配電分界負荷開關(guān)保護定值整定原則探討

林威滔，于振

（1.齊魯工業(yè)大學，濟南250300；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

配電分界負荷開關(guān)保護定值整定原則探討

林威滔1，于振2

（1.齊魯工業(yè)大學，濟南250300；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

由于配電分界負荷開關(guān)（以下簡稱分界開關(guān)）具有自動切除配電網(wǎng)單相接地故障和自動隔離相間短路故障的功能，在各地區(qū)配電自動化系統(tǒng)建設中得到廣泛應用。綜合分析不同廠家分界開關(guān)的保護原理，提出一般的保護定值整定原則，為現(xiàn)場工作人員設定分界開關(guān)保護動作定值提供參考。

分界開關(guān)；保護；定值整定

0 引言

隨著各地區(qū)配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的建設發(fā)展，分界開關(guān)在配電網(wǎng)中得到廣泛應用。分界開關(guān)具有涌流抑制、相間過流保護、零序接地保護等功能，可以大大減少無故障線路的連帶性事故停電，縮小停電范圍，實物如圖1所示［1-3］。

圖1 分界負荷開關(guān)實物

然而，由于分界開關(guān)不同生產(chǎn)廠家保護原理不同，定值整定沒有統(tǒng)一的規(guī)程，現(xiàn)場安裝調(diào)試人員常常根據(jù)自己的經(jīng)驗值或廠家說明書進行裝置定值整定，定值整定往往不夠合理，造成配電網(wǎng)分界開關(guān)動作方式存在地域差異，對配電網(wǎng)安全可靠供電帶來一定隱患，需要制定統(tǒng)一、規(guī)范的分界開關(guān)保護定值整定原則。

1 分界開關(guān)保護原理

目前各生產(chǎn)廠家的分界開關(guān)具備自動切除界內(nèi)單相接地故障和隔離相間短路故障的功能。

對于單相接地故障，由于流過分界開關(guān)的故障電流等于配網(wǎng)系統(tǒng)中其他非故障線路對地電容電流的總和，一般不超過30 A，分界開關(guān)的遮斷容量滿足直接開斷接地故障電流的要求，因此當發(fā)生用戶界內(nèi)接地故障時分界開關(guān)可通過保護啟動動作跳閘，將故障設備隔離。但在不同接地方式的配網(wǎng)系統(tǒng)中，分界開關(guān)動作行為方式略有不同，如表1所示［4-6］。

對于相間短路故障，由于流過變電站出線開關(guān)和故障用戶分界開關(guān)的電流很大，用戶分界開關(guān)的遮斷容量不能滿足直接開斷故障電流的要求。因此，無論在何種接地方式的配網(wǎng)系統(tǒng)中，當發(fā)生用戶界內(nèi)相間短路故障時，分界開關(guān)都不先動作跳閘，而是在變電站出線開關(guān)保護動作跳閘后、重合閘之前分斷。在各種接地方式下，對于用戶界外故障分界開關(guān)都不動作。

表1 分界開關(guān)單相接地故障處理方式

分界負荷開關(guān)處理兩種故障的保護動作方式以圖2所示接線為例進行說明。K1、K2、K3為用戶分界負荷開關(guān)，CB為變電站出線開關(guān)（斷路器）。正常運行時，變電站出線開關(guān)CB處于合位，用戶1、用戶2、用戶3分別通過分界開關(guān)K1、K2、K3帶負荷用電。

圖2 分界開關(guān)接線

1.1 單相接地故障保護動作原理

1.1.1 中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)

在中性點不接地系統(tǒng)中，當用戶2界內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，流過分界開關(guān)K2的故障電流值等于配網(wǎng)系統(tǒng)中其他非故障線路對地電容電流的總和，超過分界開關(guān)K2設定的保護定值，若K2保護設定的時間定值達到后故障電流仍然存在，則判定故障性質(zhì)為永久性接地，分界開關(guān)K2即可由保護啟動斷開并切除故障。對于分界開關(guān)K1、K3，由于故障點位于界外，流過的零序電流僅為自身界內(nèi)線路對地電容電流值，比故障電流小得多，故不會跳閘。

在中性點經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，一般采用過補償?shù)姆绞?，當用?界內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，流過分界開關(guān)K2的故障電流為全網(wǎng)的零序電流經(jīng)消弧線圈補償后的殘流，一般仍明顯大于自身界內(nèi)線路對地電容電流值，K2可判斷界內(nèi)故障并自動切除。對于分界開關(guān)K1、K3，由于故障點位于界外，流過的零序電流與中性點不接地系統(tǒng)相同，一般明顯小于設定動作值，故不會誤動作。

