基于 Web的多级电网继电保护自适应整定及信息管理系统

李德龙

[摘 要]为了更好地进行配电网继电保护配合设计，推导了实现多级3段式过流保护配合所需要的条件，提出一种区分两相短路和三相短路故障配置差异化定值的改进方法。以环状配电网为例，探讨了相互联络的配电网多级3段式过流保护的配置方法。在此基础上，综合时间级差配合方式，提出了4种配电网多级继电保护配合模式，分别分析了其特点。

[关键词]配电网 多级继电保护 配合 关键技术

中图分类号：D190 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）07-0071-01

引言

配电自动化是电网不可缺少的部分。对于提高供电可靠性及能力具有非常重要的意义。配电自动化的中心内容是配电故障的及时处理，大量文献报道中有其理论方法介绍，但是实际问题仍需在工程中解决。电力企业把断路器作为馈线开关，希望在出现故障时，故障附近区域相邻最近的断路器能够第一时间跳闸切断故障电流，尽量避免对整条线路的影响。但是，在运用中，故障发生后，多数由于各级开关保护之间配合出现这样或者那样的问题，造成越级跳闸和多级跳闸等现象，并且难以区别永久性故障和瞬时性故障。有些单位采用负荷开关作为馈线开关，多级跳闸问题是解决了，永久性故障和瞬时性故障判别有了依据，但是，馈线的任意位置出现故障全线路都会停电，用户停电现象重复出现。即使馈线主干线大都采用电缆化和绝缘化材料，主干线出现故障的可能性减少，用户支线出现故障的频率增加。因此，一些电力用户支线处配置了具有过电流跳闸功能的开关，实现了用户侧故障隔离，切除与主干线路的电气联系。每个配电开关之间保护与配网自动化之间配合是解决以上问题的关键。

1 基于三段式过流保护配合的馈线长度分析

由于三段式过流保护III段电流定值不需考虑上下级之间的配合关系，而只需在动作时限上进行配合，因此本文主要基于I、II段保护配合的灵敏度及选择性要求，分析馈线长度与其可实现的三段式过流保护配合级数的关系。

1.1 传统三段式过流保护配合的馈线长度分析

对于配电线路，假设其能实现n级保护配合，也即可以沿线布置n套3段式过流保护装置，将整条馈线分为n个馈线段。将由各级3段式过流保护装置连接构成的路径称为该馈线的保护路径。

用ln（l0=0）表示在保护路径上第n个馈线段的末端到变电站10kV母线的长度，其等效阻抗为nZ；用nl？表示在保护路径上第n级保护装置的瞬时速断保护范围的末端到母线的长度，其等效阻抗为nZ。设系统最大方式和最小方式下的系统阻抗分别为Xs.min和Xs.max（10kV侧系统阻抗主要是电抗），根据《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》（DL/T584-2007），为了满足可靠配合的要求，第n-1级延时速断保护（II段）的范围小于第n级瞬时电流速断保护（I段）的范围，且必须满足灵敏度Ksen要求。

1.2 基于差异化定值改进方法的馈线长度分析

传统的三段式电流保护定值是不区分短路类型的，其I段定值按照线路末端三相短路电流整定，当线路发生两相相间短路时，可能没有保护范围，这对于线路的可靠保护是不利的，特别是在架空线的配电网，大多数情况下发生的都是两相相间短路故障。实际上，继电保护装置能够很容易区分出线路发生的是三相短路还是两相短路，如果将三相短路和两相短路分开对待，电流速断定值按照线路末端发生不同故障的最大短路电流来整定，灵敏度校验按照各自故障的最小短路电流来校验，形成2套不同的电流定值。那么，在线路发生两相短路时，保护范围就会比传统的整定方法大很多，能大大地提高线路保护的可靠性。

