计及时间配合和运行方式的配电网保护整定研究

丁健 杨冬梅 马军 汪娇娇

摘要：配电网作为电网必不可少的一环，其安全可靠运行至关重要。配电网运行方式多变，线路广泛分布于城镇与乡村，且很多乡村地处偏远、线路供电半径很长，传统的继电保护整定和配合困难，从而导致时常有误动、拒动等现象发生。因此，提出计及时间配合和运行方式的配电网保护整定研究方案，该方案计及各个保护动作时间的配合和不同的运行方式对配电网保护进行整定，通过算例对方案进行了验证，对继电保护工作人员开展配电网的运行维护工作具有重要的实际意义。

关键词：配电网保护;时间配合;运行方式

0    引言

配电网是电网中至关重要的一环，它直接关系用户用电可靠性，而准确、可靠的配电网保护整定和配置能够有效预防和隔绝故障，是配电网工作人员必须考虑的。

配电网运行方式多变，线路广泛分布于城镇与乡村，且很多乡村地处偏远、线路供电半径很长，传统的继电保护整定和配合困难，从而导致时常有误动、拒动等现象发生。配电网保护整定方法一直都在不断改进与优化。文献[1]对配电网线路继电保护整定计算问题进行了一定的研究。文献[2]提出了综合时间级差配合方式，包括4种配电网多级继电保护配合模式，分别分析了这四种配合模式的特点。文献[3]通过分析继电保护整定计算方法，提出了整定计算中常见的一些问题并给出了解决措施。文献[4]围绕电流速断保护、三相一次的重合闸继电保护、低频减载的供电系统保护、定时限过电流保护、三段式过电流保护五方面对继电保护措施进行了详细论述。文献[5]介绍了根据现场的多年工作经验，总结出了一些针对不同10 kV配电网、考虑不同因素的保護整定方法。

本文针对配电网继电保护现状和偏远城镇与乡村配电网保护的特点，提出计及时间配合和运行方式的配电网保护整定研究方案。

1    配电网保护概述

1.1    线路保护

配电网线路保护一般设置两段式电流保护，即电流速断保护和过电流保护，或者限时速断保护和过电流保护，又或者电流保护和限时速断保护，具体需要根据不同的情况选择相应的保护配置。

1.2    变压器保护

对于电压在10 kV及以下的变压器，针对其内部、套管及引出线的短路故障，根据容量及重要性的不同，装设下列不同的保护作为主保护，并瞬时动作于断开变压器的各侧断路器：容量在10 MVA及以下的变压器，采用电流速断保护;油式变压器≤630 kVA及干式变压器≤1 000 kVA，高压侧采用限流熔断器，具有速断和过流、过负荷保护的功能;油式变压器≥800 kVA及干式变压器≥1250 kVA，高压侧采用断路器柜，设有速断、过流保护、过负荷保护、温度保护、瓦斯（油浸式）保护。

1.3    电容器保护

电容器保护一般设有电流保护、过电压保护、低电压保护、不平衡保护和零序电流保护。

1.4    电抗器保护

电抗器保护一般配置差动保护、电流保护、过负荷保护和零序电流保护。

2    考虑运行方式

继电保护的整定与电网的运行方式息息相关，不同的运行方式对应的电流、电压等参数并不相同，故障时的相应参数也将不同，而实际配电网运行过程中运行方式复杂多变，实时获取运行方式并进行保护整定难以实现，应根据配电网特点合理选择常用或经典的运行方式进行整定，既避免了实时对各运行方式进行保护整定的困难，又能最大限度确保配电网保护整定合理、高效，充分发挥保护效能。常用或经典的运行方式蕴含了正常运行方式、被保护设备相邻的线路或元件检修的正常检修方式、环网布置开环运行中各电网之间的负荷转移。

