配电自动化与继电保护配合策略研究

黄东海

摘 要：文章主要论述了配电自动化与继电保护配合的可行性，主要对电流速断保护情况下的配合级差进行了主要分析，给出了配置原则，最后对处理多级级差配合条件、接入分布式电源所带来的影响进行了讨论。对配电自动化与继电保护配合进行研究，结果：配合策略是可行的，不会对分支产生影响，也不会对主干线产生影响，安装电流速断保护装置，也依然存在级差配合条件，协调配合配电自动化与继电保护，能够促进故障处理能力的提升。

关键词：继电保护；配电自动化；故障定位；分布式接入电源；配电网

中图分类号：TM77 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0042-02

1 配电网分层次进行保护

1.1 针对电网的分级保护措施实行的可行性分析

从配电线路来看，农村和城市的配电方式之间存在很大的不同，因为这种线路的不合理导致了当线路出现问题或发生意外时不能有效地进行补救。农村配电线路的特征是线路较长且分级不多，因此，当出现线路故障时前面位置的开关可能会出现短路的现象，针对上述问题我们可以采用多级保护的方式对电力定值和延时级差之间进行合理有效地配合来解决。城镇与农村配电方式不同的地方在于其分级明显并且数量多，因此，对电流值的控制不容易把控。针对这种特点地配电方式当出现意外情况时可以根据实际情况，有针对性的对其网络进行排除故障处理。采用多级级差保护配合的方式实现电网的保护其原理是：将变电站的出线和馈线的开关，根据不同的要求设定不同的动作延长时间从而实现保护。在中国，之所以将所有的变压器，其低压值设定了最短时间为0.5秒的电流保护动作时间，其目的在于当发生跳闸现象时，可以有效避免线路因短路而对电力系统带来的危险。利用这个时间差，既可以保护线路的正常工作，又可以满足保护配合。

1.2 三级级差保护配合的可行性分析

在科技创新引领世界前进的步伐中，开关技术，重点是永磁操动机构和无触点驱动技术深入研究和进步，一定意义上促进其取得了显著的成效，在很大程度上降低了过流保护所花费的时间。其中对永动操动机构的研究起到了重要作用，通过改变其工作参数从而减少了线路分闸驱动的时间，进而有利于即时对配电网中出现的问题进行及早判断，目前已经实现了将一次故障处理时间控制在30ms。为了在故障出现的时候有足够的时间可以对其进行处理，尽量增加变压器的低压侧的级差。如果想要预留225ms的时间级差，充分考虑到开关间的延时问题，因此把出线开关设定在±275ms而上级的馈线开关设定在±125ms就可实现。

2 多级级差保护的配置要求

首先主干馈线所使用的开关都应该选择负荷类型，各分支开关之间应该配合断路器；其次瞬时电流速断保护一般在出线开关处使用，这需要根据实际情况酌情考虑；最后，如果用户断路器区域具备多级级差保护配合条件，按照躲开下游最大负荷来设置电流定值，或者是通过励磁涌流来设置电流定值。采用多级级差保护配置，有以下几大优势：第一，当故障发生在用户或者是分支上，相应的分支就会跳闸，变电站出现开关正常，避免全部停电，有利于减少停电用户数；不会产生越级跳闸现象。一般情况下出现跳闸现象时的处理都比较简单快速并且不需要花费太多的时间；选择负荷开关设置在主干线，这样成本费用较少。

3 配电网配合继电保护的故障处理

继电保护在配网中应用的原理主要是通过变电站出线开关的重合器与馈线上其他分段开关配合实现的。其中就包括重合器与主干线电压-时间型负荷开关配合、重合器与主干线电压-电流-时间型负荷开关配合、重合器与分支断路器开关配合。

重合器与主干线电压-时间型负荷开关配合：配电网发生故障时，变电站出口断路器重合以及线路上其他分段开关全线失压分闸，重合器经过一定延时发生第一次重合闸，线路各开关分别延时合闸，一直合闸到故障发生处时，重合器与线路上其他开关再次全线失压分闸，此时在故障处附近的开关由于延时未到设定时间而进行闭锁分闸，从此把故障后半段隔离，当重合器经过一定延时第二次重合闸时，恢复非故障线路供电。