1.1.2 中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

在中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，由變電站母線流向故障點的電流較大，需要變電站出線開關(guān)CB零序保護動作切除，此時故障用戶分界開關(guān)有表1中所示的兩種動作模式可以選擇。模式1是分界開關(guān)與變電站出線開關(guān)保護同時動作跳閘切除故障，然后出線開關(guān)經(jīng)設定的延時后由重合閘動作合閘，恢復對非故障段線路的供電，分界開關(guān)無重合閘，繼續(xù)保持分閘狀態(tài)以隔離故障；模式2是分界開關(guān)先于變電站出線開關(guān)保護動作跳閘并切除故障，變電站出線開關(guān)零序保護因設有延時而免于動作出口跳閘。例如，針對模式2，當用戶2界內(nèi)發(fā)生單相接地故障，故障電流經(jīng)分界開關(guān)K2流入故障點，K2保護裝置檢測到故障電流超過保護動作定值便無延時瞬動出口跳閘，而變電站保護因設有延時定值而不動作，實現(xiàn)分界開關(guān)K2先于變電站出線開關(guān)CB零序保護動作的行為模式。

上述兩種模式下，在用戶2界內(nèi)發(fā)生單相接地故障時，對于分界開關(guān)K1、K3均屬于界外故障，K1、K3檢測到的故障電流很小，不會啟動自身保護，不會跳閘停電。

1.2 相間短路故障保護動作原理

用戶界內(nèi)發(fā)生相間短路故障時，用戶分界開關(guān)與變電站出線保護配合，對故障進行隔離。以圖2所示為例，當用戶2界內(nèi)發(fā)生相間短路故障時，變電站出線開關(guān)CB速斷或過流保護動作跳閘，線路停電。分界開關(guān)K2最初感受到故障電流信息，判定為界內(nèi)故障但并不直接跳閘隔離故障，而是在線路失電狀態(tài)下分閘隔離故障，再由變電站出線開關(guān)CB經(jīng)設定的延時（一般為1 s）后自動重合，除故障用戶2被隔離外，其余用戶均恢復供電。在用戶2發(fā)生界內(nèi)短路故障時，由于其他用戶分界開關(guān)無故障電流流過，故保持合閘狀態(tài)不變。

2 分界開關(guān)定值整定原則

2.1 單相接地零序電流定值整定原則

對于中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，分界開關(guān)動作切除故障的零序電流定值應按躲過負荷側(cè)線路對地電容電流的原則進行整定。線路對地電容電流值與線路長度及線路型式有關(guān)，按照經(jīng)驗，10 kV架空線路對地電容電流約為0.02 A/（相·km），電纜線路對地電容電流約為1 A/（相·km），考慮一定的可靠系數(shù)，零序電流定值計算公式為

式中：I0set為分界開關(guān)零序電流定值；ljk和ldl分別為架空線路和電纜線路長度；krel為可靠系數(shù)，一般取1.3～1.4。為避免瞬時接地故障導致頻繁跳閘，零序電流保護設置一定延時，故障持續(xù)時間超過延時后動作切除。按照躲開瞬時故障的原則，延時一般可設置為300～600 ms。

對于中性點經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)，由于故障時零序電流較大，分界開關(guān)動作切除故障的零序電流定值整定比較簡單，為保證分界開關(guān)先于出線開關(guān)保護動作，分界開關(guān)零序保護一般不設置延時。

2.2 相間短路保護電流定值整定原則

分界開關(guān)相間短路電流定值整定的基本原則是按躲分界負荷開關(guān)界內(nèi)最大負荷電流整定，一般取安全系數(shù)為1.4～1.5。經(jīng)計算，相間短路保護電流整定值如表2所示。

為保證在用戶界內(nèi)發(fā)生相間短路時，分界開關(guān)能可靠在變電站出線跳閘后和重合前可靠分閘，分界開關(guān)相間短路保護延時應比變電站出線開關(guān)重合閘延時小一個級差。在出線開關(guān)重合延時設置為1 s的情況下，分界開關(guān)可設置為0.3～0.5 s。

表2 分界負荷開關(guān)相間保護定值

3 結(jié)語

分析并總結(jié)當前配電網(wǎng)一般運行狀況和常用分界開關(guān)設備技術(shù)現(xiàn)狀，介紹配電分界負荷開關(guān)基本原理、針對各類故障的開關(guān)動作處理方式、保護定值整定原則與計算方法，對現(xiàn)場應用提供理論參考。隨著配電網(wǎng)新技術(shù)、新設備的不斷改進發(fā)展，分界負荷開關(guān)保護定值整定原則還需要隨著配網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行方式的變化，以及配電自動化系統(tǒng)的改進升級而進行適當調(diào)整。

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Determination Principle of Protection Setpoint Value for Power Distribution Demarcation Load Switches

LIN Weitao1，YU Zhen2
（1.Qilu University of Technology，Jinan 250300，China；2.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Because the power distribution demarcation load switch（hereinafter referred to as demarcation switch）has the function of removing single-phase earth fault distribution network and isolating inter phase short circuit fault automatically，it is widely used in the construction of regional distribution automation system.The protection principle of the demarcation load switch is analyzed in different manufacturers comprehensively and the general protection setpoint determination principle is put forward.References are provided for on-site staff to set demarcation load switch protective action setting value.

demarcation switch；protection；setpoint value determination

TM564

A

1007－9904（2016）11－0051－03

2016-10-15

林威滔（1995），男，齊魯工業(yè)大學電氣工程專業(yè)。