CN109412124B - 一种配电线路相间短路保护配置与整定方法 - Google Patents

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    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured

Abstract

一种配电线路相间短路保护配置与整定方法，属于电力自动化技术领域。在母线上设置有变电站出口断路器以及沿线路依次设置的若干分段断路器，在变电站出口断路器与分段断路器之间以及相邻分段断路器之间引出有供电支路，在每一条供电支路的上游和末端分别设置有分支断路器和分界断路器，其特征在于：依次对变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器的继电保护装置进行整定。在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，通过配电线路中变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器保护的电压电流定值和动作时限进行配合，当配电线路中出现故障时有选择性地就近切除故障，避免扩大停电范围。

Description

一种配电线路相间短路保护配置与整定方法
技术领域
一种配电线路相间短路保护配置与整定方法，属于电力自动化技术领域。
背景技术
安全性好、供电可靠性高是一流配电网的根本标志。近年来，我国电网安全性与供电可靠性有了很大的进步，但与国际先进水平相比，还有比较大的差距。根据国家统计局的统计数据。2017年，我国用户年平均停电时间16小时，美国约4h，英国不到1h，而日本则只有25分钟。中压配电网故障是造成停电的重要因素，部分触电事故由其导线坠地、碰树等高阻故障引起的。现有技术中，配电网发生故障时其处理过程为：首先由继电保护装置动作切除故障，然后由配网自动化系统隔离故障区段，恢复非故障区段的供电。目前，我国配电网的故障处理存在如下问题：
(1)不重视配电网的继电保护，缺少统一的配电网继电保护运行规程，保护动作选择性差，耐接地电阻能力低，影响供电可靠性的提高，不能保证人身安全。
(2)没有处理好继电保护与配电自动化的关系。投入巨资建设配网自动化系统，本应由保护选择性动作实现的故障隔离问题，依靠配网自动化系统解决，停电范围大，供电恢复时间长，系统复杂、投资大、运维工作量大。
(3)变电站出口断路器I段整定值低，保护区过长，无选择性动作范围大；分段断路器、支线断路器、分界断路器不配置保护，线路下游、支线故障、用户系统故障会造成全线停电。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过分别对配电线路中变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，完善配电网继电保护的配置与整定，线路出口断路器保护与分段断路器、分支断路器与分界断路器保护有效地配合，当配电线路中出现故障时有选择性地就近切除故障，避免线路出口保护越级动作而造成的全线停电。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该配电线路相间短路保护配置与整定方法，包括在母线上设置有变电站出口断路器以及设置在线路上的若干分段断路器，在变电站出口断路器与分段断路器之间以及相邻分段断路器之间引出有供电支路，在每一条供电支路的上游和末端分别设置有分支断路器和分界断路器，其特征在于：依次对变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，其中变电站出口断路器配置I段电压电流联锁速断保护、电流II段保护、电流III段保护以及重合闸；分段断路器、分支断路器以及分界断路器分别配置电流II段保护、电流III段保护以及重合闸。
优选的，在所述变电站出口断路器的I段电压电流联锁速断保护配置中，I段保护电流速断保护定值为母线额定短路电流的50％，I段保护电压速断保护定值为3kV。
优选的，所述变电站出口断路器的电流II段保护配置依据为：躲过线路冷起动电流以及下级配电变压器二次最大短路电流，电流II段保护的动作时限为0.6s。
优选的，所述变电站出口断路器的电流III段保护配置依据为：变电站出口断路器的电流III段保护的电流设定值为最大负荷电流的2倍。
优选的，所述分段断路器的电流II段保护配置的依据是：以变电站出口断路器电流II段保护的电流设定值为基础，电流设定值按照与变电站出口断路器距离的由近及远而依次递减；分段断路器电流II段保护的动作时限均为0.6s。
优选的，所述分段断路器的电流III段保护配置的依据是：以变电站出口断路器电流III段保护的电流设定值为基础，电流设定值按照与变电站出口断路器距离的由近及远以30％的比例依次递减；