继电保护工作责任重大，应以电网的安全稳定、可靠运行为前提，但是如果继电保护对某些运行方式无法同时满足其灵敏性、速动性和选择性的要求，此时应当约束此类运行方式。

在考虑运行方式时，应综合考虑如下几个方面：

（1）保持电力网络中每个变电站各变压器中性点接地方式相对稳定。

（2）防止在同一个厂站母线上同时断开两个及多个所连接的运行设备（线路、变压器），当两个厂站的母线之间电气距离相隔比较近时，也要防止同时断开两个及多个运行设备。

（3）在电网的部分点位上以及与主网相连的有电源的片区电网中，应建立适当的解列点，这样方便采取有效的解列措施，以保证主网的安全和片区电网重要用户供电。

（4）尽量防止采用多级串供的终端运行方式。

（5）防止采用不相同电压等级的电磁环网运行方式。

（6）禁止平行双回线的双T接变压器并列运行。

3    计及时间配合和运行方式的配电网保护方案

配电网多数地处城镇和乡村，而很多乡村地处偏远、线路供电半径很长，保护级数较多，传统的继电保护整定和配合困难，而对线路保护设备采用电流保护功能开关的整定与电压—时间型功能开关组合的整定组合的形式进行配电网保护的整定，可以解决以上问题。

3.1    电流保护功能开关的整定

若线路保护设备为断路器，则对其进行电流保护功能的整定。

传统的时间配合都是从线路末级开始逐级往线路首端配合，这样会导致多级配合的时候到站内首端的时间很长，不符合站内时间的整定需要。因此本文从站内线路首端逐级往线路末端进行时间配合，并对一些线路保护设备进行电压—时间型功能的整定（3.2讲述），而不进行电流保护功能的整定，这样就减少了时间配合的级数，使时间配合更简便实用。

例如，对于定时限过流保护，断路器从站内馈线开关保护开始往站外线路末端逐级配合，站内定时限过流动作时间作为第一级保护，以至少0.15 s的级差往站外线路末端逐级配合。

3.2    电压—时间型功能开关的整定

若线路保护设备为负荷开关，实际运行时则退出其自动化终端的故障保护跳闸功能，而将进行对电压—时间型功能开关的整定。

3.2.1    电压—时间型开关的工作原理

电压—时间型开关的工作原理[6]是通过X、Y、Z的时间配合来隔离故障区域，下面以图1为例进行说明。

当1点发生短路故障时，站内断路器跳闸，开关A、B分闸，站内开关第一次重合闸，来电后开关A、B分别经各自的X时间（40 s、7 s）关合，关合的同时启动Y计时，若1点为瞬时性故障，B合闸后，系统正常运行，若1点为永久性故障，开关B在判定合闸到故障线路后，分闸闭锁，站内断路器再次跳闸，进行第二次重合闸，因开关B分闸闭锁，从而故障区域被隔离，其他区域正常运行。

3.2.2    电压—时间型开关的时间设置

Tx：负荷开关的关合延时时间（X时间）。处于线路分段位置的负荷开关，在分闸状态下，单侧来电后关合的延时时间。

整定原则：

（1）变电站或开关站馈线开关第1台负荷开关合闸时间Tx整定为40 s（合闸时间与变电站出线开关配合，时间=站内馈线开关重合时间+开关固有合闸时间+储能时间+充电时间）。第2台及以后的负荷开关Tx整定为7 s。

（2）在较长分支线断路器后段安装的负荷开关：

第1条分支线（靠近变电站出线开关为第1条，以此类推）的第1台负荷开关Tx应整定为支主干线上安装的所有负荷开关的Tx定值之和减去本条支线T接点前段所有负荷开关Tx定值再加7 s。该支线第2台及以后负荷开关定值均整定为7 s。

第2条分支线的第1台负荷开关Tx应整定为第1条分支线安装的所有负荷开关的Tx定值之和减去第1条分支线T接点与第2条分支线T接点之间所有负荷开关Tx定值再加7 s。该支线第2台及以后负荷开关定值均整定为7 s。

以此类推，第X条分支线的第1台负荷开关定值应整定为第X-1条分支线安装的所有负荷开关的Tx定值之和减去第X-1条分支线T接点与第X条分支线T接点之间所有负荷开关Tx定值再加7 s。第X条分支线第2台及以后负荷开关定值均整定为7 s。

