配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中饋線保護(hù)的配置

郭 輝，魏紅英

(1.徐水供電有限責(zé)任公司，河北 徐水 072550；2.河北大學(xué)，河北 保定 071002）

1 傳統(tǒng)的饋線保護(hù)方式

1.1 傳統(tǒng)的電流保護(hù)

過電流保護(hù)是最基本的繼電保護(hù)之一?？紤]到經(jīng)濟(jì)原因，配電網(wǎng)饋線保護(hù)廣泛采用電流保護(hù)。配電線路一般很短，由于配電網(wǎng)不存在穩(wěn)定問題，為了確保電流保護(hù)動(dòng)作的選擇性，采用時(shí)間配合的方式實(shí)現(xiàn)全線路的保護(hù)。常用的方式有反時(shí)限電流保護(hù)和三段電流保護(hù)。電流保護(hù)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)的前提是將整條饋線視為一個(gè)單元。當(dāng)饋線故障時(shí)，將整條線路切掉，并不考慮對(duì)非故障區(qū)域的恢復(fù)供電，這些不利于提高供電可靠性。另一方面，由于依賴時(shí)間延時(shí)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性，導(dǎo)致某些故障的切除時(shí)間偏長(zhǎng)，影響設(shè)備壽命。

1.2 重合器方式的饋線保護(hù)

實(shí)現(xiàn)饋線分段、增加電源點(diǎn)是提高供電可靠性的基礎(chǔ)。重合器保護(hù)是將饋線故障自動(dòng)限制在一個(gè)區(qū)段內(nèi)的有效方式。目前在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造中仍有大量重合器得到應(yīng)用，這種簡(jiǎn)單而有效的方式能夠提高供電可靠性，相對(duì)于傳統(tǒng)的電流保護(hù)有較大的優(yōu)勢(shì)。該方案的缺點(diǎn)是故障隔離的時(shí)間較長(zhǎng)，多次重合對(duì)相關(guān)的負(fù)荷有一定影響。

2 饋線自動(dòng)化基本功能及原理

饋線自動(dòng)化其主要功能有：正常情況下，對(duì)饋電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，包括相應(yīng)饋線柱上開關(guān)狀態(tài)、饋線電流電壓等；故障時(shí)進(jìn)行故障記錄，遙控饋線柱上開關(guān)的合閘、分閘，在配電自動(dòng)化系統(tǒng)綜合分析故障信息后遙控執(zhí)行自診斷、隔離、恢復(fù)功能。根據(jù)負(fù)荷均衡情況實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的優(yōu)化與重構(gòu)[2]。

饋線自動(dòng)化就是監(jiān)視饋線的運(yùn)行方式和負(fù)荷。饋線自動(dòng)化的核心是通信，以通信為基礎(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全局性的數(shù)據(jù)采集與控制，從而實(shí)現(xiàn)配電SCADA、配電高級(jí)應(yīng)用（PAS）。同時(shí)以地理信息系統(tǒng)（GIS）為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)的設(shè)備管理、圖資管理，而SCADA、GIS和PAS的一體化則促使配電自動(dòng)化成為提供配電網(wǎng)保護(hù)與監(jiān)控、配電網(wǎng)管理的全方位自動(dòng)化運(yùn)行管理系統(tǒng)。

2.1 線路故障區(qū)段查找的基本原理

目前國(guó)內(nèi)的主流通信方式是光纖通信，具體分為光纖環(huán)網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)。建立在光纖通信基礎(chǔ)上的饋線保護(hù)的實(shí)現(xiàn)由以下三部分組成：(1)電流保護(hù)切除故障；(2)集中式的配電主站或子站遙控FTU實(shí)現(xiàn)故障隔離；(3)集中式的配電主站或子站遙控FTU實(shí)現(xiàn)向非故障區(qū)域的恢復(fù)供電。這種實(shí)現(xiàn)方式實(shí)質(zhì)上是在自動(dòng)裝置無選擇性動(dòng)作后的恢復(fù)供電。如果能夠解決饋線故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的選擇性，就可以大大提高饋線保護(hù)的性能，從而一次性地實(shí)現(xiàn)故障切除與故障隔離。這需要饋線上的多個(gè)保護(hù)裝置利用快速通信協(xié)同動(dòng)作，共同實(shí)現(xiàn)有選擇性的故障隔離，這就是饋線系統(tǒng)保護(hù)的基本思想。

3 饋線系統(tǒng)保護(hù)基本原理

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力用戶對(duì)電能的依賴性越來越大，提高供電可靠性和改善供電質(zhì)量也成為配電網(wǎng)的工作重點(diǎn)，而配電網(wǎng)饋線保護(hù)的主要作用也體現(xiàn)在提高供電質(zhì)量上，具體包括饋線故障切除、故障隔離和恢復(fù)供電[3]。本文以“手拉手”供電網(wǎng)為研究對(duì)象，就饋線自動(dòng)化中故障自動(dòng)隔離功能的解決方案進(jìn)行分析探討。

3.1 基本原理

饋線系統(tǒng)保護(hù)實(shí)現(xiàn)的前提條件如下：快速通信；控制對(duì)象是斷路器；終端是保護(hù)裝置，而非TTU。

在高壓線路保護(hù)中，高頻保護(hù)、電流差動(dòng)保護(hù)都是依靠快速通信實(shí)現(xiàn)的主保護(hù)，饋線系統(tǒng)保護(hù)是在多于兩個(gè)裝置之間通信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的區(qū)域性保護(hù)。

