级差保护配电网自愈应用研究

陈 杰 ，蓝海森 ，周 旭 ，麦耀光

（1. 贵州电网有限责任公司六盘水钟山供电局，贵州 六盘水 553000; 2. 广东电网有限责任公司东莞长安供电局，广东 长安 523851; 3. 贵州电网有限责任公司毕节供电局，贵州 毕节 551700）

1 级差式电流保护工作原理

设备的过电流保护就是当电流超过预定最大值时，使保护装置动作并在设定的时间内断开电源的一种保护方式。当流过被保护原件中的电流超过预先整定的某个数值时，保护装置启动，并在预设时限内发出动作指令，使断路器跳闸并给出相应的报警信号，以此达到保护电网重要设备的目的，同时告知用户故障相关信息，以便查找故障。

级差电流保护主要分为一段过电流保护（又称为速断保护）、二段过电流保护、三段过电流保护。一段过电流保护，保护距离最小，跳闸时间最短，整定值是按大于被保护线路末端最大的短路电流的原则来整定；二段过电流保护，目的是为了弥补第一段保护的缺陷，延长了第一段电流保护的范围，保护范围较第一段更长更大一些，动作时限更长一点；三段过电流保护，保护范围较大，通常作为本线路的近后备保护以及作为相邻下一线路的远后备保护，动作延时按阶梯形时限配合原则来确定。

2 级差式电流保在自愈系统中的应用

2.1 级差保护逻辑

级差式保护功能（简称级差保护）：主要包括多段式过流保护、零序保护、重合闸等功能，当配电网一次设备发生故障时保护设备自身能动作于故障告警或断路器跳闸实现就地隔离故障。

当线路发生故障时，临近前端断路器检测到故障信号，发出告警并执行跳闸，而前一个断路器能检测到告警但不跳闸动（如图1所示），故障后端断路器不动作，也不告警。

图1 级差保护示例

2.2 级差保护定值整定

定值设定须要根据设备状况，线路长度、截面、负荷情况等参数进行计算，同时满足各段时限的匹配，以图1为例，我们将CB断路器过流I段跳闸时间定值设定为0.3 s，跳闸电流为3000 A，过渡II段时间定值设定为0.7 s，跳闸电流为720 A，零序保护时间定值设定为0.7 s，跳闸电流为60 A，重合闸保护时间为5 s。其他断路器定值如图2所示。

图2 级差保护定值整定示例

2.3 级差自愈过程

在级差保护投入后，有多种情景可能，下面对其中3类进行模拟分析。

当永久性故障出现在前端时，前端就近断路器跳闸动作，重合闸不成功，断路器发出保护告警信号，主站经过分析判断，确定故障发生在CB～A1之间，于是做出自愈决策，断开A1开关，合上环网开关FB即可实现自愈功能（如图3所示）。

图3 级差保护自愈示例A

当永久性故障出现在A2-A3时，CB跳闸且重合失败，开关分位且有保护告警信号，主站自愈启动，根据A1-A5开关的告警情况，判断故障范围为A3-A4区域，主站自愈隔离策略动作：

遥分A3、A4开关，故障隔离成功，遥合FB开关，故障点下游恢复供电；当值调度员根据主站自愈策略故障区域及隔离信息，人工遥控合上站内CB开关恢复故障点上游供电（如图4所示）。

图4 级差保护自愈示例B

当永久性故障出现在A4-A5区域，A1-A4发保护告警信号，A5无保护告警信号，A4跳闸且重合失败，开关分位且有保护告警信号，主站自愈启动，根据A1-A5开关的告警情况，判断故障范围为A4-A5区域，主站自愈隔离策略动作：遥分A5开关，故障隔离成功，主站自愈转电策略动作：遥合FB开关，故障点下游恢复供电（如图5所示）。

图5 级差保护自愈示例C

2.4 级差保护应用过程中存在问题和不足

级差保护在实际应用过程中存在一些问题和不足，比如说在图4（级差保护自愈示例B）所示的故障情形中，CB断路器投入保护跳闸功能，A1、A2投入保护告警功能，故障发生在A1、A2区段，则需要调度员进行断判后，人工遥控合上站内CB开关恢复故障点上游供电，这种情况会降低自愈效率，如果在极端自然灾害下，线路多处故障时，调度员很难第一时间进行处置，将导致用户长时间不能恢复送电。

2.5 改进方向和发展趋势

针对上述问题和不足，须要对配网自愈策略进行升级，将自动控制策略延伸至变电站出线开关，系统自动化判断故障发生区段，自动断开故障区段两侧开关，合上站内出线开关，真正实现智能化自愈，提高自愈效率。

在今后的电网自愈发展中，会增加更多的设备和线路，例如可以把变电站站内自愈，和站间自愈等策略统筹考虑，总体实现大电网的整体系统自愈，大幅提升电网的数字化和智能化水平。

3 级差保护自愈的应用小结

电流级差保护在配网自动化自愈保护作用明显，动作迅速，故障判断准确，有效防止故障范围扩大，设备的损坏，确保供电设备和供电网络的安全运行。

电流级差保护在自动化自愈应用过程中，能高效定位和判断故障类型，帮助开展故障快速隔离，提高了故障处置效率，减少供电恢复工作量，提高了人机效率。

电流级差保护在配网供电可靠性方面发挥了重要作用，有效提升了故障查找判断时间，有效提升了故障隔离时间，有效提升了转供复电时间等，从而大大提高了供电可靠性。