楚雄市10kV东环路I回线防越级跳闸系统研究

云南电网有限责任公司楚雄供电局 刘福紧 朱晓霰 施辉选

针对楚雄市10kV东环路I回线频繁出现越级跳闸现象的问题，通过分析保护越级跳闸产生原因，设计了智能零时限防越级跳闸系统，实现了配电网全网无死区选择性快速动作，解决了供电系统运行过程中的越级跳闸问题，为供电系统的可靠性和安全性提供有力保障。

楚雄市10kV东环路I回线为架空线和电缆混合敷设，架空线长度1.671km，电缆长度9.017km，包含9个环网柜，其中1号至6号环网柜的进线间隔带有断路器，出线间隔为负荷开关，7号至9号环网柜所有间隔均无断路器。10kV东环路I回线主供电源取自110kV龙潭变电站10kV开关柜IV段母线033间隔，备用电源取自9号环网柜的上一级变电站。

由于环网柜之间距离比较短，在发生短路故障时上下级环网柜的短路电流很接近，10kV东环路I回线现采用的电流保护策略，难以保证电网全线路保护动作同时满足快速性与选择性的要求，因此在实际应用中会常发生越级跳闸现象，扩大停电范围，存在造成重大经济损失的危险。或电压保护技术，如图1所示。这种阶段式电流保护对于供电线路一般设置三段保护：第一段为无时限电流速断保护，为实现保护配合，其定值按躲过下级母线的最大短路电流整定，如DL-2保护应躲过C母线的最大三相短路电流，因此，它只能保护线路的一部分，假如定值偏小，则保护范围可能延伸至下级母线，系统故障时则可能造成“越级跳闸”；第二段为时限速断保护，应该保护线路的全长，因此，其定值按下级母线的最小短路电流整定，实现上下级保护配合；第三段为过电流保护，根据动作时限来实现。

配电网具有结构复杂，连接方式多，传输距离短，自动化水平较低的特点。由于保护配置的互感器精度差，不同级别的短路电流很接近，保护之间时限级差较小，再加上保护动作定值配合不当等原因，往往造成保护范围重叠，且无足够的时限配合，发生故障时必然造成保护“越级跳闸”。

1 保护越级跳闸产生原因

在配电网供电系统中，传统的继电保护采用阶段式电流保护

2 智能零时限防越级跳闸系统

图1 电流保护动作时限配合

图2 智能零时限防越级跳闸系统结构

图3 东环路I回线供电系统图

采用单装置检测短路故障参数的配合方法，在当今复杂的供电网络中，实现可靠的保护选择性配合，十分困难。通信技术的发展，使继电保护装置不再是孤立计算、独立运行的保护装置，通过保护装置间的网络互联，将故障发生时动作信息传送出去，根据整个系统网络拓扑结构，实现智能零时限防越级跳闸功能。

智能零时限防越级跳闸系统结构如图2所示，当线路中发生故障时，故障点处所有上级保护同时检测到故障信号，每一级保护向其上一级保护发送逻辑闭锁信号，上级保护即使检测到故障，但由于收到逻辑闭锁信号，则闭锁保护出口，由第一个检测到故障发生的下级保护切除故障，当下级保护正确动作出口后，立即发送逻辑解锁信号，上级保护收到下级保护发送的逻辑解锁信号后，延时解除逻辑闭锁。如果出现下级开关跳闸失败的情况，下级保护延时发送逻辑解锁信号，由第一个收到逻辑解锁信号的上级保护动作出口，保证了保护动作的可靠性和选择性，解决了越级跳闸问题。

光纤通信具有频带宽、容量大、距离长、抗电磁干扰等特点，已经广泛应用于电力系统，因此采用了光纤通信实现防越级跳闸逻辑闭锁信息的传递。为了保证防越级跳闸系统的可靠性和快速性，利用可编程逻辑阵列芯片设计硬件通信模块，使得光纤信道具备通信信道监视功能，各级设备信息传输处理间隙不超过25μs。此外，该模块能够自动识别网络拓扑结构，使得每级保护装置与相邻保护装置能够实现自适应匹配，让保护系统在线路拓扑方面具有强大的延展性与可塑性。保护策略并不完全依附于光纤通信，当通信网络出现故障时，装置的其他保护策略仍可实现就地保护功能。

3 东环路I回线防越级跳闸方案

东环路I回线是辐射型供电系统，如图3所示，东环路I回线供电网络结构清晰，所有环网柜采用手挽手连接方式，环网柜之间通过光纤实现防越级跳闸保护装置的通讯，通信光纤通过环网柜之间的保护装置直接点对点连接，下一级保护的通信端口A和上一级保护的通信端口B连接。

以图3中所示故障为例，在4号环网柜和5号环网柜之间发生故障时，1号环网柜、2号环网柜、3号环网柜和4号环网柜内保护装置同时启动，每个检测到故障的环网柜内保护向上级环网柜内保护传递逻辑闭锁信息，故障由第一个发出逻辑闭锁信息的保护定位，4号环网柜内保护装置零时限快速动作，而1号环网柜、2号环网柜和3号环网柜内保护装置由于收到4号环网柜内保护装置的逻辑闭锁信号，各自维持启动状态但不出口，当4号环网柜内保护装置切除故障后，1号环网柜、2号环网柜和3号环网柜内保护装置启动返回，整个故障切除过程1号环网柜、2号环网柜和3号环网柜内保护装置可靠不动作；

若图3中所示故障发生时，4号环网柜内保护装置正常动作但开关因故未能跳开，因故障未消失，3号环网柜内保护装置在经过固定延时后确认为下级开关拒动，则4号环网柜内保护装置置动作状态标志为有效并瞬时出口，1号环网柜和2号环网柜内保护装置收到3号环网柜内保护装置的逻辑闭锁信号，由逻辑闭锁信号闭锁出口。如果3号环网柜内开关也出现故障未能跳开，则系统检测到已经有两级开关拒动，此时1号环网柜和2号环网柜内保护装置同时出口，加速切除故障，最大限度保证系统安全。

小结：智能零时限防越级跳闸系统是传统电流保护与光纤信息相结合，在电流、时间、网络互操作等要素综合分析的基础上建立的，利用光纤网络的信息交互，区域内保护装置的上下协作，使得保护系统能够快速的定位并切除故障点，减小停电范围，解决了继电保护快速性和选择性的矛盾，对提高配电网供电系统的安全性和可靠性具有积极意义。