重合器与主干线电压-电流-时间型负荷开关配合：配电网发生故障时，电站出口断路器重合器分闸，此时在故障前面的开关，因为同时检测到开关失压和过流，即失压和过流各计数为1，因此分闸。在故障后面的开关，因为仅是检测到失压而没有过流，即失压计数为1，过流计数为0，则该开关不分闸。重合器经过一定延时发生第一次重合闸，故障前面的开关失压和过流各计数为2，分闸。故障后面的开关失压计数为1，分闸。重合器经过一定延时发生第二次重合闸，靠近故障处，且在线路前面的开关，因为通电时间未达到要求而闭锁分闸；靠近故障处，且在线路后面的开关，因为检测到残压而闭锁分闸，由此将故障区间隔离。重合器经过一定延时发生第三次重合闸时，对非故障区域进行恢复供电。

重合器与分支断路器开关配合：当线路支线发生故障（接地故障）时，分支前面的主线开关，以及分支开关均流过故障电流，并根据暂态算法算出接地故障就在分支线后端，并产生记忆；重合器经过一定延时第一次重合闸，主干线上其他开关因为无故障记忆，全部延时合闸，而分支开关再次流过故障电流时，发生零序电压突变，直接分闸闭锁，故障隔离；重合器经过一定延时第二次重合闸，对非故障区域进行恢复供电。

根据保护配置的相关要求主干线必须安装保护器，如果不安装保护器，会导致变电站出线断路器的保护动作发生跳闸现象，以及无法与线路上其他开关进行电压、电流和时间上的配合。同时继电保护需要根据所获得的故障信息，由配电自动化系统对其进行判断，使用遥控开关动作来处理故障，恢复区域供电。

4 采用分布式电源接入对配合方案的作用效果

一旦分布式电源接入了电路中可能会出现一些意想不到的效果，我们无从估量，所以针对分布式电源接入对配合方案的作用效果需要进行分析。考慮大一个事实就是没有瞬时电流速断保护馈线的话，会使得多级级差保护配合的原则变得很简单，实现配合方案，主要是通过变电站出线开关、分支或用户开关过电流保护延长动作时间，如果在馈线的母线上接入分布式电源，并且故障发生在馈线母线上，那么提供分布式电源则会增加电流，有利于过电流保护灵敏度的提升，有利于保护动作。如果在馈线的本线上接入分布式电源，有助于保护下游开关的过电流现象发生，避免下游发生问题时由于流过上游开关时，短路电流会有所减小，但是电流保护动作的灵敏程度一般，加之分布式电源容量不是很大。因此，馈线如果不安装瞬时电流速断保护，即使没有安装分布式电源也不会对多级级差保护的配合关系造成影响。

当馈线设置了瞬时电流速断保护并且母线相邻的馈线上有分布式电源，那么如果在该馈线上出现了意外状况，那么此时的电路保护范围会不断的增加，以此對电路的下游部分也起到保护作用，这样就会造成跳闸现象的发生。增大跳闸的可能。

如果本馈线上接入分布式电源，不会对瞬时电流速断保护产生影响，当分布式电源的下端发生了意外，变电站的出现开关短路电流会慢慢减小，进而将电流速断保护电路的区域减小，这是非常有利于下游部分开关之间的多级级差保护配合、变电站出线开关多级级差保护配合。一旦接入了分布式电源，不论在馈线上有没有设置瞬时电流速装置，当发生短路情况时，其反相电流会影响过流保护误动，从而对多级级差保护产生破坏，因此，在必要的情况下，要考虑是否装置方向元件。

5 结束语

综上所述，通过分析配电自动化与继电保护配合策略，并对其进行研究，我们可以得到以下结论：（1）发生故障的原因大多都是因为馈线之间的短路所引起的，即使瞬时电流速断保护装置于变电站出现断路器上，对于这种状况，即时某些地方的馈线无法实现多级级差保护配合，也无法达到配合条件，提高配电自动化处理故障的能力，继电保护器仍可以实现配合条件。（2）如果馈线没有装置瞬时电流速断保护，接入分布式电源，不会对多级级差保护的配合关系产生破坏性。如果馈线装置了瞬时电流保护，而接入的分布式电源是从母线相邻馈线部分接入的，那么则会使得瞬时电流速断保护的区域范围扩大，多级级差保护配合的区域范围则会相应减小。（3）如果发生在附近的馈线中，那么为了降低发生分布式电源产生的反向故障电流的情况出现概率，减小出现过流保护误动的情况发生，配置方向元件需要选择性的进行。

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