配电网串供线路继电保护整定原则研究

曹 媛

（天津大学）

0 引言

现行配电网线路过电流保护的整定计算原则按选择性优先的原则逐级配合进行，造成变电站侧保护动作时限过长，严重威胁主设备安全。需要对10kV／35kV系统多级串供线路的继电保护整定原则进行优化，适当减少配合级数，兼顾故障选择性和主设备耐受能力。

1 整定规程的有关规定解析

10kV／35kV系统故障不涉及到系统稳定问题，按照供电可靠性和主设备安全的原则，优先考虑选择性，兼顾速动性。

10kV系统通常配备三段式过流保护，即电流速断保护、延时电流速断保护、过电流保护。DL／T584—2007《3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》有如下规定。

1.1 电流速断保护

电流速断保护应按躲过本线路末端最大三相短路电流整定，校核被保护线路出口短路的灵敏系数，时间定值整定为0s。

按躲线末最大三相短路电流整定：

1.2 电流速断保护

延时电流速断保护的电流定值应对本线路末端故障有规定的灵敏系数，还应与相邻线路保护的测量元件定值配合，时间定值按配合关系整定，级差取△t＝0.3～0.5s。则：

式中，I′DZ为下一级速断保护定值。

按保本线路末端故障时有规定的灵敏度整定：

式中，Imin为本线路末端故障时最小故障电流；KLM为灵敏度，KLM≥1.3。

1.3 过电流保护

过电流保护定值应与相邻线路的延时段保护或过电流保护配合整定，同时，电流定值还应躲过最大负荷电流。

躲过最大负荷电流为：

式中，KF为返回系数，取0.85～0.95；Kzqd为电动机自起动系数，取1.5～2.5；IFH.max为本线路的最大负荷电流。

1.4 重合闸

整定规程关于重合闸的使用原则：全线敷设电缆的线路，由于电缆故障多为永久性故障，不宜采用重合闸。含有少部分电缆、以架空线路为主的联络线路，当供电可靠性需要时，可以采用重合闸。

2 典型电网的两段整定原则的主要问题

大部分电网在220kV变电站10kV／35kV出线串供开闭所形成的保护定值整定中，依据整定规程的选择性原则，优先考虑供电可靠性，尽量减少故障停电范围。一般都要考虑与下级出线配合，不要求变电站出线全线0s速动。

普遍采用了简化的两段式整定原则，其中部分电网放弃了保出口故障的0s电流速断段保护，原因是躲下一级线路出口故障对本线出口没有灵敏度，有的出于简化配合的考虑，放弃了延时速断段保护。

对于串供开闭所的变电站出线开关，保全线故障有灵敏度的保护动作时限典型值：0.5～0.8s，0.3～0.8s，0.3～0.6s，0.3s。

如存在个别一次主设备抗短路能力不足的问题，由主设备管理部门依据设备状况提出保主设备的特殊要求，与调度部门共同协商保护的整定原则，但这种情况实际运行中鲜有发生。有的电网基于220kV主变设备安全的考虑，在220kV主变的10kV／35kV出线保护整定中统一设置了对线路出口故障有灵敏度的0s速断保护，在短线路情况下会失去保护定值的选择性。

一般电网10kV出线重合闸的使用原则优先考虑保供电可靠性，除了全电缆线路停用重合闸外，架空、架空／电缆混合线路均投入重合闸；有的电网架空线路重合闸投入，全电缆线路或架空／电缆混合线路重合闸不投。有的电网10kV／35kV出线电缆占比超过20%即停用重合闸，220kV变电站的10kV／35kV出线断路器重合闸退出，防止永久性故障再次对主变造成冲击。

综合所述，典型电网遵循了整定规程的选择性要求，部分电网变电站出线因灵敏度难以保证而放弃了0s速断段保护，对本线路末端故障有灵敏度的保护动作时间在0.3～0.8s之间不等。个别电网“出口故障有灵敏度的0s速断保护”突破了整定规程规定的选择性要求，也未采用重合闸进行补救的措施。

3 部分电网三段式整定原则的局限性

部分电网对串供开闭所的220kV变电站10kV出线的整定原则如下。

方案1：设三段过流保护。电流速断保护定值整定为主变低压侧额定电流的4.5～5倍（设备管理部门要求），时间0s，不考虑与开闭所出线配合；限时速断保护保全线灵敏度，时间0.3～0.5s；过流保护按躲负荷电流考虑，时间1.0s。

