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第39卷第16期电力系统保护与控制Vol.39No.162011年8月16日PowerSystemProtectionandControlAug.16,2011继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理刘健1,2,张志华1,2,张小庆1,郑剑敏3(1.陕西电力科学研究院,陕西西安710054;2.西安科技大学,陕西西安710054;3.西安供电局,陕西西安710032)摘要:为了实现中压配电网继电保护的协调配合,对多级保护配合的可行性以及配合方法进行了论述,对于需要依靠延时时间级差配合的情况,根据所采用的断路器操动机构、驱动技术和软件算法的不同提出两类配合方案。对继电保护与配电自动化配合的集中式故障处理模式进行了研究,分别建议了两级级差保护和三级级差保护的配置原则和多级保护与配电自动化配合的集中式故障处理策略。提出了一种多级级差保护与电压时间型馈线自动化配合的原理,可以避免在分支线故障时造成全线短暂停电。结合实例说明了所建议的故障处理过程。关键词:配电网;配电自动化;馈线自动化;继电保护;整定;故障恢复RelayprotectionanddistributionautomationbasedfaultallocationandrestorationfordistributionsystemsLIUJian1,2,ZHANGZhi-hua1,2,ZHANGXiao-qing1,ZHENGJian-min3(1.ShaanxiElectricPowerResearchInstitute,Xi'an710054,China;2.Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China;3.Xi’anPowerSupplyBureau,Xi’an710032,China)Abstract:Tocoordinatetherelayprotectionwiththedistributionautomationsystem(DAS),theprobabilityandstrategyofmulti-gradeprotectionarediscussed.Fortime-gradingcooperationdependingontimedelay,theapproachesaredividedintotwoclassesaccordingtodifferentoperationmechanisms,drivingtechnologyandfaultdetectionalgorithms.Thecentralizedfaultallocationandrestorationmodesbasedonrelayprotectionanddistributionautomationarediscussed.Thesettingprinciplesoftwo-gradetime-gradingprotectionandthree-gradetime-gradingprotectionaresuggested.Thehybridapproachofmulti-gradeprotectionanddistributionautomationsystemforcentralizedfaultallocationandrestorationisproposed.Thewaytocombinemulti-gradeprotectionwithvoltage-timetypefeederautomationissuggested,whichcanavoidthewholefeederoutageduetoanyfaultonabranch.Examplesaregiventoexplaintheproposedideas.Keywords:distributionsystems;distributionautomation;feederautomation;relayprotection;setting;restoration中图分类号:TM72文献标识码:A文章编号:1674-3415(2011)16-0053-050引言配电自动化是智能电网的重要组成部分,对于提高供电可靠性、扩大供电能力和实现电网的高效经济运行具有重要意义[1]。配电网故障处理是配电自动化的核心内容,其理论方法已经有大量文献报道[2-6],但是在工程实施中仍需要解决许多实际问题。一些供电企业选择采用断路器作为馈线开关,期望在故障发生时,故障点上游离故障区域最近的断路器能够立即跳闸遮断故障电流,从而尽量避免基金项目:国家电网公司重大科技项目整条线路受到故障的影响[7]。但是在实际当中,故障发生后往往由于各级开关保护配合问题造成发生越级跳闸和多级跳闸等现象[8],而且往往对于永久性故障和瞬时性故障判别也带来困难。为了避免上述现象,一些供电企业干脆采用负荷开关作为馈线开关[9],虽然解决了多级跳闸问题并为永久性故障和瞬时性故障判别提供了方便。但是无论馈线任何位置发生故障都引起全线短暂停电,因此存在用户停电频率高的问题。随着馈线主干线电缆化和绝缘化比例的提高,主干线发生故障的机会显著减少,故障大多发生在用户支线。因此,一些供电企业在用户支线入口处配置了具有过电流储能跳闸和单相接地跳闸功能的“看门狗”开关[10],目的在于实现-54-电力系统保护与控制用户侧故障的自动隔离,防止用户侧事故波及到电力公司的配电线路,并确立事故责任分界点。中压配电网各个开关之间保护与配电自动化系统的协调配合是解决上述实际问题的核心。本文即探讨配电网多级保护配合的可行性、配合方法以及与集中式故障处理的协调等关键技术问题,为配电自动化系统规划、设计和建设提供参考。1配电网多级保护配合的可行性1.1基本原理对于供电半径较长、分段数较少的开环运行农村配电线路,在线路发生故障时,故障位置上游各个分段开关处的短路电流水平差异比较明显时,可以采取电流定值与延时级差配合的方式(如3段式过流保护)实现多级保护配合,有选择性地快速切除故障。