時(shí)性故障、永久性故障，規(guī)避基于多級(jí)開關(guān)保護(hù)配合的多級(jí)跳閘、越級(jí)跳閘問題。

繼電保護(hù)與自動(dòng)化裝置配合技術(shù)包括電流定值+延時(shí)級(jí)差、保護(hù)動(dòng)作延時(shí)級(jí)差兩種。其中電流定值+延時(shí)級(jí)差適用于供電半徑處于較高水平、分段數(shù)處于較低水平的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)，其故障位置上游若干分段開關(guān)周邊短路電流水平差異較為顯著；保護(hù)動(dòng)作延時(shí)級(jí)差適用于供電半徑處于較低水平、分段數(shù)處于較高水平的開環(huán)運(yùn)行配電網(wǎng)，其故障位置分段開關(guān)周邊短路電流水平差異不顯著。一般繼電保護(hù)與自動(dòng)化裝置配合實(shí)現(xiàn)需要對(duì)配電網(wǎng)出線開關(guān)、饋線開關(guān)設(shè)置差異化保護(hù)動(dòng)作延時(shí)，出于控制短路電流對(duì)系統(tǒng)造成沖擊目的，配電網(wǎng)變壓器低壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)過流保護(hù)動(dòng)作在0.5s及以上，此時(shí)，繼電保護(hù)與自動(dòng)化裝置配合的延時(shí)就需要小于0.5s。根據(jù)時(shí)間裕度需求，可以設(shè)定出線端保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為0.20s～0.25s。

以兩級(jí)級(jí)差保護(hù)與電壓時(shí)間型饋線自動(dòng)化配合為例，將重合器設(shè)置在配電網(wǎng)出線開關(guān)位置，調(diào)整保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為0.20s～0.25s。進(jìn)而將電壓時(shí)間型分段器設(shè)置到主干饋線開關(guān)位置。同時(shí)將配有0.00s保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間、0.50s快速重合閘延時(shí)時(shí)間的斷路器設(shè)置到分支開關(guān)位置。

1.3 繼電保護(hù)裝置與一次設(shè)備配合技術(shù)

在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，繼電保護(hù)裝置是二次設(shè)備，通過與一次設(shè)備配合，可以利用一次設(shè)備操作前、操作后兩個(gè)運(yùn)行狀態(tài)明確的特征，提升保護(hù)動(dòng)作的選擇性、速動(dòng)性功能、靈敏性與可靠性。特別是在設(shè)備由旁路開關(guān)轉(zhuǎn)帶時(shí)，通過先投繼電保護(hù)后送一次設(shè)備，配合零序保護(hù)、縱聯(lián)保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)切換，可以縮短旁路開關(guān)、被帶開關(guān)并列時(shí)間，順利發(fā)揮繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)一次系統(tǒng)的支持功效。

1.4 上級(jí)繼電保護(hù)與下級(jí)繼電保護(hù)配合技術(shù)

在配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，上級(jí)繼電保護(hù)、下級(jí)繼電保護(hù)配合較為常見，即在下一級(jí)配電元件、線路出現(xiàn)故障時(shí)，故障線路、元件所在級(jí)別的繼電保護(hù)定植可以與上一級(jí)電力線路、元件的繼電保護(hù)整定值配合，有選擇性地切除配電網(wǎng)故障。在配電網(wǎng)上級(jí)繼電保護(hù)與下級(jí)繼電保護(hù)配合過程中，需要借助多級(jí)3段式過流保護(hù)配合技術(shù)，順利區(qū)分兩相短路、三相短路配置定植差異，提高故障處理性能。在多級(jí)3段式過流保護(hù)配合技術(shù)應(yīng)用過程中，可忽略上級(jí)繼電保護(hù)、下級(jí)繼電保護(hù)之間的配合關(guān)系，而是立足動(dòng)作時(shí)限，結(jié)合I段保護(hù)配合、II段跋扈配合靈敏度要求，確定保護(hù)定值，規(guī)避傳統(tǒng)基于線路末端三相短路電流整定的兩相間短路范圍保護(hù)不明問題。

