CN106469905B - 基于配网“三道防线”的配网保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于配网“三道防线”的配网保护方法，架空线路或电缆在责任分界点处装设分界开关，经消弧线圈接地，包括：变电站出口断路器采用三段式过流保护；变电站出口断路器保护采用两次重合闸方式；利用分界开关零序保护整定原则对配网分界开关的零序保护进行整定。本发明针对“一流配电网”建设中重配网自动化，而忽视其它层面问题的现实，给出了“配网三道防线”的新方法及其层次结构和层间关系，指出其有机整体，需要分层解决，并层层递进，方可实现提高配网可靠性的目标。在此基础上，重点提出了保护的层间枢钮作用，并给出了三个重要入手点，最后给出了新的分界开关零序电流保护整定方法，提高了供电可靠性。

Description

基于配网“三道防线”的配网保护方法

技术领域

本发明涉及配网保护技术领域，尤其涉及基于配网“三道防线”的配网保护方法。

背景技术

为了加强“一流配电网”的建设，提高供电可靠性，各级供电公司都在大力推进配电自动化的建设。可配网建设是一个综合性的问题，而配网故障及时隔离与恢复是一个多层次的问题。只有每个层次都解决好自身层面的问题，再加强层间协调，才能将问题高效快捷的解决。相反，如果将本来属于本层次解决的问题，交由别的层次解决，不仅效率不高，而且也会治标不治本，很难从根本源头上解决，因此梳理问题的层次，了解问题的构成是首要完成的工作。

对于配电网，保证可靠供电存在“三道防线”：第一道防线即设备本身的健康状况；第二道防线即基于当地采样的保护及自动装置；第三道防线是配网自动化。配电自动化固然重要，但是如果其外延过分扩展，也会引起投入过大，而未收到预期效果的问题。从三个层次针对的问题即可知道原因：设备的健康状况是第一道防线，因为优秀设备抵抗故障能力强，瞬态故障自动恢复的几率更高；而作为第二道防线的保护及其自动装置，可以第一时间将故障隔离，在尽可能小的范围、尽可能短的时间内完成故障隔离和供电恢复，再交由配电自动化进行快速故障定位及用电恢复。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供基于配网“三道防线”的配网保护方法，给出了配网“三道防线”的新方法，构成及层间关系，并针对保护层给出了分界开关的零序电流保护整定原则与方法，提高了供电可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于配网“三道防线”的配网保护方法，架空线路或电缆在责任分界点处装设分界开关，经消弧线圈接地，包括：

变电站出口断路器采用三段式过流保护；

变电站出口断路器保护采用两次重合闸方式；

利用分界开关零序保护整定原则对配网分界开关的零序保护进行整定。

变电站出口断路器采用的三段式过流保护包括：过流I、II段保护与上级主变低后备配合；增加长延时并对线末有足够灵敏度的过流III段保护。

过流II、III段保护与配网分段开关、分支开关、分界开关和配变保护逐级配合；配网分段开关、分支开关和分界开关增加一次重合闸。

两次重合闸方式包括0.2秒瞬时后加速重合闸和15秒二次重合。

分界开关零序保护整定原则包括：

对于电缆，有I_dzj＝7.8l₁，l₁为电缆的长度；

对于架空线，则有I_dzj＝(0.21～0.26)l₂，l₂为架空线的长度。

本发明的有益效果：

本发明针对“一流配电网”建设中重配网自动化，而忽视其它层面问题的现实，给出了“配网三道防线”的新方法及其层次结构和层间关系，指出其有机整体，需要分层解决，并层层递进，方可实现提高配网可靠性的目标。在此基础上，重点提出了保护的层间枢钮作用，并给出了三个重要入手点，最后给出了新的分界开关零序电流保护整定方法，提高了供电可靠性。

