配電網繼電保護對供電可靠性的影響

李瑋

摘要：本文分析了武漢城區10kV配電網的典型接線方式及配電網繼電保護配置情況，從對用戶供電可靠性的角度，分析了配電網繼電保護存在的問題，并提出相關建議。

關鍵字：繼電保護 供電可靠性 配電網

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

隨著經濟社會的飛速發展，用戶對供電可靠性的要求不斷提高，特別是一些大型重要用戶，用電需求量大、可靠性要求高，針對這些用戶必須建設用戶專線或建立專供的開閉所和配電室來滿足要求。在配電網規模迅速增加的同時，配電網結構也變得更加復雜多樣，這對二次繼電保護做到與一次結構的相互匹配提出了更高的要求。

繼電保護是配電網的基礎支撐技術，對供電可靠性有著根本性的影響。但傳統保護方案設計的出發點往往以保護電網本身的安全為主，而忽視了對用戶的可靠持續供電，其保護配置與整定配合比較簡單，不能夠很好地保護用戶免受故障停電與電壓驟降的損失。

本文主要以用戶的供電可靠性為出發點，重點討論10kV配電網絡中繼電保護整定與配合的問題，及其對供電可靠性的影響。

1目前配電網典型接線及繼電保護概況

配電網中常用的線路為架空線路和電纜線路兩大類。架空線路包括純架空線路和架空與電纜混合線路，一般為公用線路。隨著城市建設和供電可靠性的需要，電纜線路所占比重越來越大。電纜線路一般分為放射形網絡和環網狀網絡，放射形網絡采用分級式，通過開閉所將電源從上級送到下級，可作為大用戶的專供線路，開閉所一般從變電站不同的10kV母線取兩路電源，保證其供電可靠性。武漢市區電纜環網線路主要采用單環網方式，這種接線模式通過戶外環網柜、戶內配電室環網單元來進行聯絡，形成手拉手式的環網，正常情況下開環運行，當任一段線路發生故障時可通過切換，隔離故障區域，恢復非故障段的供電。

武漢城區10kV配網經過改造，變電站10kV饋線開關已經基本更換為微機型保護，只存在少數電磁型保護，而開閉所的情況正好相反，大多數還是老式的電磁型反時限保護，只有少數重要的開閉所改造成了微機型保護。對于環網柜，則主要是采用負荷開關，不設斷路器。對10kV配網繼電保護裝置是按變電站10kV饋線開關及開閉所進線、出線保護由速斷、過流保護構成，架空線路配有后加速重合閘這一原則構成的。

2配電網繼電保護存在的問題

按照《3～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程》的規定，繼電保護整定必須滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性四項基本要求。在配電網中若不能兼顧這四項基本要求時，則按下級服從上級、上級盡可能照顧下級的需要，并保證重要用戶供電的原則進行合理取舍。目前，武漢城區10kV配電網中暴露出由于繼電保護配置及整定計算影響供電可靠性的主要有以下問題。

2.1 電磁型反時限保護與微機保護之間不配合

反時限過電流保護的原理是動作時間隨短路電流的增大而自動減小的保護，即短路電流越大，跳閘時間越短，其整定方法與速斷、過流保護不同，使其與上級的微機保護配合出現問題。如一級開閉所在經過改造，全部更換為微機型保護，速斷時間整定為0S，但是其下級開閉所未經改造，進出線保護都還是采用的傳統的電磁型反時限保護，其動作時間只有在短路電流很大的情況下才能接近0S，所以可能出現下級線路短路時上級線路也同時動作的情況。這樣就擴大了停電范圍，影響了上級用戶的供電可靠性。

若下級開閉所也進行了改造，配置了微機保護，但由于開閉所之間物理距離短，又多采用全電纜線路，使線路的電氣距離急劇縮短，造成短路電流很大，此時各級開閉所感受到的電流都達到了速斷動作值而造成其同時啟動并跳閘。這時同樣影響了非故障段用戶的供電可靠性，并會影響巡線人員對故障點的判斷，延長送電時間。

