配电自动化级差保护配合的应用

2022-11-25吴宁吴含青

科学与信息化 2022年17期

吴宁吴含青

国网江苏省电力有限公司镇江供电分公司江苏镇江 212299

引言

随着社会经济的不断发展，信息技术水平也在快速提升，对配电自动化要求也越来越高，配电自动化技术的发展对供电提供稳定保障。不过配电自动化的应用也会导致电网出现较多故障，在针对故障做出的对应方案还有待提高。配电自动化在配电网系统中有着重要地位，可起到提高配电系统定位、隔离、恢复供电的作用。但在实际情况中，一些电力企业会对配电线路各开关启用实行分级电流保护的方式做到上面3种情况，导致线路开关在运行中发生越级或者多级跳闸情况，无法判断线路故障和故障位置，因此深入研究线路开关实施极差保护，对配电自动化系统有着深远影响。

1 配电自动化定义

在配电系统中，自动化模式的融入是全新的配电系统管理模式，主要作用有控制电力系统技术、数据传输、计算机技术三方面融合，经过现代化设备的运行，借助互联网对配电网运行情况实时监控，并对配电网网络运行加以控制，从而通过分析预判故障或者问题发生位置和原因，提高配电系统运行稳定性。在故障发生后，可以做到有隔离故障区域，避免对其他配电设备产生影响。在配电自动化运行下，可以对供电网状态、设备、开关做到管理，优化配电网运行，提高配电网安全性和可靠性，减少人身财产损失[1]。

2 配电自动化故障处理方式

配电线路实施自动化系统是根据其发生的故障，在故障处理上来确定配电终端所涉及的配置，通常在对配电可靠性要求高的地区，如城市区域或者产业链相对集中的区域供电所用配电网普遍是由光纤网络对其覆盖，通常会采用的方式为集中式馈线自动化，配电站会依据所传输的信息参数对故障集中做隔离处理后，对没有故障区域恢复供电。故障处理方式也会采用可以适应其电网结构的模式，对永久故障、瞬时故障等类型都做出相应处理，同时由继电保护和自动重合闸作为配合应用。

2.1 故障定位和处理

主站会根据配电终端所传送的故障数据做出高效的自动定位故障区域，并在工作站设立的显示器上显示故障发生的具体位置点和故障相关信息。主站同样会依据网络拓扑结构对发生故障的两边所使用的断路器做情况分析，并进行自动作业，实现发生故障的隔离区域目的。在主干线分段路由器、联络断路器、分支线断路器配电自动化的终端FTU发生故障时，需要对三相电流采集，同时对电压数做采集工作，依据设计的标准做速断、过流、零序保护定值，从而选择自动跳开所对应的开关，做到缩小故障范围的目的，保证上一级涉及的线路维持运行[2]。

2.2 恢复非故障区域的供电

在故障区域实现自动隔离后，非故障区域就可以根据实际情况由主站进行恢复供电，这时候利用人机交换的方式，采取控制流程和对系统接口来完成主、配电自动化系统的控制。同时相同线路的断路器在终端做重合闸，在通过有无压自动合闸做配合，从而恢复不是故障区域的供电情况。

3 配电自动化下多级保护分析

3.1 配电网实施保护方案

根据馈线的单电源锁运行的环境具体情况可以在线路的开关上选用合理的分级保护开关，对电流和时间定值都可以合理配置。通常情况下在开启终端电流所用的保护跳闸的功能后就可以实施分级保护。一旦发生故障，上游各个开关只有启动分级保护开关才会跳闸，其他开关会做出故障警告。这就会让距离故障较近的分级保护开关做出电流的定值操作和时间定值操作达到要求，产生跳闸隔离故障，而启动的其他分级保护开关在时间定值上并没有达到设定要求，这样就不会发生跳闸情况。主站会对故障具体发生情况做出综合性质分析，对没有发生故障的位置会恢复供电。通过主站分析的主电源位置和分布式电源的位置上，需要注意的是，分布式电源故障具有一定特殊关系，这就需要在收集故障原因和分析情况时，需要全面仔细地收集过流故障。单电源在开环运行过程中，通过操作电源实施多方面提升电源点闭环，并确保其可行性，减少故障损失。当配电发现问题故障时会对变电站开关发生跳闸情况做详细分析，制定相应方案措施，确定故障电流方向，根据实际情况准确确定故障原因[3]。

3.2 多级保护实施方案

依据配网运行情况的特殊性质，配电线路各个开关启用极差保护时，存在开关电流和时间定值问题，导致电流定值可能不会产生极差和时间定值存在极差。

对于分线范围较小的地区，在线路发生故障时，短路电流线路的尾端和线路首端会有比较大的差距，遇到这种情况，相关检修人员需要考虑是否对限流和过流出现问题，用三段式方法保护从而对障碍进行消除。在半径小的开环配电线路上，要按照线路发生的具体故障进行分析，保障上游较常发生短路故障的位置可以做调试操作。故障发生时，故障位置上游的分段开关发生的短路电流并不会有太大差别，因此需要保护动作延时极差，这样才可以达到清除故障的作用。

3.3 多级极差配合可行性

多级极差配合主要是通过设计变电站10kV出线开关和同样是10kV的馈线开关做保护，才能达到保护的目的。为了降低短路情况发生时电流的冲击力，变电站的电压器的低压一侧开关的过流保护动作在0.5s最小值上，因此需要在0.5s内设置多级的极差保护延时[4]。

