配電自動(dòng)化級(jí)差保護(hù)配合的應(yīng)用

國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司常州供電分公司 楊文偉

配電自動(dòng)化在配電網(wǎng)監(jiān)測(cè)與控制中具有重要的作用，科學(xué)規(guī)劃配電網(wǎng)是整個(gè)配網(wǎng)建設(shè)運(yùn)維的核心內(nèi)容。近年來，伴隨著供用電需求不斷提高，但由于配電線路的特殊性造成線路故障率較高，直接影響到用戶用電可靠性。本文通過簡(jiǎn)單介紹配電自動(dòng)化技術(shù)基本概念和目前相關(guān)應(yīng)用情況，結(jié)合當(dāng)下遇到的具體問題，進(jìn)而提出啟用配電線路上開關(guān)（分段、分界開關(guān)）級(jí)差保護(hù)，并與配電自動(dòng)化系統(tǒng)相互配合處理線路故障情況，為配電網(wǎng)較快處理故障打好技術(shù)基礎(chǔ)。

信息技術(shù)水平不斷提高的同時(shí)，進(jìn)一步保障了配電自動(dòng)化技術(shù)不斷優(yōu)化。配電自動(dòng)化在配電網(wǎng)中處于核心地位，能夠在定位、隔離及恢復(fù)供電方面發(fā)揮極大作用；但是，目前在配網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中依然會(huì)出現(xiàn)故障時(shí)間過長(zhǎng)等問題。為此，部分電力企業(yè)對(duì)配電線路各開關(guān)（分段、分界開關(guān)等）啟用分級(jí)電流保護(hù)方式快速定位、隔離故障，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，線路上有的開關(guān)會(huì)產(chǎn)生越級(jí)、多級(jí)跳閘現(xiàn)象，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確判斷線路故障范圍，所以深入探討配電自動(dòng)化系統(tǒng)中線路各開關(guān)級(jí)差保護(hù)的配合具有深刻意義。

1 配電自動(dòng)化終端功能、饋線自動(dòng)化簡(jiǎn)介

配電自動(dòng)化是以一次網(wǎng)架和設(shè)備為基礎(chǔ)，綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息及通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的監(jiān)測(cè)與控制，并通過與相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的信息集成，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)的管理。配電自動(dòng)化系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)視和控制的自動(dòng)化系統(tǒng)，其主要由配電主站、配電終端和通信通道等部分組成。饋線自動(dòng)化是利用自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)監(jiān)視配電線路的運(yùn)行狀況，診斷出故障區(qū)間并將故障區(qū)間隔離，恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域的供電。配電自動(dòng)化終端（DTU/FTU）是安裝在配電網(wǎng)的各種監(jiān)測(cè)、控制單元的總稱。配電自動(dòng)化終端安裝在配電線路上各開關(guān)處，其本身具備電流快速切斷、零序保護(hù)以及重合閘等故障處理功能，同時(shí)也具備對(duì)電流電壓時(shí)序區(qū)分和負(fù)荷判據(jù)等FA控制功能。配電自動(dòng)化終端還需要加裝電壓保護(hù)閉鎖裝置，確保發(fā)現(xiàn)線路電壓超出既定數(shù)值時(shí)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)跳閘信號(hào)。

2 配電網(wǎng)多級(jí)保護(hù)分析

2.1 多級(jí)保護(hù)配合特殊性

由于配網(wǎng)運(yùn)行工況的特殊性，配電線路各開關(guān)在啟用級(jí)差保護(hù)時(shí)，可能存在各開關(guān)電流定值、時(shí)間定值設(shè)置的特殊性：電流定值不一定存在級(jí)差、時(shí)間定值存在級(jí)差。

對(duì)于供電半徑大、分段數(shù)少的線路（如鄉(xiāng)鎮(zhèn)配電線路），在線路各處發(fā)生故障時(shí)，其短路電流在線路末端與線路首端可能存在較大的差異，針對(duì)此類現(xiàn)象，檢修人員需站在限流及過流角度考慮解決問題，可以采用三段式方法進(jìn)行保護(hù)配合，選擇性切除故障。

對(duì)于供電半徑小且為開環(huán)城市配電線路來說，應(yīng)依照線路產(chǎn)生具體故障為基準(zhǔn)，保證能夠?qū)收衔恢蒙嫌尾糠忠装l(fā)生短路位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。故障產(chǎn)生時(shí)，其故障位置上游各個(gè)分段開關(guān)處短路電流不存在明顯差別，只能通過保護(hù)動(dòng)作延時(shí)級(jí)差進(jìn)而選擇性切除故障。