附图说明

图1为现有的配网三道防线示意图；

图2为配网“三道防线”策略内涵与机制示意图；

图3(a)为小电流谐振接地系统负荷侧接地故障时一次序网图；图3(b)为小电流谐振接地系统负荷侧接地故障时复合序网图；

图4(a)为小电流谐振接地系统电源侧接地故障时一次序网图；图4(b)为小电流谐振接地系统电源侧接地故障时复合序网图；

图5(a)为谐振接地方式下的负荷侧单相接地时的电路图及矢量图；图5(b)为谐振接地方式下的负荷侧单相接地时的复合序网图；

图6为谐振接地方式下电源侧单相接地时的电路图及矢量图；

图7为过补时FFK定值配合关系；

图8为跟踪式消谐线圈的脱谐度参数设定界面；

图9为某地级基于分界开关的10kV馈线图；

图10为故障线路稳态接地电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

1“配网三道防线”

基于当地采样量的保护是传统的保护配置，但是其作为联系配电自动及系统安全可靠运行的钮带和分界点，却是有着其重要而独特的存在价值，因此保护装置的正确动作，不仅可以向下为配网自动化提高作为的空间，向上也可以为系统侧提供可靠的防线。从目前的保护配置看，可以从三个层面入手，有了这三个关键问题的有效解决，就可以起到应有的作用。

1、变电站出口断路器采用三段式过流保护。过流I、II段保护与上级主变低后备配合，数值尽可能提高。增加长延时并对线末有足够灵敏度的过流III段保护。过流II、III段保护与配网分段开关、分支开关、分界开关和配变保护逐级配合。配网分段开关、分支开关和分界开关应增加一次重合闸功能。在日常管理上，可以依靠制定《10kV配电自动化线路保护定值整定原则》和《断路器型与负荷型分界开关配置原则》等标准予以规范。

2、变电站出口断路器保护采用两次重合闸方式。第一次短时重合闸若能成功可保证大部分负荷不被甩掉。不成功的，可通过第二次较长延时重合闸补救。目前的保护配置不满足，需要要求配网分段开关、分支开关和分界开关增加一次重合闸功能。

3、现运行的小电流接地故障选线准确率不高，特别是配网分界开关的零序保护时常出现误动和拒动现象。解决方案是需要一套分界开关零序保护整定原则及方法。

这三个问题是目前工程中遇到的现实问题，也是困扰现场人员的主要问题，将关键问题解决好，也就能从最有效的层面入手全面解决保护作为联系系统与配电自动化的中间层的问题。

经过分析可知，第一个问题的实质是通过将定值区向系统侧靠近，留出更大的配合空间给配网部分，使其可以增加相应的保护配合级差，达到优化保护分级动作配合的目的。作为补偿措施增加长延时并对线末有足够灵敏度的过流III段保护。

第二个问题实质上也是一个思路转换的问题，采用的为0.2秒瞬时后加速重合闸及15秒二次重合。这样做的目的一是提高低压配电侧的供电质量，瞬时重合对大部分电器没有影响，并且可以保证重合后工业电机动力输出基本保持不变；同时分界开关也由原有的不重合转换为一次重合，提高对用户的供电可靠率。

第三个问题是对小电流接地系统的原理级分析，因此需要重新进行分析，得出现有条件下分界开关的零序电流保护整定原则。

由图2可以看出，一次设备与保护及其自动装装置是电网主体部分，而保护通过调节站内开关配合关系，即线路过流I，II段定值，图中给出了过流I段定值配合图，将其Iset1就抬高，与变压器低压速断相配合，即可以留出更大空间给配网保护；而采用二次重合，不仅可以在瞬时重合后不影响工业电机的动力输出，而且也可以通过分界开关17的一次重合，等故障F瞬时故障消除后，一次重合成功，从而提高供电可靠性。而最后才是面向用户的配电自动化的底层实现。