參見圖1所示典型系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用斷路器作為分段開關(guān)，如圖開關(guān)1、2、3、4、5、6、7、8為手拉手供電中的分段開關(guān)。

圖1 手拉手供電線路示意圖

當(dāng)線路故障發(fā)生在e區(qū)段，開關(guān)1、2、3、處將流過故障電流，開關(guān)4處無故障電流。但出現(xiàn)低電壓。此時(shí)系統(tǒng)保護(hù)將執(zhí)行步驟：

Step1：1#、2#、3#、4#斷路器保護(hù)起動(dòng)；

Step2：保護(hù)計(jì)算故障區(qū)段信息；

Step3：相鄰保護(hù)之間通信；

Step4：3#、4#動(dòng)作切除故障；

Step5：3#重合。如重合成功，轉(zhuǎn)至Step9；

Step6：3#重合于故障，再跳開；

Step7：4#在△T內(nèi)未測(cè)得電壓恢復(fù)，通知5#合閘；

Step8：5#合閘，恢復(fù)e段供電，轉(zhuǎn)至Step10；

Step9：4#在△T時(shí)間內(nèi)測(cè)得電壓恢復(fù)，4#重合；

Step10：故障隔離，恢復(fù)供電結(jié)束。

3.2 故障區(qū)段信息

定義故障區(qū)段信息如下：

邏輯1：表示保護(hù)單元測(cè)量到故障電流，

邏輯0：表示保護(hù)單元未測(cè)量到故障電流，但測(cè)量到低電壓。

當(dāng)故障發(fā)生后，系統(tǒng)保護(hù)各單元向相鄰保護(hù)單元交換故障區(qū)段，對(duì)于一個(gè)保護(hù)單元，當(dāng)本身的故障區(qū)段信息與收到的故障區(qū)段信息的異或?yàn)?時(shí)，出口跳閘。

為了確保故障區(qū)段信息識(shí)別的正確性，在進(jìn)行邏輯1的判斷時(shí)，可以增加低壓閉鎖及功率方向閉鎖。

3.3 系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作速度及其后備保護(hù)

為了確保饋線保護(hù)的可靠性，在饋線的首端設(shè)限時(shí)電流保護(hù)，建議整定時(shí)間內(nèi)0.2s，即要求饋線系統(tǒng)保護(hù)在200ms內(nèi)完成故障隔離。

在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間上，系統(tǒng)保護(hù)能夠在20ms內(nèi)識(shí)別出故障區(qū)段信息，并起動(dòng)通信。光纖通信速度很快，考慮到重發(fā)多幀信息，相鄰保護(hù)單元之間的通信應(yīng)在30ms內(nèi)完成。斷路器動(dòng)作時(shí)間為40～100ms。這樣，只要通信環(huán)節(jié)理想即可實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)。

3.4 饋線系統(tǒng)保護(hù)的應(yīng)用前景

饋線系統(tǒng)保護(hù)在很大程度上沿續(xù)了高壓線路縱聯(lián)保護(hù)的基本原則。由于配電網(wǎng)的通信條件很可能十分理想。在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的饋線保護(hù)功能的性能大大提高[4]。饋線系統(tǒng)保護(hù)利用通信實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的選擇性，將故障識(shí)別、故障隔離、重合閘、恢復(fù)故障一次性完成，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）快速處理故障，不需多次重合；（2）快速切除故障，提高了電動(dòng)機(jī)類負(fù)荷的電能質(zhì)量；（3）直接將故障隔離在故障區(qū)段，不影響非故障區(qū)段；（4）功能完成下放到饋線保護(hù)裝置，無需配電主站、子站配合。

4 應(yīng)注意的幾點(diǎn)問題

4.1 暢通的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。

對(duì)于縣城電網(wǎng)來講，將饋線系統(tǒng)自動(dòng)化和地理信息及調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，使其成為自動(dòng)化的強(qiáng)有力的組成部分。

4.2 設(shè)備的穩(wěn)定性

饋線自動(dòng)化對(duì)線路上的斷路器等設(shè)備要求很高，一旦有事故必須保障斷路器動(dòng)作迅速準(zhǔn)確，不能出現(xiàn)誤動(dòng)作。

4.3 對(duì)調(diào)度及人員的要求

由于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的線路往往是雙電源供電，這就對(duì)調(diào)度運(yùn)行及人員提出了更高要求。首先，雙電源供電的相序一定要正確；其次，對(duì)斷路器的日常巡視和管理，特別是聯(lián)絡(luò)斷路器處在何種狀態(tài)、計(jì)量狀況是否良好等；以上示例為聯(lián)絡(luò)斷路器處于熱備用狀態(tài)，在實(shí)際工作中，聯(lián)絡(luò)斷路器處于熱備用還是冷備用，具體如何操作應(yīng)制定嚴(yán)格的制度，保證線路的安全運(yùn)行。

[1]吳歡．探討配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)及繼電保護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)[J]．廣東科技，2009，20：51-53．

[2]王海燕．配電網(wǎng)中的饋電自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展綜述[DB/OL]．電力資料網(wǎng)，2007-8-17/2007-10-25.

[3]苗俊杰，張智遠(yuǎn)．配電網(wǎng)中饋線保護(hù)模式的分析比較[J]．河北電力技術(shù)．2008，27（5）：6-8．

[4]吳寧;許揚(yáng);陸于平;分布式發(fā)電條件下配電網(wǎng)故障區(qū)段定位新算法,電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，（14）：56-60.