2.2 多級(jí)保護(hù)級(jí)差配合可行性

多級(jí)級(jí)差配合可分別設(shè)置變電站10kV出線開關(guān)和10kV饋線分段開關(guān)的保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)目的。變電站變壓器的低壓側(cè)次總開關(guān)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間最低值規(guī)定成0.5s，實(shí)際含義是為了降低短路電流沖擊力，同時(shí)可以在此段時(shí)間內(nèi)有效制定出多級(jí)級(jí)差保護(hù)延時(shí)配合方式。

關(guān)于10kV低壓側(cè)次總開關(guān)和10kV出線開關(guān)時(shí)間方面的配合，變電站10kV出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作普遍延時(shí)時(shí)間在200～250ms之間，最終能夠達(dá)到對(duì)兩級(jí)級(jí)差進(jìn)行有效保護(hù)的效果。

當(dāng)前，10kV斷路器彈操開關(guān)機(jī)械動(dòng)作具體時(shí)間能夠控制在30～40ms之間。在綜合考慮以上時(shí)間差的情況下，需設(shè)置故障電流切斷時(shí)間為100ms之內(nèi)。

2.3 三級(jí)保護(hù)級(jí)差配合及實(shí)施

科技的進(jìn)步為開關(guān)技術(shù)發(fā)展提供了充足的保障，尤其是在應(yīng)用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)和無觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)技術(shù)之后更加完善了開關(guān)動(dòng)作特性，其顯著效果是保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間明顯在降低。假如時(shí)間充分，就可以適當(dāng)將上一級(jí)饋線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作適當(dāng)延長(zhǎng)到100～150ms，同時(shí)出線開關(guān)設(shè)置成250～300ms的延時(shí)時(shí)間，變電站變壓器低壓側(cè)保持200～250ms級(jí)差進(jìn)而實(shí)現(xiàn)三級(jí)保護(hù)功能。

3 配電自動(dòng)化下配電網(wǎng)多級(jí)保護(hù)實(shí)施方案和故障處理方法

3.1 配電網(wǎng)保護(hù)實(shí)施方案

依據(jù)饋線單電源開環(huán)運(yùn)行工況，在線路上各開關(guān)間合理選擇啟用分級(jí)保護(hù)的開關(guān)，合理配置電流、時(shí)間定值，一般情況是啟用配電終端的電流保護(hù)跳閘功能來實(shí)現(xiàn)分級(jí)保護(hù)。配電線路發(fā)生故障時(shí)，故障上游所有開關(guān)只有啟用分級(jí)保護(hù)的開關(guān)才可能跳閘而其他的開關(guān)只能故障告警。因此，離故障點(diǎn)最近的啟用分級(jí)保護(hù)的開關(guān)由于電流定值、時(shí)間定值達(dá)到要求而跳閘隔離故障，其他的啟用分級(jí)保護(hù)的開關(guān)由于時(shí)間定值未達(dá)要求而不跳閘。配電主站綜合分析、核實(shí)故障情況，合理恢復(fù)非故障段的供電。

配電主站在分析單主電源點(diǎn)和分布式電源的過程中，應(yīng)注意分布式電源的故障處理的特殊情況，保證在收集故障狀態(tài)過程中能夠全方位收集到過流故障區(qū)域?？傊?，單電源開環(huán)運(yùn)行時(shí)需要在通信、操作電源等多方面提升多電源點(diǎn)閉環(huán)配電網(wǎng)可實(shí)施性，避免故障帶來的負(fù)面影響。配電網(wǎng)發(fā)生問題時(shí)，首先需要對(duì)變電站開關(guān)跳閘具體情況進(jìn)行詳細(xì)解析，同時(shí)制定對(duì)應(yīng)定位流程，確認(rèn)流經(jīng)區(qū)域中故障電流方向，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行確認(rèn)。事實(shí)上，分析分布式電源配電網(wǎng)首要目的是強(qiáng)化配電終端故障判別功能，進(jìn)而對(duì)故障定位功能實(shí)行準(zhǔn)確優(yōu)化，最終形成對(duì)應(yīng)定位結(jié)果優(yōu)化體系。

3.2 主干線故障及多供一備配電網(wǎng)故障恢復(fù)策略

解析主干線故障問題，通常實(shí)行將故障先隔離再恢復(fù)的方式，在具有故障變電站開關(guān)附近范圍內(nèi)恢復(fù)完好區(qū)域的供電，同時(shí)恢復(fù)故障下游完好區(qū)域的分段。在聯(lián)絡(luò)開關(guān)方面，借助備用電源暫時(shí)恢復(fù)某段線路電力供應(yīng)，使得備用電源其中一段線路能夠維持高水平。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和模式化恢復(fù)故障方案基礎(chǔ)上，優(yōu)化線路結(jié)構(gòu)能夠提高相關(guān)設(shè)備的利用率。