较长分支线的负荷开关均安装在分支线断路器之后，按上述原则整定各分支线第一台负荷开关的Tx值之后，应同时校验不小于40 s的要求;小于40 s的，直接取40 s。

Ty：负荷开关关合确认时间（Y时间）。负荷开关关合后，在Ty时间里判断是否合闸到故障线段，若合闸后在Y时间内低压或过流元件启动，则判定合闸到故障线段，分闸并闭锁合闸，以保持分位状态。若合闸后Y时间内低压或过流元件不启动，则判定合闸到非故障线段，闭锁分闸以保持合位状态。Ty时间整定为5 s。

Tz：分闸延时时间（Z时间）。负荷开关失压后，分闸的延时。上级电源线路发生瞬时性故障跳闸后重合使变电站短时失压时，为避免负荷开关失电分闸，失电分闸延时整定为3.5 s。

Tll：联络开关合闸时间。考虑未退联络开关功能时进行线路操作或检修，因联络开关自动合闸而可能发生误送电风险，根据地区情况可退出联络开关合闸功能。

4    算例验证

4.1    算例实施

以图2为例对时间定值设置进行说明。

图2为茂名配网保护线路单线图原图，此原图为一个svg文件，通过使用dom解析svg图内信息，再截取所需信息进行整理，根据整理后信息重新生成一个新的svg图文件，这样得到的新的svg图文件即为图3。在图3中，对原svg图文件进行解析及标识后，圆点表示为负荷开关，矩形表示为断路器，这样便得到一个对于配网单线图的简化图，通过此简化图，便可对其进行电流保护和电压—时间保护的整定。

已知站内F01定值如表1所示。

F02、F03、F04作为配置电流保护的断路器，其时间以级差方式逐级递减。

F02、F03（作为同级开关）：

电流速断保护定值时间：0.3-0.15=0.15 s;

定时限过流保护定值时间：0.7-0.2=0.5 s;

零序过流保护定值时间：0.8-0.2=0.6 s;

重合闸时间：5 s。

F04：

电流速断保护定值时间：0.15-0.15=0 s;

定时限过流保护定值时间：0.5-0.2=0.3 s;

零序過流保护定值时间：0.6-0.2=0.4 s;

重合闸时间：5 s。

A、B、C、D、E、F作为电压—时间型开关，按照3.2的设置原则进行设置。

Y时间取5 s，Z时间取3.5 s。

电压—时间型开关时间如表2所示

失压定值：25%额定电压值=88 kV;

有压定值：80%额定电压值=176 kV。

4.2    算例分析

传统的配电网线路纯电流保护功能开关的整定，如果线路供电半径很长、保护级数较多，将导致上下级配合困难甚至无法配合，从而出现保护误动或拒动等现象。通过算例实施可以看出，相比传统的整定方式，本文算例所述对线路保护设备采用电流保护功能开关的整定与电压—时间型功能开关的整定组合的整定形式很好地解决了这个问题，使配电网保护的整定更为合理与实用。

5    结语

配电网保护整定的合理性和准确性关乎用户的可靠用电乃至整个电网的安全可靠运行。本文针对配电网保护的现状和特点，提出计及时间配合和运行方式的配电网保护整定研究，概述了配电网保护的类型，介绍了常用运行方式选择的事项，并对计及时间配合和运行方式的配电网保护整定方案进行了叙述，最后通过算例验证了本文所提方案的合理性，对配电网保护整定领域具有一定的借鉴和参考意义。

[参考文献]

[1] 于喆.配电线路继电保护整定计算问题探究[J].黑龙江科技信息，2011（27）：29.

[2] 刘健，刘超，张小庆，等.配电网多级继电保护配合的关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2015，43（9）：35-41.

[3] 陶文彬.配网线路继电保护整定计算问题及措施[J].低碳世界，2017（34）：51-52.

[4] 田海峰.探究35 kV及以下配网供电系统的继电保护[J].中国标准化，2017（18）：253-254.

[5] 崔其会，薄纯杰，李文亮，等.10 kV配电线路保护定值的整定探讨[J].供用电，2009，26（6）：32-34.

[6] 陈勇，海涛.电压型馈线自动化系统[J].电网技术，1999，23（7）：31-33.

收稿日期：2020-01-14

作者简介：丁健（1989—），男，广东高州人，工程师，研究方向：继电保护。