2.2 開閉所級數過多，保護難以配合

武漢城區配網中開閉所串接最多達到四級，這樣的結構無法滿足保護對選擇性的要求，保護整定也就無法逐級配合，當用戶或下級串供負荷故障時，電源側將無選擇性地切除，擴大了停電范圍，影響供電可靠性。

如上圖所示，變電站10kV出線過流保護時間一般整定為1S，按照配合原則，其下級線路時限應該逐級減少一個時間級差Δ t，一般微機保護級差為0.3S，電磁型保護為0.5S，所以當開閉所級數大于2級時，在時間上不夠分配，也就沒有辦法配合。所以整定人員只有將每一級的開關保護時間定值都整定為速斷0S，過流0.5S。這種缺陷是由電流階段保護原理和保護裝置本身特性所決定的，無法用改變定值大小及時間的方法來彌補。

2.3 限時速斷保護對同母線其他用戶的影響

下級或分支線路開關保護多采用瞬時電流速斷保護，為避免分支線路故障引起整條線路停電，武漢城區變電站10kV饋線開關速斷保護帶0.15S的延時，以保證整條饋線的供電可靠性。盡管這種保護配合保證了饋線上非故障區域用戶的持續供電，但是在主干線上發生故障時，由于延時速斷保護會造成主干線上故障切除時間延長，變電站母線電壓會出現長時間的驟降，威脅同母線非故障線路上敏感負荷的正常運行。在數字經濟高速發展的今天，許多用戶對電能質量和供電可靠性要求較高，因保護配置問題引起的停電范圍擴大或電壓驟降問題對用戶造成的損失也越來越大。

3對配電網繼電保護的建議

針對武漢城區10kV配電網及其繼電保護裝置配置現狀，有以下幾點建議。

1）取消開閉所進線開關的速斷保護，只保留過流保護，速斷保護直接由上級變電站與下級開閉所的出線相配合，減少配合級數。如上圖所示，取消一級開閉所 02進線開關速斷保護，使變電站出線01開關速斷保護直接與一級開閉所出線保護相配合，因為變電站出線開關速斷保護有0.15S延時，過流時限為1S，那么一級開閉所上的出線開關與其配合時，速斷時間整定為0S。進線開關過流保護與上級變電站出線配合，時限整定為0.7S，而開閉所出線過流時限與進線配合整定為0.4S，這樣當出線有故障使該條線路跳閘時不會甩掉整條母線負荷，提高了供電可靠性。該方案執行比較簡單，只需要停用相關開關的保護即可，但是犧牲了開閉所母線故障時切除故障的時間，原來是由進線速斷保護無延時切除，現在則由過流保護以0.4S延時切除。同時，配網的倒閘操作比較頻繁，在開閉所每次更改運行方式時，都需要更改保護，比較麻煩。

2）關于多級串供問題，在電網規劃和運行方式中，要合理選擇供電方案。例如減少開閉所級數，盡量采用變電站至開閉所，開閉所直接向用戶供電的方式；將電磁型保護更換為微機型保護以減小時間級差；采用更加可靠的一次設備使斷路器開斷時間盡可能的短；開閉所進線從不同變電站引入以滿足“ N-1 ”的供電可靠性要求等等。

3）對供電可靠性要求高、非常重要的一類用戶，建議采用從變電站出線到配電室進線全部加裝光纖差動保護的方法，使其成為該線路主保護，將速斷和過流保護作為其后備保護，速斷保護加0.15S延時，過流保護按0.3S級差逐級配合。由于光差保護只保護本線路全長，不存在相互配合問題。

4）在具備條件的地區實現配電自動化，將保護的部分功能轉移到配電終端，通過饋線自動化與保護的配合，快速實施故障隔離和恢復送電，提高供電可靠性。

參考文獻：

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