分段断路器电流III段保护的动作时限的设定依据为：以变电站出口断路器电流III段定值为基础，按照与变电站出口断路器距离的由近及远依次减少0.2s。
优选的，所述分支断路器的电流II段保护配置的依据为：将电流II段保护设定值设置为上游分段断路器电流II段设定值的0.9倍；分支断路器电流II段保护的动作时限均为0.4s。
优选的，所述分支断路器的电流III段保护配置的依据为：躲过分支线路的冷起动电流；电流III段保护配置动作时限的设定原则为：以其上游分段断路器电流III段动作时限的设定值为基础，减少0.2s。
优选的，所述分界断路器的电流II段保护配置的依据为：将II段电流保护的设定值设置为其上游分支断路器电流II段保护设定值的0.9倍；分界断路器电流II段保护的动作时限设为0.2s。
优选的，所述分界断路器的电流III保护配置的依据为：躲过用户冷起动电流，电流III段保护动作时限的设定依据为：以其上游分支断路器电流III段动作时限的设定值为基础，减少0.2s。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，通过分别对配电线路中变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，完善配电网继电保护的配置与整定，线路出口断路器保护与分段断路器、分支断路器与分界断路器保护有效地配合，当配电线路中出现故障时有选择性地就近切除故障，避免线路出口保护越级动作而造成的全线停电，突破依赖配网自动化系统处理故障的瓶颈，达到尽可能地减少停电范围与停电时间的效果。
2、通过本配电线路相间短路保护配置与整定方法，能够显著地减少故障停电时间，提高供电靠性。
3、对于短路故障，本配电线路相间短路保护配置与整定方法，与现有的继电保护方案相比，能够将用户年均故障停电时间减少70％以上；与电压时间型馈线自动化方案相比，用户年均短时停电次数减少60％以上，开关平均动作次数减少85％以上；与集中型配网自动化方案相比，用户年均短时停电次数减少60％以上。
4、通过本配电线路相间短路保护配置与整定方法，实现了接地故障的就近自动隔离，避免了整个故障线路的用户长时间停电。
附图说明
图1为配电线路典型放射式三分段线路示意图。
图2为配电线路相间短路保护配置与整定方法流程图。
图3为配电线路相间短路保护配置与整定方法变电站出口断路器保护线路示意图。
图4为配电线路相间短路保护配置与整定方法效果验证线路图。
具体实施方式
图1～4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～4对本发明做进一步说明。
如图1所示为配电线路典型的放射式三分段线路示意图，自变电站输出的配电线路中，在变电站的出口处设置有断路器QF，自断路器QF的出口沿线路依次设置有断路器Q1和断路器Q2，断路器Q1和断路器Q2均为分段断路器。在断路器QF与断路器Q1之间、断路器Q1和断路器Q2之间以及断路器Q2的下游分别引出有一条支路，在三条支路的上游处分别设置有断路器Q3、断路器Q4和断路器Q5，断路器Q3～Q5均为分支断路器。在每一条支路的末端还分别设置有分界断路器，如图1中所示的断路器Q6～Q8。
如图2所示，在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，需要依次对配电线路中变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，通过分别对配电线路中变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，完善配电网继电保护的配置与整定，线路出口断路器保护与分段断路器、分支断路器与分界断路器保护有效地配合，当配电线路中出现故障时有选择性地就近切除故障，避免线路出口保护越级动作而造成的全线停电，突破依赖配网自动化系统处理故障的瓶颈，达到尽可能地减少停电范围与停电时间的效果。
首先进行配电线路中变电站出口断路器的继电保护配置，在进行变电站出口断路器的继电保护配置时，需要对变电站出口断路器进行I段电压电流联锁速断保护配置、电流II段保护配置、电流III段保护配置以及重合闸配置。
对于变电站出口断路器而言，其配置I段保护的目的在于减少线路出口短路大电流对主变压器的危害，减少母线电压暂降的危害。通过I段保护与主变压器二次侧后备保护配合，避免线路出口故障越级跳闸。
按照与主变压器二次侧II段保护电流定值配合的原则，选择线路出线I段保护电流定值。设母线(变压器出口)处发生三相短路时的额定短路电流为IK.S.N，母线最小短路电流是母线发生二相短路时的短路电流，可认为其等于额定短路电流的0.87倍，即：IK.S.min＝0.87IK.S.N。将保护的动作灵敏系数选为1.5，主变压器二次侧II段段保护电流定值
