配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置模式及選擇原則

劉健，劉超，張小慶，張志華

(1.陜西電力科學(xué)研究院，西安市710054；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，西安市710075)

配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置模式及選擇原則

劉健1，劉超2，張小慶1，張志華1

(1.陜西電力科學(xué)研究院，西安市710054；2.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，西安市710075)

為了提高配電網(wǎng)的供電可靠性，對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合規(guī)劃設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了單純時(shí)間級(jí)差全配合模式、單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式、單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式和3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式，論述了4種配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式的工作原理，并對(duì)其特點(diǎn)進(jìn)行了比較，給出了配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式的選擇原則，結(jié)合實(shí)例對(duì)所論述的方法進(jìn)行分析，結(jié)果表明，所給出的多級(jí)保護(hù)配合模式和選擇方法是可行的。

配電網(wǎng)；繼電保護(hù)；規(guī)劃；故障；自動(dòng)化

0 引 言

供電可靠性是配電網(wǎng)規(guī)劃的重要指標(biāo)之一，為了確保配電網(wǎng)的供電可靠性，不僅需要對(duì)配電網(wǎng)架進(jìn)行合理規(guī)劃，還需要對(duì)其故障處理策略進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。集中智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)于提高配電網(wǎng)故障處理能力具有重要意義[1]，但是其需要借助通信網(wǎng)絡(luò)收集故障信息并通過(guò)遙控實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電[2-3]。該過(guò)程往往需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間，且容易受到通信障礙、相關(guān)終端裝置故障以及配電自動(dòng)化主站工作異常等因素的影響而失效。

繼電保護(hù)配合能夠迅速切除故障，恢復(fù)健全部分供電而不造成短暫停電，但是配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合困難，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，各級(jí)繼電保護(hù)配置以及參數(shù)整定不夠合理，故障發(fā)生后造成越級(jí)跳閘和多級(jí)跳閘的現(xiàn)象還非常普遍[4]。

對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合進(jìn)行合理規(guī)劃，不僅可以縮短大部分故障的處理時(shí)間，而且由于繼電保護(hù)之間不需要借助通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而是依靠本地智能配電終端就可以正確動(dòng)作，因此進(jìn)行故障處理的可靠性更高。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)作為動(dòng)作型“兩遙”智能配電終端的必備功能，在其動(dòng)作后將信息傳送到配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站，可以顯著提升配電自動(dòng)化系統(tǒng)的性能。在僅采用繼電保護(hù)配合仍不能保證供電可靠性的情況下，穿插規(guī)劃一些“三遙”型智能配電終端，繼電保護(hù)與集中智能配電自動(dòng)化系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)于進(jìn)一步提高配電網(wǎng)供電可靠性具有重要意義[5]。

目前在配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合方面已經(jīng)取得了一些研究成果，如DL/T584—2007、GB/T 14285—2006和GB/T 50062—2008等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都對(duì)3～10 kV線(xiàn)路保護(hù)的配置進(jìn)行了規(guī)定[6-8]。文獻(xiàn)[9-12]也探討了配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置與整定的問(wèn)題。文獻(xiàn)[13]指出城市配電線(xiàn)路各處的短路電流差異比較小，為此給出了一種利用級(jí)差配合的繼電保護(hù)方案。文獻(xiàn)[14]研究了3段式過(guò)流保護(hù)在配電網(wǎng)的應(yīng)用問(wèn)題，提出了一種旨在增加配合級(jí)數(shù)的改進(jìn)方法。

本文將論述單純時(shí)間級(jí)差全配合、單純時(shí)間級(jí)差部分配合、單純3段式過(guò)流保護(hù)配合和3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合等4種配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式的工作原理，分析其特點(diǎn)，并給出繼電保護(hù)配合模式的選擇原則。

1 配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合的模式

配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合有2種基本方式:基于時(shí)間級(jí)差的配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合方式和3段式過(guò)流保護(hù)配合方式，相互結(jié)合可以分為4種模式。

