電網自動化保護協調研究

王波　李芳芳　張南

摘要 ：配電系統與電網區塊并聯時會對配電系統造成重大的影響，例如增加的故障電流可能造成斷路器容量不足而失效、故障電流的方向改變造成保護電驛誤動作，因此必需重新配置系統中的主保護電驛、后衛保護電驛及協調時間區間，將斷電時間及斷電區域減至最小并將未受損的區域做快速的隔離。

探討并聯運轉時發生三相短路故障或單相接地故障的情形，并使用線性規劃法完成保護協調優化。電網區塊進入模式后，系統結構改變時的保護協調策略。

關鍵詞 ：電網 自動化 保護 協調 研究1.電網

電網是將分布式電源、儲能設備、及控制裝置結合形成一可控的獨立供電系統，并聯在大電網中亦可視為一可控單元。對用戶而言電網可滿足以下的需求：降低饋線損耗、保持本地電壓穩定、增加本地可靠性[1]，本文中則是視為一可控區塊與放射型配電系統并聯運轉。

2.配電系統架構

配電系統考慮電業規劃、建置成本與供電可靠性…等需求，因為區域需求的不同，有著不同的形態，而放射型配電系統為最簡單的配電架構，目前國內的配電系統主要為放射型配電系統如圖1所示，因而本文也以此討論為主。

主變壓器二次側端使用MainCB保護，饋線上使用FCB保護而分歧在線四路開關使用四路開關上的LCB保護，末端高壓客戶端的責任分界點前可使用保護電驛或熔絲開關保護，如圖1所示。

3.系統的保護協調

在故障發生時，為保護系統上設備不受損壞因此在故障發生時必需快速隔離故障區域因此會在系統中加裝保護電驛，且隔離區域必需最小，因此對保護電驛動作方式有所規范[2]。在本文配電系統中加裝的保護裝置為過電流保護電驛，其動作原則為：

1.需快速隔離故障區域。

2.主保護電驛需比后衛保護電驛快動作。

過電流電驛，依照時間-動作電流特性曲線分為適度反時型（MI）、超反時型（VI）與極度反時型（EI）三種類型，公式（3-1）為其統一公式，依照不同類型有不同的保護系數。

如表1所示為過電流電驛各類型特性曲線不同的電驛系數，依照使用電驛的形式不同代入不同的系數。而本文中則是選用了超反時型、極度反時型兩種類型。保護協調還需注意過電流保護電驛協調時的時間間隔（CTI），過電流電驛的間協調時間間隔一般為0.2～0.5秒，其時間包括主保護斷路器啟斷時間（0.08秒）、后衛保護電驛慣性轉動時間（0.1秒）及安全系數（0.22秒），因此一般CTI設定為0.3秒，但是因為不同型式的保護電驛會有不同的間隔時間，若使用數位式電驛時則可忽略后衛保護電驛慣性轉動時間的0.1秒，故在此CTI設定為0.2秒而以熔絲為主保護，保護電驛為后衛保護時，主保護熔絲的最大清除時間保持0.3秒的間隔，但熔絲總清除時間在1秒以下時，兩者差距可縮短至0.1秒。

4. 軟件仿真

當系統發生故障時線路上的電流值會急速升高，此時需迅速將故障隔離，否則將會對系統及設備造成危害。本文中在PSCAD架構的配電系統中仿真三相短路故障及單相接地故障，利用故障時所產生的故障電流數據，以此數據規劃配電系統的保護協調。

圖2、3、4為模擬MainCB1的保護電驛在不同情況下發生近端故障時，故障在7秒時發生，持續1秒，在PSCAD上量測MainCB1的IED所量測到的故障電流波形。

5.三相短路故障

本節模擬三相短路故障發生于各故障點上時，所產生的故障電流并取得三相短路故障電流數值，在高壓客戶端部分可使用保護電驛或熔絲開關保護。

6.總結

故障電流可看出電網區塊的并網與否會因電網區塊的電流方向而造成故障電流的大小改變，證實配電系統的保護協調在有電網并網運轉時需做適當的調整，才能確實地對系統上的設備做到確實的保護，而我們使用線性規劃法執行保護協調優化，并調整其中不符保護協調曲線的跳脫時間，完成其保護協調。

參考文獻：

[1] 張保會，尹項根主編.電力系統繼電保護[M]. 中國電力出版社， 2005

[2] 張全元主編.變電運行現場技術問答[M]. 中國電力出版社， 2003

作者簡介：

王波（1971，4，29—），男，工作單位 ：濱州供電公司，學歷 ：大專，職稱 ：高級技師，研究方向 ：電力自動化、數據網。