Figure BDA0001892051410000041
应比母线最小短路电流IK.S.min小1.5倍，即：
Figure BDA0001892051410000042
根据配合要求，主变压器二次侧II段保护电流定值应是线路出口电流Ⅰ段保护电流定值的1.1倍，因此，得出线路出口电流I段保护电流定值为：
Figure BDA0001892051410000043
实际工程中，将线路出口电流Ⅰ段保护电流定值选为母线额定短路电流的50％，而将变压器二次侧II段保护电流定值整定为母线额定短路电流的60％。
实际配电网母线短路电流超过15kA，出口I段电流定值超过7kA，对于600/5与400/5的电流互感器，二次电流分别超过60A与90A，超出电流互感器测量范围，主变压器与线路出口断路器可采用电压电流联锁速断保护解决上述问题。在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，最终将变电站出口断路器的I段保护的电流速断保护定值选为4kA(二次电流值50A)，电压(线电压)速断定值选为3kV(二次电压值30V)。
在进行变电站出口断路器I段保护配置时，同时进行电流速断保护和电压速断保护，通过电流电压联锁速断保护，具有灵敏度高、保护区稳定的优点。
对于变电站出口断路器的电流II段保护配置而言，其II段保护电流定值的整定原则是，躲过线路冷起动电流以及下级配电变压器二次最大短路电流。实际工程中，可将II段保护的电流定值统一选为3kA(二次电流值30A)。由于变电站出口断路器配置了电流I段保护，因此将II段保护动作时限选为0.6s，以与下游保护配合，提高保护动作的选择性。
对于变电站出口断路器的III段保护配置而言，III段保护动作时限选为1.8s。III段保护电流定值，按最大负荷电流的2倍整定。实际工程中，可将III段保护的电流定值统一选为1.2kA(二次电流值10A)。
对于变电站出口断路器的重合闸配置而言，出口断路器采用二次重合闸，以在I段保护区内分支线、用户故障时恢复供电。第一次重合闸动作时限选为0.4s，可以减少瞬性故障时因无压释放而损失的负荷。
对于变电站出口断路器动作情况说明，如图3所示，其中虚线左侧部分为I段保护区，I段保护保护区外分支线路与用户侧故障时，由分支断路器、分界断路器或用户侧保护动作切除故障，不会越级跳闸。第一个分段断路器下游故障时，由分段断路器保护动作切除故障。
当图中k1处发生永久性故障时，断路器Q1与断路器QF电流II段保护同时动作，断路器QF越一级跳闸。这种情况下，断路器QF首先重合闸，断路器Q1在检测到来电后合闸，断路器Q1由于合闸到故障上加速跳闸，断路器Q1与断路器QF之间线路恢复供电。
如果I段保护区内分支线路出现永久性故障，如图3中k2处发生永久性故障时，断路器QF会越级跳闸，然后进行第一次重合闸，重合到故障上后跳闸，断路器Q3在失压上电后检测到故障也跳闸隔离故障；断路器QF进行第二次重合闸，恢复主干线路的供电。
综上所述，在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，对于变电站出口断路器的继电保护配置为：在I段保护配置中，I段保护的电流速断保护定值选为4kA，电压速断定值选为3kV，动作时限为0s；在II段保护配置中，II段保护的电流速断保护定值选为3kA，动作时限为0.6s；在III段保护配置中，III段保护的电流速断保护定值选为1.2kA，动作时限为1.8s；在重合闸配置中，两次重合闸的时间分别为0.2s和21s。
对于分段断路器而言，对其进行继电保护配置的作用在于，防止分段断路器下游主干线路故障造成全线停电，解决线路出口断路器保护在长线路末端故障时灵敏度不满足要求的问题。在进行分段断路器的继电保护配置时，需要对分段断路器进行电流II段保护配置、电流III段保护配置以及重合闸配置。
分段断路器电流II段保护配置的原则是：以变电站出口断路器电流II段定值为基础，按照与距离成反比的规律依次递减。按照上述对变电站出口断路器的电流II段保护的设定值而言，自变电站出口断路器起第1个、第2个、第3个分段断路器II段保护电流定值可分别选为2kA、1.2kA、800A。
分段断路器电流II段保护的动作时限选为0.6s，以实现与下游分支线路中分界断路器保护配合。
分段断路器电流III段保护配置的原则是：电流定值按最大负荷电流2倍整定，以出口断路器电流Ⅲ段定值为基础，按照依次降低30％的原则整定。
分段断路器电流III段保护动作时限的设定原则为，以变电站出口断路器电流III段定值为基础，按照与距离成反比依次减少0.2s的时间级差。在如图1所示的配电线典型放射式三分段线路中，分段断路器(断路器Q1～Q2)的动作时限依次为1.6s和1.4s。
分段断路器重合闸配置的作用是防止瞬时性故障引起长时间停电，且在出现越级跳闸时恢复对非故障区段的供电。在本配电线路相间短路保护方法中，分段断路器只配置一次重合闸，其重合闸动作时限设为1s。