1.1 基于時(shí)間級(jí)差的配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式

1.1.1 基本原理

對(duì)于裝設(shè)延時(shí)電流速斷保護(hù)的情形，可以在整條饋線(xiàn)上進(jìn)行多級(jí)級(jí)差保護(hù)配合，稱(chēng)為單純時(shí)間級(jí)差全配合模式。對(duì)于裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的情形，可以在瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍之外下游部分的分支或用戶(hù)開(kāi)關(guān)與變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)之間進(jìn)行多級(jí)級(jí)差保護(hù)配合，稱(chēng)為單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式。

變電站變壓器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)(也即10 kV母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān))的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般設(shè)置為0.5～0.7 s?？紤]最不利的情況，為了不影響上級(jí)保護(hù)的整定值，需要在0.5 s內(nèi)安排多級(jí)級(jí)差保護(hù)的延時(shí)配合。

對(duì)于饋線(xiàn)斷路器使用彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)的情形，其機(jī)械動(dòng)作時(shí)間一般為60～80 ms，保護(hù)的固有響應(yīng)時(shí)間為30 ms左右，考慮一定的時(shí)間裕度，延時(shí)時(shí)間級(jí)差△T可以設(shè)置為250～300 ms，從而實(shí)現(xiàn)2級(jí)級(jí)差保護(hù)配合。

對(duì)于饋線(xiàn)斷路器使用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的情形，其分閘時(shí)間可以做到20 ms左右。快速保護(hù)算法可以在10 ms左右完成故障判斷，考慮一定的時(shí)間裕度，延時(shí)時(shí)間級(jí)差△T可以設(shè)置為150～200 ms，從而實(shí)現(xiàn)3級(jí)時(shí)間級(jí)差保護(hù)配合。

在系統(tǒng)抗短路電流承受能力較強(qiáng)的情況下，可以適當(dāng)延長(zhǎng)變電站變壓器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的過(guò)流保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間，以便提高多級(jí)級(jí)差配合的可靠性，比如對(duì)于采用永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)，時(shí)間級(jí)差可以設(shè)置為200 ms，對(duì)于采用彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)，時(shí)間級(jí)差可以設(shè)置為300 ms。由于變壓器、斷路器、負(fù)荷開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)、線(xiàn)路以及電流互感器的熱穩(wěn)定校驗(yàn)時(shí)間一般均為2 s，因此所建議的多級(jí)級(jí)差保護(hù)配合方案并沒(méi)有對(duì)這些設(shè)備的熱穩(wěn)定造成影響。

1.1.2 2級(jí)級(jí)差保護(hù)的配置原則

2級(jí)級(jí)差保護(hù)配合下，線(xiàn)路上開(kāi)關(guān)類(lèi)型組合選取及保護(hù)配置的原則為:主干饋線(xiàn)開(kāi)關(guān)全部采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)；用戶(hù)(或次分支)開(kāi)關(guān)或分支開(kāi)關(guān)采用斷路器；變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)根據(jù)需要決定是否裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，其過(guò)電流保護(hù)的延時(shí)時(shí)間設(shè)置為1個(gè)時(shí)間級(jí)差△T；用戶(hù)(或次分支)斷路器或分支斷路器保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間設(shè)定為0，電流定值按照躲開(kāi)下游最大負(fù)荷以及勵(lì)磁涌流設(shè)置。

采用上述2級(jí)級(jí)差保護(hù)配置后的優(yōu)點(diǎn)在于:分支或用戶(hù)(或次分支)發(fā)生故障后不影響主干線(xiàn)上其他用戶(hù)供電，且整定值不受饋線(xiàn)運(yùn)行方式影響。

1.1.3 3級(jí)級(jí)差保護(hù)的配置原則

采用3級(jí)級(jí)差保護(hù)的典型配置為:變電站10 kV出線(xiàn)開(kāi)關(guān)、具備多級(jí)級(jí)差保護(hù)配合條件區(qū)域的饋線(xiàn)分支開(kāi)關(guān)與用戶(hù)(或次分支)開(kāi)關(guān)形成3級(jí)級(jí)差保護(hù)，其中用戶(hù)(或次分支)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間設(shè)定為0，電流定值按照躲開(kāi)下游最大負(fù)荷電流以及勵(lì)磁涌流設(shè)置；饋線(xiàn)分支開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間設(shè)定為△T，電流定值按照躲開(kāi)下游最大負(fù)荷電流以及勵(lì)磁涌流設(shè)置；變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間設(shè)定為2△T。

