配电网层次化保护的优化配置及整定方案研究

卢加宏

（贵州万峰电力股份有限公司，贵州 兴义 562400）

0 引 言

随着电力系统的不断发展，配电网的规模和复杂性不断增加。为确保配电网的安全稳定运行，保护装置的配置和整定成为关键问题。传统的保护配置方法往往缺乏全局性和层次性，难以应对现代配电网的复杂性和不确定性。因此，文章提出了一种配电网层次化保护的优化配置及整定方案，旨在提升配电网的保护性能与供电可靠性。

配电网是电力系统的重要组成部分，其运行状态直接关系电力供应的质量和稳定性。然而，随着分布式电源、微电网等新型电力系统的出现，配电网的结构和运行方式发生了显著变化，传统的保护方式面临着诸多挑战。例如，分布式电源的接入可能导致短路电流的增大或减小，从而影响保护装置的正确动作；微电网的自治运行可能导致保护装置之间的配合问题。此外，现代配电网可能遭受各种形式的攻击，如网络攻击、物理攻击等，给配电网的保护带来了新的挑战[1]。

为应对这些挑战，文章提出了一种配电网层次化保护的优化配置及整定方案。该方案将配电网划分为不同层次，并针对每个层次进行独立保护。通过优化配置和整定方案，可以缩小故障时的停电范围，提升供电的可靠性和稳定性。同时，该方案考虑不同层次的配合问题，确保在故障时能够正确隔离故障区域并恢复供电。

文章将从配电网保护的现状和挑战出发，阐述层次化保护的概念和优势，提出一种基于层次化保护的优化配置方案，并通过仿真验证该方案的可行性和有效性。文章旨在为配电网保护的优化配置和整定提供新的思路与方法，对于提升配电网的运行安全和稳定性具有重要意义。

1 配电网层次化保护的原理与技术

1.1 层次化保护的基本原理

配电网层次化保护的基本原理是通过对配电网进行层次划分，并针对每个层次实施相应的保护策略，以实现全面、快速且准确的保护。这种保护方式将配电网划分为多个层次，包括就地层、站域层及广域层等。每个层次都有其特定的保护需求和保护策略，通过相互协调与配合，可以最大限度地减少故障对配电网的影响，提升供电的可靠性[2]。

就地保护是配电网层次化保护的第一道防线，通过在配电网的各个分支和节点上安装保护装置，实现对故障的就近快速隔离。站域保护是第二道防线，主要负责变电站出线开关和变压器的保护，提供后备保护，确保故障能够被及时切除。区域保护是第三道防线，利用配电自动化系统和安全自动装置，实现区域整体负荷备投和非故障区域自愈转供。

在配电网层次化保护中，各级保护装置需要相互协调配合，包括动作时序的配合、动作范围的配合以及信息交换的配合等。优化配置和整定方案，可以实现各层次之间的协调与统一，提高保护性能。同时，充分利用信息化和智能化的技术手段，可以实现对配电网的全面、实时监控以及智能控制。

1.2 层次化保护的关键技术

配电网层次化保护的关键技术主要包括故障识别与定位技术、信息传输与处理技术以及选择适当的继电保护装置、合理设置保护区域、优化保护动作方式及通信系统等。首先，故障识别与定位技术是配电网层次化保护的核心技术之一。该技术通过分析和处理电力系统的故障信号，确定故障的发生位置，并精确定位故障点。这种技术主要利用电流差动保护、过电压保护、过流保护等原理，实时监测电流、电压等信号，能够准确判断和定位故障。这有助于在最短的时间内采取保护措施，防止故障进一步扩大，提升供电的可靠性。其次，信息传输与处理技术是配电网层次化保护的另一个关键技术[3]。该技术主要通过传输与处理电力系统各个保护装置之间的信息，快速传递和准确处理故障信息。这种技术主要利用通信技术、计算机技术、网络技术等手段，通过建立信息传输与处理系统，实现配电网各级继电保护之间的信息交互。这有助于实现对故障信息的共享与分析，提高故障处理的效率和准确性。同时，可以实现各级保护装置之间的协调配合，提升保护的整体性能。最后，选择适当的继电保护装置、合理设置保护区域、优化保护动作方式及通信系统等也是配电网层次化保护的关键技术。这些技术的选择和应用需要根据配电网的实际情况与运行需求进行综合考虑。例如，选择适当的继电保护装置需要考虑设备的性能、可靠性、经济性等因素；合理设置保护区域需要考虑设备的分布、运行方式、负荷情况等因素；优化保护动作方式需要考虑设备的动作特性、故障类型等因素；通信系统的选择和应用需要考虑系统的稳定性、可靠性、实时性等因素。