对于分支断路器而言，其保护的作用在于防止分支线路故障造成越级跳闸。在进行分支断路器继电保护配置时，需要对分支断路器进行电流II段保护配置、电流III段保护配置以及重合闸配置。
分支断路器电流II段保护配置的原则是：以其上游分段断路器电流II段设定值为基础，其II段电流定值选为上游分段断路器电流II段设定值的0.9倍。即在图1所示的配电线典型放射式三分段线路中，分支断路器(断路器Q3～Q5)的II段保护电流定值分别选为2.7kA、1.8kA、1kA。
分支断路器电流II段保护动作时限的设定原则为：以其上游分段断路器电流II段设定值为基础，减少一个时间级差，在如图1所示的配电线典型放射式三分段线路中，分支断路器(断路器Q3～Q5)的II段保护，动作时限可统一设为0.4s。
分支断路器电流III段保护配置的原则是：按照躲过分支线路冷起动电流。在本配电线路相间短路保护方法中，统一设定为400A。
分支断路器电流III段保护动作时限的设定原则为：以其上游分段断路器电流III段设定值的动作时限为基础，分别减少0.2s的时间级差，即断路器Q3～Q5的电流III段保护动作时限依次为1.6s、1.4s以及1.2s。
分支断路器重合闸配置的作用是防止分支线路瞬时性故障引起长时间停电，在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，分支断路器只配置一次重合闸，其重合闸动作时限设为1s。
对于分界断路器而言，其保护的作用在于防止用户系统内故障造成越级跳闸。在进行分界断路器的继电保护配置时，需要对分界断路器进行电流II段保护配置、电流III段保护配置以及重合闸配置。
分界断路器电流II段保护配置的原则是：以其上游分支断路器电流II段设定值为基础，其II段电流定值选为上游分支断路器电流II段设定值的0.9倍。即在图1所示的配电线典型放射式三分段线路中，分界断路器(断路器Q6～Q8)的II段保护电流定值分别选为2.4kA、1.6kA、900A。分界断路器电流II段保护动作时限统一设为0.2s。
分界断路器电流III段保护配置的原则是：电流III段保护的电流定值按照躲过用户冷起动电流。电流III段保护动作时限的设定原则为：以其上游分支断路器电流III段设定值为基础，分别减少0.2s的时间级差，在实际设定时，可统一设为1s。
分界断路器重合闸配置的作用是防止用户系统发生瞬时性故障时造成用户长时间停电。在本配电线路相间短路保护配置与整定方法中，分界断路器只配置一次重合闸，其重合闸动作时限设为1s。
本配电线路相间短路保护配置与整定方法的实际验证：如图4所示的配电线路中，沿线路在断路器QF(变电站出口断路器)的下游依次设置有断路器Q1(分段断路器)和断路器Q2(分段断路器)，断路器QF和断路器Q1之间设为区段1，在区段1中引出有两条支路，在两条支路上分别设置有断路器Q3(分支断路器)和断路器Q4(分支断路器)。断路器Q3与该条支路的末端之间记为区段2，断路器Q4与该条支路的末端之间记为区段3。
断路器Q1和断路器Q2之间设为区段4，在区段4中引出有两条支路，在两条支路上分别设置有断路器Q5(分支断路器)和断路器Q6(分支断路器)。断路器Q5与该条支路的末端之间记为区段5，断路器Q6与该条支路的末端之间记为区段6。
断路器Q2下游线路设为区段7，在区段7中引出有两条支路，在两条支路上分别设置有断路器Q7(分支断路器)和断路器Q8(分支断路器)。断路器Q7与该条支路的末端之间记为区段7，断路器Q8与该条支路的末端之间记为区段8。
假设上述自线路上引出的六条支路上分别带有1个用户，故障平均分布，主干线路上的每一区段(区段1、区段4以及区段7)、分支线路的故障率为0.1次/年，每用户系统故障率0.05次/年；用户故障不会造成长时停电，只造成短时停电，不考虑瞬时性故障；故障检修时间平均3小时/次。
长时停电户时数对比：
在传统的继电保护方案中，假设变电站出口断路器I段保护区域延伸到断路器Q2前，则原有继电保护配置方案造成的长时间停电户时数如表1所示：
Figure BDA0001892051410000071
Figure BDA0001892051410000081
表1原有继电保护配置方案相间短路故障长时间停电户时数
在采用本配电线路相间短路保护配置与整定方法后，假设变电站出口断路器I段保护区域延伸到断路器Q1前，故障点下游非故障区段，由备供电源供电。新继电保护配置方案造成的长时间停电户时数如表2所示。
Figure BDA0001892051410000082
表2新有继电保护配置方案相间短路故障长时间停电户时数
由上述统计可知，在采用本配电线路相间保护配置与整定方法后，相间短路故障长时间停电户时数大大降低，通过本配电线路相间短路保护配置与整定方法，继电保护配置方案处理故障造成的年均长时间停电户时数为3.6户时/年，传统继电保护配置方案处理故障造成的年均长时间停电户时数为12户时/年，年均长时间停电户时数减少8.4户时/年，减少70％。