采用上述3級(jí)級(jí)差保護(hù)配置后的優(yōu)點(diǎn)在于:用戶(hù)(或次分支)發(fā)生故障后不影響分支線(xiàn)路上其他用戶(hù)供電，分支線(xiàn)路發(fā)生故障后不影響主干線(xiàn)上其他用戶(hù)供電，且整定值不受饋線(xiàn)運(yùn)行方式影響。

1.2 單純3段式(I、Ⅱ段)過(guò)流保護(hù)配合模式

n級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)的示意圖如圖1所示。

圖1 n級(jí)繼電保護(hù)示意圖Fig.1 n-level over-current protection

傳統(tǒng)的3段式過(guò)流保護(hù)的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)定值是不區(qū)分短路類(lèi)型的，都是按照線(xiàn)路末端最大三相短路電流來(lái)整定，而靈敏度校驗(yàn)卻是按照最小兩相短路電流來(lái)校驗(yàn)。

用ln表示為了實(shí)現(xiàn)第n級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)配合所需要的最小饋線(xiàn)長(zhǎng)度，且有l(wèi)0＝0，ln可通過(guò)求解式(1)獲得[14]。

式中:r和χ分別為饋線(xiàn)單位長(zhǎng)度電阻和電抗；β為各級(jí)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)至少保護(hù)該級(jí)饋線(xiàn)段的長(zhǎng)度比例；Xsmax和Xsmin分別為最大方式和最小方式下的系統(tǒng)阻抗；K＝，其中K為靈敏度系數(shù)，Ksen和分別為I段和II段保護(hù)的可靠系數(shù)。

繼電保護(hù)裝置能夠很容易地區(qū)分出線(xiàn)路發(fā)生的是三相短路故障還是兩相短路故障，如果將三相短路故障和兩相短路故障分開(kāi)對(duì)待，電流速斷定值按照線(xiàn)路末端發(fā)生不同故障的最大短路電流來(lái)整定，靈敏度校驗(yàn)按照各自故障的最小短路電流來(lái)校驗(yàn)，形成2套不同的電流定值，就能顯著提高3段式過(guò)流(I、II段)保護(hù)的配合性能。

文獻(xiàn)[14]給出了上述改進(jìn)方法下實(shí)現(xiàn)第n級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)配合所需要的最小饋線(xiàn)長(zhǎng)度:

傳統(tǒng)方法和改進(jìn)方法下4級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)配合所需最小饋線(xiàn)段長(zhǎng)度分別如圖2、3所示，曲面上方為可配置區(qū)域，其中Smax和Smin代表系統(tǒng)最大短路容量和最小短路容量，L代表饋線(xiàn)長(zhǎng)度。

圖2 傳統(tǒng)方法下4級(jí)保護(hù)配合的饋線(xiàn)段臨界長(zhǎng)度Fig.2 Critical lengths of four-level protection under traditional method

圖3 改進(jìn)方法下4級(jí)保護(hù)配合的饋線(xiàn)段臨界長(zhǎng)度Fig.3 Critical lengths of four-level protection under improved method

比較圖2、3可以看出，在系統(tǒng)容量、供電半徑一定時(shí)，按照短路類(lèi)型分開(kāi)的改進(jìn)方法比按照傳統(tǒng)方法整定時(shí)可配置保護(hù)級(jí)數(shù)更多，并且兩相相間短路情況下的速斷保護(hù)范圍大大增加。

1.3 3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式

單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式可實(shí)現(xiàn)主干線(xiàn)上多級(jí)保護(hù)配合，但是分支線(xiàn)(或次分支線(xiàn))故障也會(huì)造成主干線(xiàn)部分停電。3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式綜合了3段式過(guò)流保護(hù)配合和時(shí)間級(jí)差保護(hù)配合的優(yōu)點(diǎn)，其主干線(xiàn)采用3段式過(guò)流保護(hù)配合，分支線(xiàn)與主干線(xiàn)、次分支線(xiàn)(或用戶(hù))與分支線(xiàn)間采用延時(shí)時(shí)間級(jí)差全配合模式或部分配合模式。