對(duì)于多供一備配電網(wǎng)以及主干線經(jīng)常發(fā)生故障的現(xiàn)象，相關(guān)解決方案是采用優(yōu)化故障隔離中的故障恢復(fù)要點(diǎn)，當(dāng)供電線路某一具體位置產(chǎn)生故障時(shí)，建立相應(yīng)電源點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)線路變電站有關(guān)線路進(jìn)行隔離，在此基礎(chǔ)上完善線路末端開關(guān)，詳細(xì)分析故障位置下游安全區(qū)域，優(yōu)化故障位置，健全區(qū)域供電。根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與模式化故障恢復(fù)方案的有關(guān)情況，建議采用配電網(wǎng)中的平常供電效應(yīng)，最終使得配電網(wǎng)具有高使用頻率，進(jìn)而最大程度發(fā)揮網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)提升設(shè)備使用效率。

3.3 典型模式化接線配電網(wǎng)故障處理策略

針對(duì)典型模式化故障恢復(fù)開關(guān)操作流程進(jìn)行單獨(dú)分析，在成功分析不同區(qū)域內(nèi)固定故障基礎(chǔ)上，制定相關(guān)操作邏輯結(jié)構(gòu)圖。一方面，分析的重點(diǎn)是典型模式化配電網(wǎng)故障，如此能夠在相應(yīng)軟件算法的基礎(chǔ)上搭建網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)體系，完善配電自動(dòng)化故障處理能力，在此基礎(chǔ)上成立手動(dòng)故障恢復(fù)系統(tǒng)。另一方面，在調(diào)整備用配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要詳細(xì)解析備用配電網(wǎng)故障處理的有關(guān)算法并進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化?？傊筛爬檎{(diào)整分段和聯(lián)絡(luò)較多的設(shè)備，優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)容并完美發(fā)揮接線的優(yōu)勢(shì)，在一定程度上增加配電設(shè)備的使用效率，進(jìn)而能夠保證恢復(fù)配電網(wǎng)中存在的模式化故障，極大程度上減輕了人工操作的頻率。

3.4 兩級(jí)級(jí)差自動(dòng)化保護(hù)方法

配電線路在選擇線路開關(guān)種類時(shí)，不管是分界開關(guān)還是分段開關(guān)，一般多為斷路器。主干線上的斷路器一般不投跳閘功能，主干線故障一般由10kV出線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)故障隔離，其時(shí)限在200～250ms左右。支線第一個(gè)斷路器設(shè)分級(jí)保護(hù)，其時(shí)限為100～150ms左右。此方法有三大優(yōu)點(diǎn)，第一是支線和用戶線路發(fā)生故障時(shí)會(huì)立即跳閘，確保不會(huì)影響到線路主干線運(yùn)行。第二是配電線路能夠高效運(yùn)行，多級(jí)跳閘和越級(jí)跳閘現(xiàn)象得到遏制后，處理故障的速度和準(zhǔn)確性得到提升。第三是維護(hù)供電系統(tǒng)所需資金減少，有效節(jié)省了生產(chǎn)成本，最終為企業(yè)創(chuàng)造更大價(jià)值。

3.5 多級(jí)級(jí)差自動(dòng)化保護(hù)方法

關(guān)于多級(jí)級(jí)差保護(hù)配合方式，需要依照配電運(yùn)維的具體需求，根據(jù)10kV饋線出線開關(guān)、分段開關(guān)、分界開關(guān)的各級(jí)時(shí)間需求，進(jìn)而執(zhí)行分級(jí)保護(hù)動(dòng)作，以提高配電網(wǎng)供電的可靠性。

如上所述，變電所變壓器低壓側(cè)次總開關(guān)過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間最低值規(guī)定成0.5s，10kV彈操機(jī)構(gòu)的斷路器開關(guān)機(jī)械動(dòng)作時(shí)間通常在30～40ms，故障熄弧時(shí)間一般為6～8ms左右，配電終端故障響應(yīng)時(shí)間為30～40ms，因此，正常情況下時(shí)間定值以100ms級(jí)差進(jìn)行配置，可以配合4級(jí)級(jí)差保護(hù)，并在發(fā)生故障保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可以立即切斷故障電流。

結(jié)語：配電網(wǎng)的具體運(yùn)行狀況決定著整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，為了防止配電網(wǎng)在運(yùn)行中產(chǎn)生故障時(shí)處理時(shí)間過長(zhǎng)，我們必須要重視配電網(wǎng)故障快速處理，根據(jù)實(shí)際情況篩選出具有針對(duì)性的解決方案，及時(shí)高效地處理故障。處理配電網(wǎng)故障時(shí)，借助于繼電保護(hù)與配電自動(dòng)化的相輔相成，可以大大提升配電網(wǎng)的管控水平。電力工作人員應(yīng)強(qiáng)化配電網(wǎng)故障方面的處理能力，為配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行打造堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。