短时停电户时数对比：
传统的馈线自动化方案(包括电压时间型方案与集中型配网自动化方案)在隔离故障区段前，均需要出口断路器动作切除故障，造成的用户年均短时间停电户次数相同，其数据如表3所示：
Figure BDA0001892051410000083
Figure BDA0001892051410000091
表3馈线自动化方案相间短路故障短时间停电户次数
假设变电站出口断路器I段保护区延伸至断路器Q1前，则新继电保护造成的短时间停电户次数如表4所示。
Figure BDA0001892051410000092
Figure BDA0001892051410000101
表4新继电保护方案相间短路故障短时间停电户次数
通过本配电线路相间短路保护配置与整定方法，处理故障造成的年均短时停电户次数为2.1户次/年，电压时间型馈线自动化方案、集中型配网自动化方案处理故障造成的年均短时停电户次数为5.7户次/年，年均短时停电户次数减少3.6户次/年，减少63.2％。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种配电线路相间短路保护配置与整定方法，包括在母线上设置有变电站出口断路器以及设置在线路上的若干分段断路器，在变电站出口断路器与分段断路器之间以及相邻分段断路器之间引出有供电支路，在每一条供电支路的上游和末端分别设置有分支断路器和分界断路器，其特征在于：依次对变电站出口断路器、分段断路器、分支断路器以及分界断路器进行继电保护配置，其中变电站出口断路器配置I段电压电流联锁速断保护、电流II段保护、电流III段保护以及重合闸；分段断路器、分支断路器以及分界断路器分别配置电流II段保护、电流III段保护以及重合闸；
所述分段断路器的电流II段保护配置的依据是：以变电站出口断路器电流II段保护的电流设定值为基础，电流设定值按照与变电站出口断路器距离的由近及远而依次递减；分段断路器电流II段保护的动作时限均为0.6s。
2.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：在所述变电站出口断路器的I段电压电流联锁速断保护配置中，I段保护电流速断保护定值为母线额定短路电流的50％，I段保护电压速断保护定值为3kV。
3.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述变电站出口断路器的电流II段保护配置依据为：躲过线路冷起动电流以及下级配电变压器二次最大短路电流；电流II段保护的动作时限为0.6s。
4.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述变电站出口断路器的电流III段保护配置依据为：变电站出口断路器的电流III段保护的电流设定值为最大负荷电流的2倍。
5.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述分段断路器的电流III段保护配置的依据是：以变电站出口断路器电流III段保护的电流设定值为基础，电流设定值按照与变电站出口断路器距离的由近及远以30％的比例依次递减；
分段断路器电流III段保护的动作时限的设定依据为：以变电站出口断路器电流III段定值为基础，按照与变电站出口断路器距离的由近及远依次减少0.2s。
6.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述分支断路器的电流II段保护配置的依据为：将电流II段保护设定值设置为上游分段断路器电流II段设定值的0.9倍；分支断路器电流II段保护的动作时限均为0.4s。
7.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述分支断路器的电流III段保护配置的依据为：躲过分支线路的冷起动电流；电流III段保护配置动作时限的设定原则为：以其上游分段断路器电流III段动作时限的设定值为基础，减少0.2s。
8.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述分界断路器的电流II段保护配置的依据为：将II段电流保护的设定值设置为其上游分支断路器电流II段保护设定值的0.9倍；分界断路器电流II段保护的动作时限设为0.2s。
9.根据权利要求1所述的配电线路相间短路保护配置与整定方法，其特征在于：所述分界断路器的电流III段保护配置的依据为：躲过用户冷起动电流，电流III段保护动作时限的设定依据为：以其上游分支断路器电流III段动作时限的设定值为基础，减少0.2s。
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