2 4種配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式比較

2.1 單純時(shí)間級(jí)差全配合模式

所需延時(shí)時(shí)間級(jí)差:變電站須采用延時(shí)速斷保護(hù)，2級(jí)配合需要1個(gè)延時(shí)時(shí)間級(jí)差，變電站出線(xiàn)斷路器△t1＝△T， 分支斷路器△t0＝0；3級(jí)配合需要2個(gè)延時(shí)時(shí)間級(jí)差，變電站出線(xiàn)斷路器△t2＝2△T， 分支斷路器△t1＝△T；次分支或用戶(hù)斷路器:△t0＝0。變電站出線(xiàn)斷路器最短動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:△T(2級(jí)配合)，2△T(3級(jí)配合)。變電站出線(xiàn)斷路器最長(zhǎng)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:△T(2級(jí)配合)，2△T(3級(jí)配合)。

單純時(shí)間級(jí)差全配合模式的優(yōu)點(diǎn)為兩相相間短路和三相相間短路時(shí)都能全面配合，分支故障不影響主干線(xiàn)，次分支/用戶(hù)故障不影響分支(3級(jí)配合時(shí))，故障停電用戶(hù)少。缺點(diǎn)是變電站須采用延時(shí)速斷保護(hù)。

2.2 單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式

可配合級(jí)數(shù):一般2級(jí)，饋線(xiàn)較長(zhǎng)或?qū)Ь€(xiàn)截面較細(xì)時(shí)也可實(shí)現(xiàn)3級(jí)配合。所需延時(shí)時(shí)間級(jí)差:變電站采用瞬時(shí)速斷保護(hù)和延時(shí)速斷保護(hù)，△t1＝0， △t2＝△T；部分(瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍之外的下游部分)分支/次分支/用戶(hù)開(kāi)關(guān)△t0＝0。變電站出線(xiàn)斷路器最短、最長(zhǎng)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間分別為0、△T。

單純時(shí)間極差部分配合模式的優(yōu)點(diǎn)為變電站可采用瞬時(shí)速斷保護(hù)，分支故障不影響主干線(xiàn)，故障停電用戶(hù)少。缺點(diǎn)為饋線(xiàn)較短或?qū)Ь€(xiàn)截面較粗時(shí)，一般只有少部分區(qū)域兩相相間短路時(shí)才能實(shí)現(xiàn)配合。

2.3 單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式

可配合級(jí)數(shù):n，可根據(jù)式(1)、(2)計(jì)算。所需延時(shí)時(shí)間級(jí)差:總共只需要1個(gè)延時(shí)時(shí)間級(jí)差，I段△tI＝0， Ⅱ段△tⅡ＝△T。變電站出線(xiàn)斷路器最短、最長(zhǎng)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間分別為0、△T。

單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)主干線(xiàn)上多級(jí)保護(hù)配合。缺點(diǎn)是選擇性較差，故障停電用戶(hù)多。

2.4 3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式

可配合級(jí)數(shù):n＋2(全配合方式)，n＋1(部分配合方式)。所需延時(shí)時(shí)間級(jí)差:與2級(jí)全配合延時(shí)時(shí)間級(jí)差混合時(shí)，變電站出線(xiàn)斷路器、主干線(xiàn)斷路器I段△tI＝△T， Ⅱ段△tⅡ＝2△T，分支/次分支/用戶(hù)斷路器△t0＝0；與3級(jí)全配合延時(shí)時(shí)間級(jí)差混合時(shí)，變電站出線(xiàn)斷路器、主干線(xiàn)斷路器I段△tI＝2△T， Ⅱ段△tⅡ＝3△T，分支斷路器△t1＝△T，次分支/用戶(hù)斷路器△t0＝0；與2級(jí)部分配合延時(shí)時(shí)間級(jí)差混合時(shí)，變電站出線(xiàn)斷路器、主干線(xiàn)斷路器I段△tI＝0，Ⅱ段△tⅡ＝△T，部分分支/次分支/用戶(hù)斷路器△t0＝0。變電站出線(xiàn)斷路器最短動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:與2級(jí)全配合方式混合時(shí)為△T；與3級(jí)全配合方式混合時(shí)為2△T；與2級(jí)部分配合方式混合時(shí)為0。變電站出線(xiàn)斷路器最長(zhǎng)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間:與2級(jí)全配合方式混合時(shí)為2△T；與3級(jí)全配合方式混合時(shí)為3△T；與2級(jí)部分配合方式混合時(shí)為△T。