对于供电半径较短的开环运行城市配电线路或分段数较多的开环运行农村配电线路,在线路发生故障时,故障位置上游各个分段开关处的短路电流水平往往差异比较小,无法针对不同的开关设置不同的电流定值,此时仅能依靠保护动作延时时间级差配合实现故障有选择性的切除。1.2多级级差配合的可行性多级级差保护配合是指:仅通过对变电站10kV出线开关和10kV馈线开关设置不同的保护动作延时时间来实现保护配合。为了减少短路电流对系统造成的冲击,变电站变压器低压侧开关(也即10kV母线进线开关)的过流保护动作时间最小仅设置为0.5s[11],为了不影响上级保护的整定值,需要在此0.5s内安排多级级差保护的延时配合。目前,馈线断路器(弹簧储能操动机构)开关的机械动作时间一般为30~40ms,熄弧时间10ms左右,保护的固有响应时间30ms左右,因此,馈线开关可以设置0s保护动作延时,在100ms内快速切断故障电流[12]。若在馈线分支开关或用户开关配置过流脱扣断路器或熔断器,考虑到励磁涌流较主干线开关小的多,适当加大脱扣动作电流阈值就可躲过励磁涌流而不必采取延时措施,因此过流脱扣分支断路器或熔断器具有更快的故障切除时间,但是分支线或用户侧熔断器需要人工恢复,不利于瞬时性故障处理,因此在实施配电自动化的馈线上不推荐采用。考虑一定的时间裕度,变电站10kV出线开关可以设置200~250ms的保护动作延时时间,与变电站变压器低压侧开关仍留有250~300ms的级差,能够确保选择性,从而实现两级级差保护配合。下面分析三级级差保护配合的可行性。科学技术的飞速发展带动了开关技术的迅速进步,永磁操动机构和无触点驱动技术使得保护的动作时间显著缩短。永磁操动机构通过工作参数的设计和配合,其分闸时间可以做到10ms左右。无触点电子式分合闸驱动电路分合闸延时时间可以小于1ms。快速保护算法可以在10ms左右完成故障判断。结合上述先进技术的快速保护断路器可以在30ms内将故障电流切除[13]。若馈线开关设置0s保护动作延时,则在30ms内可以快速切断故障电流。考虑一定的时间裕度,上一级馈线开关可以设置100~150ms的保护动作延时时间,变电站10kV出线开关可以设置250~300ms的保护动作延时时间,与变电站变压器低压侧开关仍留有200~250ms的级差能够确保选择性,从而实现三级级差保护配合。考虑到对于变压器、断路器、负荷开关、隔离开关、线路以及电流互感器在设计选型时是根据后备保护(即变电站变压器低压侧开关的过流保护)的动作时间来进行热稳定校验的[14],而所建议的多级级差保护配合方案并没有改变后备保护的定值,因此不会对这些设备的热稳定造成影响。综上所述,采用弹簧储能操动机构至少可以实现两级级差保护配合而不影响上级保护配合,采用永磁操动机构和无触点驱动技术至少可以实现三级级差保护配合而不影响上级保护配合。在系统的抗短路电流承受能力较强的情况下,也可以适当延长变电站变压器低压侧开关的过流保护动作延时时间,并实现更多级保护配合。2多级级差保护与集中式故障处理的协调配合2.1两级级差保护的配置原则两级级差保护配合下,线路上开关类型组合选取及保护配置的原则为:(1)主干馈线开关全部采用负荷开关。(2)用户开关或分支开关采用断路器。(3)变电站出线开关采用断路器。(4)用户断路器开关或分支断路器开关保护动作延时时间设定为0s;变电站出线断路器保护动作延时时间设定为200~250ms。采用上述两级级差保护配置后,具有下列优点:(1)分支或用户故障发生后,相应分支或用户断路器首先跳闸,而变电站出线开关不跳闸,因此不会造成全线停电,有效解决了全负荷开关馈线故刘健,等继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理-55-障后导致停电用户数多的问题。(2)不会发生开关多级跳闸或越级跳闸的现象,因此故障处理过程简单,操作的开关数少,瞬时性故障恢复时间短,有效克服了全断路器开关馈线的不足。(3)主干线采用负荷开关相比全断路器方式降低了造价。2.2两级级差保护下的集中式故障处理策略在主干线路上发生故障后,根据主干线线路类型的不同,集中式故障处理的策略建议如下:1)若主干线为全架空馈线,则集中式故障处理步骤为:(1)馈线发生故障后,变电站出线断路器跳闸切断故障电流。(2)经过0.5s延时后,变电站出线断路器重合,若重合成功则判定为瞬时性故障;若重合失败则判定为永久性故障。(3)主站根据收集到的配电终端上报的各个开关的故障信息判断出故障区域。(4)若是瞬时性故障,则将相关信息存入瞬时性故障处理记录;若是永久性故障,则遥控故障区域周边开关分闸以隔离故障区域,并遥控相应变电站出线断路器和联络开关合闸恢复健全区域供电,将相关信息存入永久性故障处理记录。2)若主干线为全电缆馈线,则集中式故障处理步骤为:(1)馈线发生故障后即认定是永久性故障,变电站出线断路器跳闸切断故障电流。(2)主站根据收集到的配电终端上报的各个开关的故障信息判断出故障区域。(3)遥控相应环网柜中的故障区域周边开关分闸隔离故障区域,并遥控相应变电站出线断路器和相应环网柜的联络开关合闸恢复健全区域供电,将相关信息存入永久性故障处理记录。在分支线路或用户处发生故障后,集中式故障处理步骤为:(1)相应分支断路器或用户断路器跳闸切断故障电流。(2)若跳闸分支断路器或用户断路器所带支线为架空线路,则快速重合闸控制开放,经过0.5s延时后相应断路器重合,若重合成功则判定为瞬时性故障;若重合失败则判定为永久性故障。若跳闸分支断路器或用户断路器所带支线为电缆线路,则直接认定为永久性故障而不再重合。例如,对于图1(a)所示的架空配电线路,当采用两级级差保护配合集中式故障处理时,配置如下:变电站出线开关S1、S2和用户开关B1、B2采用断路器,分段开关以及联络开关A1~A7采用负荷开关。B1、B2断路器保护动作延时时间设定为0s,变电站出线断路器S1、S2保护动作延时时间设定为200m
本文标题:继电保护与配电自动化配合的配电网故障处理
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