目前针对馈线电路器开关机械动作的时间是在30~40ms，熄弧时间控制在10ms左右，固定保护响应时间在30ms。对上述时间的时间差进行考虑，需要控制在100ms内切断故障电流，并将过流脱扣断路器或者熔断器设置在馈线开关中。但是励磁涌流由于过小，对脱扣动作电流的阈值需要做相对合理的调试，设置上要避开励磁涌流，这样才可以让延时的时间变小。在脱扣动作发生时，会让故障的时间变短，不过在这个过程中，一些分支会通过人工供电恢复，这会影响到故障处理的效果[5]。从时间上看，变电站10kV开关保护动作延时具体时间设置通常是在200ms至250ms之间，这样才能对变电站的变电器的地测开关产生时差，达到两级极差保护目的。

3.4 三级极差保护配合

随着科学技术的不断进步，配电自动化开关技术得到相应发展，尤其针对永磁操动机构和无触点驱动技术的应用上，让保护时间明显减少。通常情况下，永磁操动机构的具体分合闸时间通常会控制在10ms内，无触点的电子驱动分合闸的时间通常会在1ms内，这就需要在针对保护的断电器应用上，控制在30ms内对电流做切除。如果有剩余时间，也可将上一级馈线开关保护动作延时，时间设置在100ms到150ms之间，变电站10kV出现开关保护动作延时，这个时间设置同样在100ms到150ms之间，变电站的变压器低压一侧的开关极差是在200ms到250ms之间，才能达到三级保护的要求。

4 配电自动化终端功能

在配电自动化终端上要具备电压时间上的时序逻辑判别，还要具备故障电流的过流记忆判别，这才能实现复合判断闭锁上的功能控制。主要功能有电流速断和过电流、零序的保护、重合闸等。当分布式电源涉及并网时，还需要配置过电压保护定值时跳闸控制信号。

4.1 主干线分段断路器终端

在设置主干线分段断路器后需要在主干线的1/3和2/3的地方分段断路器配置FTU。每一段线路在发生故障时，可以通过保护定值间的极差做配合，通过主干线上距离故障点最近的分段断路器对故障做出自动切除功能，这样就可以缩小停电范围，确保上级线路的正常运行。配电自动化终端要配置三相电流互感器、电压互感器。这样可以保护投入电流速断、过流保护动作跳闸。单相接地可以通过发信号来提高供电可靠性，配电线路的瞬时故障频率较高，可以延时1s投入重合闸[6]。在相应设置的时间内检测出故障电流，做保护动作加快跳闸，让重合闸做二次闭锁。

4.2 分支线断路器终端

第一级断路器配置FTU设置在分支线上，分支线有故障发生，可以进行选择性的对分支线断路器做跳开，这样可以避免上一级分支线上的断路器引发跳闸，也可以避免变电站引发断路器跳闸，达到停电范围较少的目的，同时可以保障上一级的线路正常运行。分支线上的配套配电自动化的终端配置需要三相电流互感器和电压互感器，从而可以做到保护投入电流的速断和过流保护动作的跳闸行为。

4.3 联络断路器终端

在正常运行下联络断路器是需要断开的，在发生故障和检修时可作为分段断路器进行运行。为此，联络断路器自动化终端配置要满足变换方式，联络开关配置自动化终端FTU在满足分段断路器之外还需要能检测断路器两侧三相电压。正常运行下，当联络开关断开的时候，开关的两侧需要有电压，这样终端会处在闭锁合闸。当需要检修或者发生故障时，联络开关会转入分段断路器运行，只需要一侧有电压，延时后，合闸或者主站就可以通过人机交互的模式遥控合闸。

5 配电自动化价差保护配合的应用

假设在某城区内配网有2条10kV双电源环网供电线路，正常情况下，L1、L2、L3三线路由CB1断路器带领运行，L4、L5、L6三线路是由CB2断路器带领运行，联络开关LS断开。变电站出线断路器CB1和CB2配置是过流II段、过流III段保护，过流I段退出，过流II段的保护整定时间是0.5s。过流定值在保证最小运行方式的下线路L3末端两项短时间内大于1.5倍灵敏度整定，过流III段对最大负荷电流整定。

在第一级分段断路器FB1、FB3保护定值过流I段和上级断路器CB1、CB2过流II段时是按照1.1倍配合系数进行整定，时间整定是0.3s。第二级分段断路器FB2、FB4保护定值过流I段和上级开关FB1、FB3过流I段同样按1.1倍配合系数整定，不过时间定为0.2s。原则上分段断路器过流II段定值整定与I段是一样的，但要将线路实际最大负荷电流考虑其中。分支断路器ZB过电流的定值要在2.5倍分支线的带配变额定电流和实际负荷电流下整定，跳闸时间按照0.1s整定，重合闸退出[7]。

按照L2发生永久性两相短路作为例子，分段断路器FB1过流I段是0.3s之后做出动作，变电站出线断路器过流II段保护返回，同时各个FTU会检测到故障电流和动作信号输送到自动化主站。如果分段断路器FB1投入重合闸，在延时1ms后，FB1重合，0.1s后会加速跳开。当整定发生延时2s的时候，需要考虑的就是断路器的动作时间和重合闸，主站根据终端发过来的故障电流与断路器动作的信号判断线路L2故障。依据线路网络关系，调配工作人员通过人机交互断开FB2，保证FB1和FB2断开后再合上联络开关来恢复L3线路的供电。