3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式的優(yōu)點(diǎn)是選擇性增強(qiáng)，故障停電用戶(hù)減少。缺點(diǎn)是與全配合方式混合時(shí)降低了變電站出線(xiàn)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作的迅速性；與部分配合方式混合時(shí)只有一部分兩相相間短路故障時(shí)可以提高選擇性。

3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式的選擇原則

在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)上節(jié)所述4種配電網(wǎng)多級(jí)保護(hù)配合模式的特點(diǎn)，合理選用合適的繼電保護(hù)配合模式，可采用如圖4所示的流程，其主要思想如下。

對(duì)于供電半徑短、導(dǎo)線(xiàn)截面粗的城市配電線(xiàn)路，由于沿線(xiàn)短路電流差異小，難以實(shí)現(xiàn)多級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)配合，因此主要采用延時(shí)時(shí)間級(jí)差配合方式實(shí)現(xiàn)線(xiàn)路的多級(jí)保護(hù)配合；對(duì)于供電半徑長(zhǎng)、導(dǎo)線(xiàn)截面細(xì)的農(nóng)村配電線(xiàn)路，可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)配合，根據(jù)需要在可行的情況下，還可以采用3段式過(guò)流保護(hù)配合與延時(shí)時(shí)間級(jí)差配合相結(jié)合的方法進(jìn)一步提高多級(jí)保護(hù)配合的性能。

對(duì)于架空配電線(xiàn)路和架空線(xiàn)路長(zhǎng)度比例較高的電纜架空混合配電線(xiàn)路，在符合《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》(GB/T 14285—2006)對(duì)于僅設(shè)置延時(shí)速斷保護(hù)的要求，并且短路電流水平不是很高且變壓器抗短路能力較強(qiáng)時(shí)，變電站出線(xiàn)斷路器可不設(shè)置瞬時(shí)速斷電流保護(hù)，而設(shè)置具有一定延時(shí)時(shí)間的延時(shí)速斷保護(hù)，其延時(shí)時(shí)間可根據(jù)變壓器抗短路能力和實(shí)際需要設(shè)置。延時(shí)時(shí)間級(jí)差取決于繼電保護(hù)裝置的故障檢測(cè)時(shí)間、保護(hù)出口的驅(qū)動(dòng)時(shí)間和斷路器的動(dòng)作時(shí)間，可以根據(jù)第1.1節(jié)論述的時(shí)間級(jí)差來(lái)設(shè)置。

當(dāng)變電站出線(xiàn)斷路器的I段可以延時(shí)1個(gè)級(jí)差時(shí)，可以采用2級(jí)單純延時(shí)時(shí)間級(jí)差全配合模式，或改進(jìn)的3段式過(guò)流保護(hù)與2級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差全配合的混合模式；當(dāng)變電站出線(xiàn)斷路器的I段可以延時(shí)2個(gè)級(jí)差時(shí)，可以采用3級(jí)單純延時(shí)時(shí)間級(jí)差全配合模式，或改進(jìn)的3段式過(guò)流保護(hù)與3級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差全配合的混合模式。當(dāng)變電站出線(xiàn)斷路器必須設(shè)置瞬時(shí)速斷電流保護(hù)時(shí)，可以采用多級(jí)改進(jìn)的3段式過(guò)流保護(hù)配合模式，或2級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差部分配合模式，若下游分支/用戶(hù)較多時(shí)，為了提高饋線(xiàn)下游開(kāi)關(guān)與主干線(xiàn)開(kāi)關(guān)的可配合范圍，宜采用傳統(tǒng)的3段式過(guò)流保護(hù)與2級(jí)延時(shí)時(shí)間級(jí)差部分配合的混合模式，但是會(huì)減慢主干線(xiàn)上瞬時(shí)速斷保護(hù)范圍之外的饋線(xiàn)段故障切除時(shí)間。