2基于零序电流稳态量分析及FFK整定原则创立

为了提高配网供电可靠性，尽可能的减小停电范围，现在普遍的做法是在架空线路责任分界点处(或附近)装设一台分界负荷开关(FFK)，经判断确认用户内部发生单相接地故障时，发出警告信息，60S后分界负荷开关自动掉闸，将故障隔离，确保对非故障用户正常供电。但是当采用消弧线圈谐振接地方式时，会出现接地电流小谐振接地残流小于10A，即消弧线圈补偿电流导致故障线路零序电流出现幅值小于非故障线路，方向相同的情况，这时就不存在零序电流整定值存在区间，因此无法实现这一功能。上述情况进行分析，并结合工程实际中的谐振接地装置，给出了一套分界开关零序保护整定原则及方法，可有效应用于工程实践。

2.1原理及故障电流分析

如图3(a)-3(b)所示，当故障点发生负荷侧时，流I₀₁过FFK的零序电流，为FFK背后侧系统A的分布电容电流，其大小决定于其背后侧系统(包括设备及出线的分布电容电流总和)。而确保FFK可靠动作，其动作值必满足I₀₁＞I_set(F)；如果故障在FFK的电源侧故障点2，其零序电流流向如图4(a)-4(b)所示，这时为保证FFK可靠不动作，其动作值应满足I₀₂＜I_set(F)。因此，即可得到其动作定值的取值范围，如图3(a)-3(b)所示，当有

存在时，则定值取值范围是

如图中所示阴影部分，也就是当其两值相差越大，其配合间隙越大，其取值范围越宽。也即是当变电站有多条出线时，只要选取其中FFK后面系统B最复杂(最长)，其C1最大的作为下限，并按上述原则选取定值即可保证FFK正确动作。

如果没有电感线圈的过补，一般存在

但是一般小电流接地系统，当分布电容电流超出一定水平时，则采用电感线圈过补方式谐振接地方式，来减小电容电流，其接线见图3(a)-3(b)所示。从分析可知，由于电感线圈一般是接在变电站的中性点侧(即中性点经消弧线圈接地)，因此改变的是系统A的电容电流，其大小为

其方向相反，矢量关系见图5(a)-图5(b)所示。当故障在FFK电源侧时，其流过FFK的为I′₀₂，如图6所示。经分析可知，系统A的电容电流经消弧线圈补偿后，其大小变为而系统B的电容电流存在I′₀₂＝I₀₂，根据消弧线圈的过补程度，FFK的取值范围变为

仍在其配合间隙内取值。但是当过补量差值的绝对值与

接近时，见图7中的反斜线阴影部分，定值就不好选取，会出现误动或拒动的情况。

2.2整定方法评估

从以上分析可知，FFK的定值选取范围取决于其背后电源侧电容电流值大于其下游负荷侧的程度。而对于一个变电站来讲，下限值应选取最为恶劣的情况，即FFK负荷侧分支最为复杂(或最长)的线路，取其电容电流作为下限值。当采用消弧线圈补偿使其两侧系统的配合间隙变小时，会导致定值不易选取。

2.3分界开关零序电流保护整定

对于小电流接地系统，当不安装消弧线圈时，分界开关零序电流较容易整定，正确动作的几率较高。但是，经消弧线圈补偿后，在残流较低的情况下，没有整定区间，只能保证不误动。但是可以规定补偿后残流的范围，来提高零序电流保护动作的正确性。

现结合上海思源XHK-Ⅱ-ZP+型消弧线圈自动调谐及接地选线成套装置进行说明。根据我国电力行业标准DL/T620-1997，消弧线圈的容量应根据电网5-10年的发展规划确定，并按下式计算：

根据我国电网发展现状，实际推荐：

式中：W—消弧线圈的容量，kVA；

Ic—电容电流，A；

Un—系统标称电压，kV。

而脱谐度是可以进行参数设定的，见图8：

由以上参数设定可知，只要给出脱谐度参数范围，即可得到残流最小值a，参考下图配合间隙，给出最长架空线路及电缆存在合理定值区间的最大长度。

由《电力工程电气设计(一次部分)》262页可知架空线路的电容电流可按下式计算：

I₂＝(2.7～3.3)U_eL×10^-3 (6-33)

