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配电自动化模式下配电网保护的模式选择和整定计算

发表时间：2021/5/13 来源：《中国电力企业管理》2021年2月作者：邵成华

[导读] 随着经济和电力行业的快速发展，结构类型的多元化发展以及用户对电能质量和市场服务要求的提高，配电网由被动控制到主动控制是未来电力系统发展的必然趋势。主动配电网为实现清洁电源的分布式并网与随机负荷的接入提供了有效的解决方案。

广西电网有限责任公司河池环江供电局邵成华 547100

摘要：随着经济和电力行业的快速发展，结构类型的多元化发展以及用户对电能质量和市场服务要求的提高，配电网由被动控制到主动控制是未来电力系统发展的必然趋势。主动配电网为实现清洁电源的分布式并网与随机负荷的接入提供了有效的解决方案。考虑到主动配电网的电源侧与负荷侧分别承载着分布式电源的出力与电动汽车等随机负荷的接入，这些设备的接入和控制方式的复杂性使得配电网的电源结构、网架结构以及负荷结构发生本质的变化，传统继电保护构成模式、功能配置与整定配合方案已面临着严峻挑战。由于继电保护是配电网的基础支撑技术，对供电可靠性有着根本性的影响，因此主动配电网中继电保护存在的问题成为必然面对、不可回避并需要认真解决的问题。
关键词:配电自动化设备布局;网架;短路电流
        引言
        配电自动化设备大量使用在配电网中，目前配电网的继电保护配置只有在66kV变电站10kV出口配置，缺乏对配电网的整体准确计算，提出配电网故障电流的计算，基于故障电流对配电自动化设备继电保护定值进行配置，包括保护模式的选择、配电网网架的改造以及配电自动化设备的优化布局。
        1继电保护与配电自动化配合故障处理原则
        可靠性原则。继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理时要始终坚持可靠性的操作原则。在设置配电网过程中为确保各个设备的使用质量，要强化各个网线间的连通性，并在线路运行时确保线路的清晰准确，不能让线路之前出现短路的问题。所设置的配电设施不仅要安全可靠，还需保持持续性的配电能力，强化配电线网的总体服务能力。总体的配电网线需具备更全面的服务能力，且内部的各个子系统间能密切配合，并在发展过程中强化对配电网的运行管理，确保配电网内部各个系统有规律的运作。坚持扩大供电的总体能力的原则。继电保护和配电自动化配合的配电网故障处理要始终坚持供电总体能力的发展原则。在电力系统维修管理过程中要确保所有电路的清晰可见，在分析各个线路运行实际情况的基础上提出有针对的维修策略。在故障处理过程中要提高维修效率，应用最理想的维修方式来达到最为理想的供电状态。基于跳闸是威胁到电力系统运行的重要因素，因此在配电网运行时要加强对跳闸问题的分析，不断加大对保险丝的保护，并合理把控电路的工作时间，不能让电网长时间处于过热状态。
        2配电网短路电流计算
        2.1配电网短路电流计算方法的确定
        近似计算的条件为假定线路三相参数对称并且忽略负荷、线路分布电容的影响及其并联补偿电容器的影响。由于近似计算公式简单，便于工程实际计算，同时考虑到配电网短路电流计算数据的获取程度、配电网继电保护和自动化的实际配置情况，利用配电网短路电流的近似计算方法完全可以满足配电自动化设备的继电保护整定计算以及与上级继电保护的配合。
        2.2配电网短路电流计算
        根据配电网短路电流计算方法分别计算全电缆线路和架空线路的短路电流，10kV全电缆线路所在系统，最大运行方式下系统阻抗为0.157Ω，最小运行方式下系统阻抗为0.313Ω，正常运行方式下，系统变压器采用分裂方式运行，在主变检修状态下，两段10kV母线由1台主变压器运行，因此在计算短路时系统阻抗选择最小运行方式下的阻抗。