對(duì)于電纜配電線(xiàn)路，由于即使在電纜上發(fā)生兩相相間短路，也會(huì)引發(fā)三相相間短路，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)間級(jí)差部分配合方式，也不能選用單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式和3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差部分配合的混合模式。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置可以配置通信手段(如GPRS、光纖等)并與配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以便調(diào)度員及時(shí)掌握配電網(wǎng)運(yùn)行情況，并在保護(hù)動(dòng)作不正確時(shí)進(jìn)行修正性故障定位和故障處理。

對(duì)于采用繼電保護(hù)配合后仍不能滿(mǎn)足供電可靠性要求的情形，可以建設(shè)適當(dāng)數(shù)量的“三遙”或“兩遙”型配電終端、通信網(wǎng)絡(luò)和配電自動(dòng)化主站，通過(guò)配電自動(dòng)化系統(tǒng)與繼電保護(hù)協(xié)調(diào)配合進(jìn)行故障處理，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的故障定位、隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。

圖4 配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式的選擇流程Fig.4 Selection process of relay protection mode for distribution network

4 實(shí)例分析

圖5為某35 kV變電站一條10 kV農(nóng)網(wǎng)配電線(xiàn)路的輻射狀供電接線(xiàn)圖，導(dǎo)線(xiàn)型號(hào)為L(zhǎng)GJ-150，饋線(xiàn)單位長(zhǎng)度阻抗為(0.21＋j0.372)Ω。圖中，X變至Y中心為主干線(xiàn)，長(zhǎng)度為16 km，其余饋線(xiàn)段均為分支線(xiàn)路，所有分支線(xiàn)路總長(zhǎng)為13 km。A～D為主干線(xiàn)分段斷路器，Ai～Ei為分支/用戶(hù)斷路器。假設(shè)系統(tǒng)最大、最小運(yùn)行方式下的短路容量分別為260 MVA和150 MVA，可靠系數(shù)分別取＝1.3，＝1.1，靈敏度系數(shù)取Ksen＝1.5，β取20%。

圖5 實(shí)例中的1O kV饋線(xiàn)接線(xiàn)圖Fig.5 1O kV feeder wiring diagram in example

根據(jù)繼電保護(hù)的相關(guān)規(guī)程[6-8]，對(duì)于線(xiàn)路短路不會(huì)造成母線(xiàn)電壓低于額定電壓的60%，線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)截面較大，允許帶時(shí)限切除短路，并且過(guò)電流保護(hù)的時(shí)限不大于0.5～0.7 s的情況，可以不裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，而采用延時(shí)電流速斷保護(hù)或過(guò)電流保護(hù)，反之，則必須裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)。為了充分說(shuō)明配電網(wǎng)繼電保護(hù)的配合方法，本文分2種情況進(jìn)行繼電保護(hù)的配置。

(1)變電站出線(xiàn)斷路器配置延時(shí)速斷保護(hù)(情況1)。根據(jù)第3節(jié)選擇原則可知，宜采用3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差全配合的混合模式。采用第1節(jié)所述的方法可以確定主干線(xiàn)可以配置改進(jìn)方法下的4級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)，分別配置在A、B、(C、E)、D，各級(jí)保護(hù)裝置距離母線(xiàn)的饋線(xiàn)長(zhǎng)度分別為0，1.57，5.69，14.42 km，其中，C和E均為第3級(jí)，D為附加級(jí)[14]，其電流定值如表1中情況1所示，第1套定值按照三相短路電流整定，第2套定值按照兩相短路電流整定。

(2)變電站出線(xiàn)斷路器配置瞬時(shí)速斷保護(hù)(情況2)。根據(jù)第3節(jié)選擇原則可知，宜采用3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差部分配合的混合模式，并且為了提高下游分支斷路器的可配合范圍，主干線(xiàn)上3段式過(guò)流保護(hù)采取傳統(tǒng)的整定方法。采用第1節(jié)所述的方法可以確定，主干線(xiàn)可配置傳統(tǒng)方法下的3級(jí)3段式過(guò)流保護(hù)，分別配置在A、B′、(C′、E′)，各級(jí)保護(hù)裝置距離母線(xiàn)的饋線(xiàn)長(zhǎng)度分別為0，2.09，7.96 km，其中，C′和E′均為附加級(jí)[14]，其電流定值如表1中情況2所示。