在系统容量、供电半径一定时，按照短路类型分开的改进整定方法比按照传统方法整定时可配置保护级数更多，并且两相相间短路情况下的速断保护范围大大增加。

2 多级3段式过流保护的配置

对于辐射状线路的网络，保护配置比较简单，只需比较供电半径与ln的大小，就可以确定保护级数。对于对侧有联络线路的多供电途径配电网架，配置时，需综合考虑联络开关合闸（即由一侧馈线转带对侧馈线负荷）的运行方式来确定保护级数。例如，对于“手拉手”环状配电线路，在实现多级保护时需要考虑到在非正常运行状态下，联络开关闭合，由一侧馈线转带另一侧馈线负荷时被转带侧馈线的保护配合问题。因为联络开关合闸后，被转带侧馈线的潮流方向发生了改变，也即沿线开关的上下游关系发生了变化，原来整定好的电流定值不再适用。

针对上述问题，需要给“手拉手”环状配电线路加装功率方向元件以实现多级保护配合，具体配置为：为每台继电保护装置均配置故障功率方向元件，并根据故障功率方向的差异设置两套整定值，与正常运行方式一致的定值称为“正向定值”，与正常运行方式相反的定值称为“反向定值”。根据上述原则确定两个方向的保护级数，对于不需要反向保护的保护装置，闭锁其反向保护即可。

3 配电网多级保护配合模式

配电网多级继电保护配合方法有3段式过流保护配合法和延时时间级差配合法两种，根据对这两种方法配置的差异，可以形成4种配置模式，各种配合模式的可配合级数、变电站出线断路器最短动作时间tmin.s和最长动作时间tmax.s。

3.1 模式1

单纯3段式过流保护配合模式，即采用3段式过流保护的I、II段配合进行线路保护。由于该模式需要依靠电流定值之间的差异，优点是可以实现主干线上的多级保护配合，但当分支线或用户故障，主干线上保护动作，故缺点是选择性较差，故障停电用户数多。

3.2 模式2

单纯延时时间级差全配合模式，即采用3段式过流保护的III段进行线路保护。由于该模式只需设置不同的延时时间就可以实现保护配合，优点是两相相间短路和三相相间短路时都能全面配合，分支故障不影响主干线，次分支用户故障不影响分支（3级配合时），故障停电用户少。但是因为变电站出线断路器不配置I段保护，对于必须瞬时切除故障的网络不适用。

3.3 模式3

单纯延时时间级差部分配合模式，即变电站出线断路器采用I、III（或II段）段保护，部分分支线采用III段保护，分支线III段保护与变电站出线断路器III（或II段）段保护配合。该模式优点是变电站出线断路器配置有I段保护，可瞬时切除近端故障，且分支故障不影响主干线。缺点是当馈线较短或导线截面较粗时，部分上游分支故障会造成越级跳闸，一般只有在一部分两相相间短路时才能实现配合。

3.4 模式4

3段式过流保护与延时时间级差混合模式，即主干线采用I、II保护，分支线和次分支采用III段保护，当I段可延时时，主干线I段与分支线III段及次分支III段之间依靠时间级差配合；当I段不能延时时，主干线II段与部分（I段保护范围之外）分支线III段及次分支III段之间依靠时间级差配合。具体包括与3级或2级全配合延时时间级差混合模式，与2级部分配合延时时间级差混合模式。由于该模式将3段式过流保护配合法与延时时间级差配合法综合起来，优点是选择性增强，主干线与分支线故障各不影响，故障停电用户减少。缺点是与全配合方式混合时降低了变电站出线开关动作的迅速性；与部分配合方式混合时只有一部分两相相间短路故障时可以提高选择性。

结语

综上所述，对于供电半径较长的配电线路，沿线短路电流水平差异较明显时，可以实现多级3段式过流保护配合。区分三相短路与两相短路的定值差异化整定的改进方法，能够改善传统整定方法在发生两相短路故障时灵敏度下降并且保护范围不足的问题。所得出的实现多级3段式过流保护配合所需要的条件和配置方法，是保护配合设计的依据。配电网多级继电保护配合可以分为4种模式，文中分析了其特点，给出了配置方式和原则。

参考文献

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