根據(jù)配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)的差異，多級(jí)3段式過流保護(hù)的配置也具有一定差異。對(duì)于輻射狀線路，保護(hù)配置級(jí)數(shù)判定依據(jù)是供電半徑、最小饋線長(zhǎng)度對(duì)比值；而對(duì)于類似手拉手環(huán)狀配電的多供電途徑配電線路，需要在考慮一側(cè)饋線轉(zhuǎn)帶對(duì)側(cè)饋線負(fù)荷的情況下，結(jié)合非正常運(yùn)行狀態(tài)下聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘引發(fā)的被轉(zhuǎn)帶側(cè)饋線潮流變更情況，進(jìn)行故障功率方向元件的配置，根據(jù)線路故障功率方向區(qū)別，進(jìn)行基于正常運(yùn)行的正向定值、基于異常運(yùn)行的反向定值設(shè)置。

2 基于配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合的故障處理

2.1 基于SFCL與繼電保護(hù)配合的故障處理

基于SFCL與繼電保護(hù)配合的故障處理流程如下。

如圖1所示，根據(jù)電阻型SFCL的限流優(yōu)勢(shì)，調(diào)整SFCL分流電阻小于0.8Ω。此時(shí)，在配電網(wǎng)直流側(cè)短路故障發(fā)生后，SFCL暫時(shí)不啟動(dòng)，先由繼電保護(hù)啟動(dòng)，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送重合閘信號(hào)，若常規(guī)繼電保護(hù)無法切除故障，則運(yùn)行SFCL，促使SFCL串聯(lián)故障回路，短時(shí)間內(nèi)提升短路等效阻抗，限制故障電流上升率，確保端口發(fā)生瞬時(shí)雙極短路時(shí)全部換流站不必所，順利完成整個(gè)配電網(wǎng)故障清除。

圖1 基于SFCL與繼電保護(hù)配合的故障處理流程

若配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生永久性故障，則電阻型SFCL與繼電保護(hù)配合僅切除故障區(qū)域，其他區(qū)域在短暫擾動(dòng)后仍然會(huì)沿著預(yù)先設(shè)定的策略恢復(fù)正常運(yùn)行，不會(huì)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)造成影響。同時(shí)重合閘失敗，SFCL會(huì)再次啟動(dòng)，限制故障電流上升，規(guī)避因重合閘失敗而引發(fā)的全線路崩潰問題。

2.2 基于繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置配合的故障處理

2.2.1 主干線故障

在主干線發(fā)生故障后，若主干線為全架空饋線，則基于繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置配合的故障處理流程如下：

如圖2所示，在全架空饋線主干線故障發(fā)生后，變電站出線斷路器會(huì)發(fā)出跳閘指令，切斷故障電流。經(jīng)0.50s延時(shí)后，出線斷路器重合。若出線斷路器順利重合，則表明主干線故障為瞬時(shí)性故障，相關(guān)故障信息可以存入配電自動(dòng)化裝置終端瞬時(shí)性故障處理記錄；若線斷路器無法順利重合，則表明主干線故障為永久性故障，自動(dòng)化裝置會(huì)遙控故障區(qū)域周邊開關(guān)分閘，將故障區(qū)域隔離。進(jìn)而遙控出線斷路器、聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，恢復(fù)無故障區(qū)域供電，并將信息存入永久性故障處理記錄。

圖2 基于繼電保護(hù)裝置與自動(dòng)化裝置配合的故障處理流程

若主干線為全電纜饋線，則其故障均為永久性故障，出線斷路器會(huì)在故障發(fā)生后發(fā)送跳閘命令切斷故障電流。與此同時(shí)，主站自自動(dòng)化裝置收集終端上報(bào)各開關(guān)故障信息，確定故障位置，并遠(yuǎn)程控制環(huán)網(wǎng)柜故障區(qū)域周邊開關(guān)分閘，將故障區(qū)域隔離。進(jìn)而遠(yuǎn)程控制出線斷路器、環(huán)網(wǎng)柜聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘，促使非故障區(qū)域電力資源供應(yīng)恢復(fù)，并在永久性故障處理記錄內(nèi)存儲(chǔ)記錄。