對(duì)該配電網(wǎng)進(jìn)行短路電流分析可知，各分支處的最小三相短路電流為450 A，最小兩相短路電流為390 A。因此，對(duì)于情況1，可將所有分支斷路器(不包括E)的電流定值均設(shè)置為300 A(三相相間短路)和260 A(兩相相間短路)，延時(shí)時(shí)間為0。對(duì)于情況2，將部分分支斷路器(A1、B2、B3、B4、C1、E1)的電流定值均設(shè)置為260 A，延時(shí)時(shí)間為0，當(dāng)然也可根據(jù)短路電流的不同，差異化設(shè)置各個(gè)分支斷路器的定值。

表1 2種情況下主干線(xiàn)上各級(jí)保護(hù)的電流定值Table 1 Current setting values of multilevel protection on main trunk in two caseskA

注:“/”前表示第1套定值，“/”后表示第2套定值。

5 結(jié) 論

(1)配電網(wǎng)繼電保護(hù)配合模式可分為4種，即單純時(shí)間級(jí)差全配合模式、單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式、單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式和3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式。

(2)單純時(shí)間級(jí)差全配合模式的優(yōu)點(diǎn)是分支故障不影響主干線(xiàn)，次分支/用戶(hù)故障不影響分支。但是變電站須采用延時(shí)速斷保護(hù)。單純時(shí)間級(jí)差部分配合模式的優(yōu)點(diǎn)是變電站可采用瞬時(shí)速斷保護(hù)，且分支故障不影響主干線(xiàn)，但是只有部分饋線(xiàn)能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)配合。單純3段式過(guò)流保護(hù)配合模式的優(yōu)點(diǎn)是變電站可采用瞬時(shí)速斷保護(hù)且可實(shí)現(xiàn)主干線(xiàn)上多級(jí)保護(hù)配合，但是一般只有在饋線(xiàn)供電半徑較長(zhǎng)的農(nóng)網(wǎng)中才能實(shí)現(xiàn)保護(hù)配合。3段式過(guò)流保護(hù)與時(shí)間級(jí)差混合模式較單純3段式電流保護(hù)配合模式的選擇性增強(qiáng)。

(3)實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)4種配電網(wǎng)多級(jí)保護(hù)配合模式的特點(diǎn)，按照第3節(jié)建議的方法合理選用合適的繼電保護(hù)配合模式。

配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置可以配置通信手段與配電自動(dòng)化系統(tǒng)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，對(duì)于采用繼電保護(hù)配合后仍不能滿(mǎn)足供電可靠性要求的情形，可以穿插規(guī)劃一些“三遙”型智能配電終端，通過(guò)繼電保護(hù)與集中智能配電自動(dòng)化協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的故障定位、隔離和健全區(qū)域恢復(fù)供電。

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(編輯：張小飛)

Allocation Model and Selection Principle of Relay Protection for Distribution Network

LIU Jian1，LIU Chao2，ZHANG Xiaoqing1，ZHANG Zhihua1
(1.Shaanxi Electric Power Research Institute，Xi，an 710054，China；2.State Gird Shaanxi Economic Research Institute，Xi，an 710075，China)

To improve the reliability of distribution network，the key technologies of relay protection coordination planning design for distribution systems were investigated.Four modes of relay protection were proposed，such as the only time Delay Full Coordination mode(DFC)，the only time Delay Part Coordination mode(DPC)，the only three Section Current Protection Coordination mode(SCC)and the Hybrid Coordination mode of three Section current protection and time Delay(HSD).The basic principles of the four relay protection coordination modes were described and their characteristics were compared.Then，the selection principles of the coordination modes of relay protection were suggested，which was analyzed through examples.The results show that the proposed multilevel protection coordination modes and the selection method are feasible.

distribution network；relay protection；planning；fault；automation

TM 773

A

1000-7229(2015)11-0024-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.11.004

2015-05-27

2015-08-25

劉健(1967)，男，總工程師，博士，教授，博士生導(dǎo)師，百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)及其自動(dòng)化技術(shù)；

劉超(1990)，男，碩士，助理工程師，主要研究方向?yàn)榕潆娋W(wǎng)繼電保護(hù)；

張小慶(1971)，男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化；

張志華(1987)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化。