2 配电网层次化系统的整体架构

配电网层次化系统的整体架构是一种基于分层设计的配电网自动化系统架构该架构通过将系统划分为不同的层次，实现功能和数据的分布与集中，从而提升系统的可扩展性和可维护性，如图1 所示。通过这样的层次化设计，可以实现各层次之间的独立性和模块化，降低系统的复杂性与耦合度。同时，各层次之间通过标准的接口进行通信和数据交换，提升了系统的可扩展性和可维护性。

图1 配电网层次化保护系统的整体架构

3 配电网层次化保护的整定方案研究

3.1 站域保护方案

站域保护主要关注在站内设备之间实现快速、准确、可靠的故障定位和隔离，以保障配电网的安全稳定运行。站域保护采用基于间隔的保护策略，能够快速准确地识别出故障所在位置，避免传统基于断路器的保护方案的延时和误动。同时，站域保护可以实现与其他层次保护的协调配合，提升保护动作的准确性和可靠性。金属故障保护的隔离时间小于100 ms，负荷转移时间小于1 s，局域保护具有自适应功能，可根据输入拓扑自适应地调整保护区域。

3.2 区域保护的采样同步和站间通信方案

区域保护的采样同步方案通过集中式同步或分散式同步技术，确保所有设备在同一时刻进行采样，消除时间偏差对保护动作的影响。而站间通信方案则是实现区域内各个站点之间数据共享和交互的关键，包括光纤通信、无线通信及工业以太网等通信方式。通过合理的采样同步方案和站间通信方案设计，可以提升区域保护的准确性和可靠性，保障配电网的安全稳定运行。因此，在配电网层次化保护的整定方案研究中，需要综合考虑采样同步和站间通信方案的设计与实施，从而获得最优的性能[4]。线路具备光纤通信条件，采用以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）方式直接将各终端接入35 kV 站域保护主机。

3.3 系统硬件方案

合理的系统硬件方案需要综合考虑性能要求、技术水平、可扩展性以及成本效益等因素，以确保保护设备能够准确地检测和隔离配电网中的故障，提升配电网的供电可靠性和稳定性。系统硬件方案通常包括处理器模块、通信模块、传感器模块、电源模块以及保护模块等关键部分。这些部分需要相互配合，实现保护设备的控制逻辑、数据运算、信息交互以及故障检测和隔离等功能。智能采集保护装置可以采集与断路器相关的电流、电压、开关信号，完成区域保护[5]。智能采集和保护装置应具有内置光网络单元（Optical Network Unit，ONU），通过EPON 与站区保护装置连接，并与站区保护装置同步。需注意，同步误差应小于1 μs。

4 结 论

文章深入研究了配电网层次化保护的优化配置及整定方案。通过分析配电网层次化保护的基本原理和关键技术，提出了一套针对配电网层次化保护的优化配置方案和整定策略，旨在提升配电网的保护性能、供电可靠性以及经济性。在未来的研究中，将继续关注配电网层次化保护的优化配置和整定方案，以适应配电网的不断发展和变化。同时，将积极探索和应用新技术，如人工智能、大数据等，以推动配电网层次化保护技术的不断创新和发展。