L——线路长度(km)；

2.7——适用于无架空地线的线路；

3.3——适用于有架空地线的线路；

令a/3＝(2.7～3.3)U_eL×10^-3则(有架空地线的线路)，

无架空地线的线路时，有定值整定区间存在。

假定a为3A，对于电缆线路由于存在a/3＝0.1U_eL(6-34)，则

时可以取到定值。

表1

从以上分析可知，对于架空线路只要1A的残流即可保证整定区间的存在。而对于电缆线路，比较严重的是35KV，如果残流最小设为3A，则只有电缆线路最长不超过0.28km才能保证定值区间存在。因此可适当残流增加到5A，这时可放宽至0.47km,可见效果不是很大，这时可考虑退出边界开关零序保护。残流最大不可超10A。

零序电流定值计算说明：

I_dzj≤K_TAK_XL3I_C

KTA：考虑零序电流互感器误差引入的可靠系数，取1.3；

Kxl：考虑线路参数误差引入的可靠系数，为可靠，取2；同时考虑到分界开关所接带大用户会存在变压器等设备，根据《电力工程电气设计(一次部分)》的表6-46，将其视为变电设备增加的电容电流值，10kV取16％。这里IC取站内最长电缆长度算的单相电容电流，通过以上分析可以得出只要所取定值大于最长电缆的电容电流即可，这样即可保证保护不误动；而当系统侧残流比IC大时，零序保护自动退出。

综合以上各因素即有I_dzj＝0.1U_el×3K_TAK_XL＝0.78U_el，对于电缆，则有I_dzj＝7.8l；架空线则有I_dzj＝(0.021～0.026)U_el＝(0.21～0.26)l。

案例1：

图9为10kV配网出线及分界开关的一次接线图。其分界开关动作跳闸情况如下：

02-0222:22幸福站:10kV只楚线38西1FJK开关跳闸、接地保护动作。通知调度员

02-0222:40调度员报竣工、冰轮塑业用户检查未发现故障

02-02 23:03 10kV只楚线38西1FJK开关以后送电正常。

参数：只楚线38西1FJK，电缆长度70m电缆型号YJV-3*240，用户容量2000(kVA)

零序定值：(0.6A，60S)故障时零序动作值0.62A。

因为其分界开关以下接有变压器，因此需考虑电容电流增加部分，可得零序定值7.8*1.16L＝0.63，

因此本案例给出定值偏低，误动。

案例2：

受消弧线圈补偿电流的影响，在分界开关下游系统出现接地故障时，流过分界开关的零序电流很小，故障量不突出，保护动作的灵敏度与可靠性没有保证；特别是在用户线路比较长、供电系统规模比较大时，用户系统对地电容电流可能远大于补偿后的接地残流，导致用户系统出现接地故障时，流过分界开关的零序电流甚至小于用户系统对地电容电流，无法根据零序电流的大小判断接地故障的方向(如图10所示)。此时只根据最长电缆线路和最复杂接线给出零序电流定值，保证不误动即可。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.基于配网“三道防线”的配网保护方法，架空线路或电缆在责任分界点处装设分界开关，经消弧线圈接地，其特征是，包括：

变电站出口断路器采用三段式过流保护；

变电站出口断路器保护采用两次重合闸方式；

利用分界开关零序保护整定原则对配网分界开关的零序保护进行整定；

分界开关零序保护整定原则包括：

对于电缆，零序整定电流I_dzj＝7.8l₁，l₁为电缆的长度；

对于架空线，零序整定电流I_dzj＝(0.21～0.26)l₂，l₂为架空线的长度；

变电站出口断路器采用的三段式过流保护包括：过流I、II段保护与上级主变低后备配合；增加长延时并对线末有足够灵敏度的过流III段保护；过流II、III段保护与配网分段开关、分支开关、分界开关和配变保护逐级配合；配网分段开关、分支开关和分界开关增加一次重合闸；

两次重合闸方式包括0.2秒瞬时后加速重合闸和15秒二次重合；

所述分界开关零序保护整定原则还包括：用户系统对地电容电流远大于补偿后的接地残流，根据最长电缆线路和最复杂接线给出零序电流定值，保证不误动。

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