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        3配电网继电保护整定计算
        3.1复杂断线故障测试
        通过在区段K3-K4不同位置（线路首端、中间、末端）设置不同类型的复杂断线故障（单相断线电源侧接地、单相断线负荷侧接地、两相断线电源侧单相接地、两相断线负荷侧单相接地、两相断线负荷侧两相接地、两相断线电源侧两相接地、两相断线负荷侧单相接地以及电源侧两相接地、两相断线负荷侧两相接地和电源侧单相接地）进行仿真。非故障区段K1-K2动作参数值为1.0237<1.1，保护判定线路正常无故障，故障区段K3-K4动作参数值为26.3913>1.1，保护判定发生故障。
        3.2区域后备电流保护方案的构建
        电流保护自适应整定方法优先保证了保护的灵敏性，同时能够满足速动性与可靠性。但该方法牺牲了选择性，尤其是在分布式电源接入导致系统潮流方向不确定的场景下。为此，本文提出一种区域后备电流保护方案作为补充。该方案以单条馈线为基本单元，通过主动配电网的通信系统集中采集各保护的启动逻辑量信息，判断故障实际发生位置，再由区域保护主站向各保护发送跳闸命令。
        3.3多级级差保护和电压时间型馈线自动化配合的配电网故障处理
        电压时间型馈线自动化是一种重合器和电压时间型分段器互相配合的故障隔离技术。电压时间型馈线自动化操作使用唯一的不足点是，尽管分支线路故障有时也会使变电站出线断路器跳闸故障，在跳闸故障后还会后续导致全线或暂时性的停电问题，而将两级级差保护和电压时间型馈线自动化控制结合在一起能解决全线或短暂停电问题，具体措施如下：变电站10kV出线开关一般选择重合器，并在重合器上设置200ms到250ms的延时性保护动作；主干馈线开关应用电压时间型分段器进行设置；用户开关和分支开关采用断路器，同时还需额外配置0s保护动作延时时间和一次快速重合闸。在采取以上配置操作后，在主干线出现故障时会按照常规电压时间型馈线自动化处理步骤来处理故障。在分支和用户故障发生后，对应的分支或用户断路器会在第一时间出现短暂的跳闸，在0.5s之后会重合。如果是永久性故障会再次跳开关闭锁并保持在分闸的状态。
        3.4在两极的极差故障中的运用
        当挑选主料器的开关的时候，负荷开关应该是关键的，当挑选用户开关以及分支开关的时候，断路器应该为主段路器，变电站运用的出现开关也应该为断路器，最后，客户运用的断路器开关以及分支的断路器开关安排为零，而且变电站当中的插座断路器的延缓动作安排为200-250ms。在此之外，继电维护以及配电自动化的故障处理方式拥有两个优势，首先就是当用户的某一个分支出现故障的时候，用户在体系的作用下自动切换跳闸，但是对电源的供电没有影响。变电站，也能够防止完全地停电。然后就是这种方式能够有效地防止多级跳闸以及非技术跳闸，对故障排除的过程进行简单化，在一定程度上降低了故障修理的实践。
        结语
        在配电网故障解决当中运用配电自动化以及继电维护配合的方法对保障配电网的正常运转拥有非常关键的作用。目前，电力企业当中已经机电维护配合配网自动化的故障解决方法，自动化设备的合理使用和布局应在配电网网架坚强结构合理的基础上，并结合配电网短路电流分布和线路结构合理配置。本文就实际情况进行短路电流计算，并进行继电保护的定值配置，同时针对保护方式的要求，对自动化设备的合理布局进行探讨，提出一种基于自动化设备合理布局以及合理配置的配电网三段式保护方案，以供参考。
参考文献
[1]邵长锋,吴丽君.继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理[J].工程技术:引文版,2016,2.
[2]曹铸强.继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理[J].自动化应用,2018,3.
[3]刘文浩.继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理措施分析[J].科技风,2017,24.
[4]谭周权.继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理探讨[J].中国战略新兴产业,2017,9.
作者简介：邵成华，（1991-），男，瑶族，广西贺州人，本科，助理工程师，主要从事10kV及以下配电线路设备运行与维护检修管理工作。