2.2.2 分支線路故障

在分支線路發(fā)生故障時(shí)，相應(yīng)分支線路繼電保護(hù)裝置會(huì)第一時(shí)間發(fā)出跳閘命令，經(jīng)過0.50s延時(shí)后重合。若相應(yīng)支線故障為暫時(shí)性故障，自動(dòng)化裝置可以及時(shí)識(shí)別，確保電力資源在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供應(yīng)；若相應(yīng)支線故障為永久性故障，則自動(dòng)化裝置可以及時(shí)識(shí)別，配合繼電保護(hù)裝置再次跳開并閉鎖在分閘狀態(tài)下隔離故障，避免支線故障后全線停電問題出現(xiàn)。

2.3 基于繼電保護(hù)裝置與一次設(shè)備配合的故障處理

2.3.1 差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作

在配電網(wǎng)用旁路開關(guān)轉(zhuǎn)變主變開關(guān)操作中，差動(dòng)保護(hù)退出時(shí)間早于轉(zhuǎn)帶停止以及主變開關(guān)恢復(fù)，接入B相開關(guān)后，差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，延時(shí)30s打印變位信息。針對(duì)這一問題，應(yīng)根據(jù)閉鎖式高頻保護(hù)為重點(diǎn)，在縱聯(lián)保護(hù)為兩側(cè)電流不統(tǒng)一且負(fù)荷電流與分流差較大的電流差動(dòng)保護(hù)模式時(shí)，先退出電流差動(dòng)保護(hù)，切換至旁路后，將被轉(zhuǎn)帶開關(guān)轉(zhuǎn)入備用，再次投入保護(hù)。

2.3.2 啟動(dòng)保護(hù)失靈

在配電網(wǎng)啟動(dòng)機(jī)組過程中，主開關(guān)處于分位，而合上機(jī)組側(cè)刀閘時(shí)開關(guān)C相觸頭未斷開，引發(fā)機(jī)組保護(hù)啟動(dòng)失靈，造成啟備變與高壓聯(lián)絡(luò)線對(duì)側(cè)跳閘，全線中斷。為解決上述故障，除了按順序操作刀閘、開關(guān)外（先斷開線路兩側(cè)開關(guān)后斷開母線側(cè)刀閘），還需要在合刀閘前對(duì)開關(guān)操作電源進(jìn)行檢查，確定電源、失靈啟動(dòng)電源正常后，等待繼電保護(hù)裝置自檢轉(zhuǎn)入正常程序，進(jìn)而合母線側(cè)刀閘與線路側(cè)開關(guān)，規(guī)避開關(guān)未斷位導(dǎo)致的繼電保護(hù)啟動(dòng)指令問題。

2.4 基于上級(jí)繼電保護(hù)與下級(jí)繼電保護(hù)配合的故障處理

2.4.1 分支斷路器下游兩相相間短路

在配電網(wǎng)局部分支斷路器下游出現(xiàn)兩相相間短路故障時(shí)，分支斷路器可與變電站出線斷路器形成單純延時(shí)時(shí)間級(jí)差部分配合模式——2級(jí)0.00s延時(shí)級(jí)差保護(hù)配合。在該配合模式中，局部分支線采用III段保護(hù)，出線斷路器采用I段保護(hù)和III段保護(hù)，局部分支線III段保護(hù)可以與出線斷路器III段保護(hù)配合，借助III段保護(hù)在短時(shí)間內(nèi)切除近端故障，避免分支故障干擾主干線運(yùn)行。

2.4.2 分支開關(guān)下游三相相間短路

在分支開關(guān)下游出現(xiàn)三相相間短路故障時(shí)，因次分支開關(guān)、分支開關(guān)過流保護(hù)延時(shí)為0.00s，故障檢測(cè)時(shí)間、中間繼電器驅(qū)動(dòng)時(shí)間在0.03s左右。此時(shí)，借助出線斷路器端配置的保護(hù)定值（局部分支斷路器電流定值為240A，延時(shí)時(shí)間為0.00s），可以在0.20s～0.80s之間驅(qū)動(dòng)斷路器完成分閘，順利切除故障電流。