方案2：设三段过流保护。电流速断保护躲本线路末端故障，时间0s（如该定值对线路出口没有灵敏度，则与开闭所线路速断保护配合，时间0.3～0.5s）；限时速断保护保全线灵敏度，时间与开闭所线路保护配合；过流保护对开闭所线路保远后备灵敏度，时间与开闭所线路三段配合。

方案3：设三段过流保护。电流速断保护躲线路末端故障，同时校验线路出口有灵敏度，时间0s（如取值太大不能保证出口灵敏度，按保出口灵敏度整定，定值伸入下一级线路）；限时速断保护保全线灵敏度，时间0.3～0.5s；过流保护按躲负荷电流考虑，时间与下级保护配合。

方案4与方案3类似，原来电流速断保护伸入开闭所线路，速断保护短延时0.1s的定值。

方案2整定原则按照整定规程的选择性要求执行，其他方案部分10kV短线路速断保护伸入开闭所、跳闸时间与开闭所保护失配的问题，带来的后果是在某些方式下开闭所出线故障，上一级线路保护越级跳闸，开闭所母线所带负荷全停，降低了供电可靠性。虽然采取了提前告知用户停电风险、靠上级线路重合闸补救等措施，但直接影响了对用户的优质服务。

受电网部分主变抗短路能力较差的影响，部分电网在整定计算时过分追求快速切除主变低压侧近端故障，在某些电网结构及运行方式下牺牲了保护的选择性。随着电网越来越坚强，主变、CT、刀闸等设备热稳定电流均在2～4s的技术要求的落实，需要纠正部分整定原则。

方案2的整定原则符合整定规程，其他方案保变电站线路出口灵敏度的0s（0.1s）突破了整定规程的选择性要求。

4 继电保护动作时间与变压器抗耐受短路电流的适应性

电网短路故障的切除依赖继电保护，在主网中继电保护的动作时限主要是系统稳定运行的约束，在10kV／35kV系统的动作时间应该是故障选择性和主设备安全的约束。变压器等主设备应该具备基本的承受短路能力，继电保护应在满足选择性的前提下，在主设备允许的短路时间内切除故障。

GB1094.5《电力变压器》规定，用于计算承受短路耐热能力的电流I的持续时间为2s。国网公司招标技术规范规定CT、刀闸等设备热稳定电流持续时间为4s。GB／17468—2008《电力变压器选用导则》规定，变压器短路试验中应进行三次重合闸试验，重合闸的时间间隔为0.3s。《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》规定：当短路电流大于变压器热稳定电流时，变压器保护切除故障的时间不宜大于2s。

5 优化的三段式整定方案

对于220kV变电站10kV／35kV出线串供线路的保护定值整定，遵照现行整定规程的规定，按上下级配合的原则，保障供电可靠性、避免故障扩大停电范围。对于个别220kV变电站设备抗短路能力不足的情况，继电保护采取临时措施作为弥补。优化方案如下：

1）10kV线路按三段式过流保护配置和整定：速断段、限时速断段、过流段。速断段电流值躲本线路末端故障整定，正常方式下对线路出口故障灵敏度大于1.0的，应投入。

2）按照整定规程的要求保证定值的选择性，以保障用户的供电可靠性。时间级差取整定规程规定级差（0.3～0.5s）的下限0.3s。多级串供情况下适当减少配合级数，缩短变电站出线保护动作时限。

3）220kV主变低压后备保护跳三侧延时应不大于1.9s，确保2s内切除主变低压侧故障。

4）为提高供电可靠性，变电站出线、开闭所出线为全电缆线路的重合闸不投；架空线路、架空／电缆混合线路的重合闸投入。

5）对于存在抗短路能力不足的220kV主变及附属设备，低压出线保护按保主设备安全的要求整定。若保护定值失去选择性，应停用下级失配线路的重合闸，用上级线路的重合闸补救越级掉闸。该原则在某些情况下将扩大故障停电范围，重合闸补救成功后可恢复绝大部分负荷。

6 结束语

配电网串供线路继电保护的整定，对于保障供电可靠性和主设备安全至关重要。应该兼顾选择性与速动性，多级串供情况下适当减少配合级数，以缩短变电站出线保护动作时限，不得长于主变设备的热稳定时间极限。若保护定值失去选择性，应停用下级失配线路的重合闸，用上级线路的重合闸补救越级掉闸。