配电网多级继电保护配合技术研究

张哲++林林

摘要：介绍配电网多级保护配合的原理及可行性，论述多级级差保护与配电自动化配合的故障处理方法，使用配电网自动化技术和继电保护技术保障配电网安全稳定运行，为提高电力系统供电可靠性提供技术参考。

关键词：继电保护；配电网；故障处理；多级级差

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）09-0063-02

供电可靠性是衡量电力系统对用户持续供电能力的重要标准之一，直接关系着用户的用电安全和供电企业的经济效益。停电是影响供电可靠性的主要因素，造成停电的原因主要有计划检修和故障停电。计划检修导致的停电难以规避，是影响供电可靠性的主要因素。相关统计资料显示，造成用户停电故障的因素主要发生在配电网侧，因此，大力推广和使用配电网自动化技术和继电保护技术有效保障配电网安全稳定运行，对提高电力系统供电可靠性具有十分重要的意义。

近年来，随着科学技术的飞速发展，配电网自动化技术和继电保护技术日趋成熟，应用也越来越广泛。在实践中，配电网自动化系统与继电保护系统都有各自的优势和不足，如果二者能够协调配合，既能充分发挥继电保护系统快速切除故障且不会对健全区域停电的优势，又能利用配电网自动化系统解决继电保护系统选择性不足的问题。

1 配电网多级保护配合的可行性

1.1 基本原理

根据不同配电线路的特点采取不同的保护方式。大部分农村配电线路的主要特点是供电半径较长、分段数较少、开环运行。此类线路发生故障时，各分段开关的短路电流都不相同，且短路电流相差较大。在这种情况下，应选用多级保护配合方式，通常是电流定值和延时级差互相配合快速切除故障线路。

城市配电线路的主要特点是供电半径较短、开环运行。少部分农村配电线路具有分段数较多且开环运行的特点。当上述两种类型的配电线路发生故障时，各分段开关短路电流数值基本相近，在各分段开关设定不同的电流定值无法实现保护目的，因此，应设定延时时间级差，有选择性地对故障线路进行切除处理。

1.2 时间级差保护配合的可操作性

对于两级级差保护配合，通常对变电站出线开关和馈线开关设置不一样的时间级差。短路电流对系统的冲击是巨大的，为避免发生此类情况，通常把变电站低压侧母联开关的最低过流保护动作时间设置为0.5 s；为防止对上级保护整定值造成影响，必须在0.5 s内安排多级保护延时配合。馈线断路器开关动作时间通常为 30～40 ms，熄弧时间为10 ms，保护响应时间为30 ms，因此，馈线开关可设置0 s延时保护跳闸，在100 ms内切除故障。如果在馈线分支开关或用户开关配置熔断器，能够更快切除故障，但是，熔断器需要人工操作恢复，处理瞬时性故障难度很大。如果适当考虑时间差的问题，變压器低压侧开关继续保留250～300 ms的级差，而对变电站出线开关设置200～250 ms延时，可实现两级级差保护配合。

随着永磁操动机构和无触点驱动技术的日趋完善，三级级差保护配合可极大缩短保护动作时间。永磁操动机构分闸时间可达到10 ms，无触点电子式分合闸可小于1 ms。受这两方面技术支持，断路器能在30 ms时间内迅速切除故障。如果馈线开关设置动作时间为0 s，则发生故障后，相关断路器可在30 ms内迅速切除故障。在适当考虑时间差的情况下，在变压器低压侧开关继续保留200～250 ms时间级差，为上一级馈线开关设置100～150 ms延时时间，能确保实现三级级差保护配合。

2 多级级差保护与配电自动化配合的故障处理

2.1 多级级差保护配置原则

为实现两级级差保护，在选取线路开关及配置保护方面必须遵循的基本原则是：1） 主干馈线开关通常选用负荷开关，以达到标准要求；2） 用户开关和分支开关的标准要求较高，一般负荷开关难以满足要求，故应采用断路器，并将其保护动作延时时间设定为0 s；3） 变电站出线开关的标准要求也较高，故也应采用断路器，并把保护动作延时时间设定为200～250 ms。

采用两级级差或三级级差保护配合具有以下优点：1） 分支或用户发生故障后，相应断路器立即跳闸切除故障，而变电站出线断路器不跳闸，不会造成全线停电。2） 避免出现开关多级跳闸或越级跳闸问题，简化故障处理，操作开关数少，恢复故障时间短。3） 主干线可以采用负荷开关，不必采用断路器，降低工程造价。

2.2 多级级差保护与配电自动化配合的故障处理

以两级级差保护为例，介绍多级级差保护与配电自动化配合的故障处理方法。主干线线路类型存在差异，具体故障处理措施如下。

2.2.1 处理主干线为全架空馈线的故障 发生馈线故障后，变电站出线断路器跳闸切除故障，经0.5 s延时，断路器如果自动重合则为瞬时性故障，如果不能自动重合则为永久性故障。主站根据收到的故障信息判断故障位置，将瞬时性故障信息存入瞬时性故障处理记录；对于永久性故障，遥控故障位置附近开关分闸隔离故障，同时遥控变电站出线断路器和联络开关进行合闸，恢复非故障区域供电，并将故障信息存入永久性故障处理记录。

2.2.2 处理主干线为全电缆馈线的故障 此类故障通常是永久性故障，发生故障后，变电站出线断路器立即跳闸切除故障。主站根据收集到的故障信息判断故障位置，遥控故障区位置附近开关分闸隔离故障，同时遥控变电站出线断路器和环网柜联络开关进行合闸，恢复非故障区域供电，并将故障信息存入永久性故障处理记录。

2.2.3 处理分支线路或用户处发生的故障 发生故障后，断路器立即跳闸切除故障。如果跳闸断路器所带支线为架空线路，经过0.5 s延时后断路器进行自动重合，如果发生的是瞬时性故障，断路器可以自动重合；如果发生的是永久性故障，断路器则难以自动重合。电缆线路的上级断路器出现跳闸，则发生永久性故障，断路器不会自动重合。

3 电压时间型馈线与两级级差保护的配合

电压时间型馈线基本原理是，通过电压时间型分段器与重合器相互配合作用，对出现故障的线路进行切除隔离。此项技术优点很多，但是也存在一定缺点：线路的任何位置发生故障，都会造成断路器跳闸，导致大面积停电。如果这一技术与两级级差保护配合使用，就可解决停电范围过大的问题，具体方法如下：将重合器时间设定为200～250 ms，用其作为变电站出口开关；将电压时间型分段器作为馈线开关，用户分支开关使用断路器，设定动作延时为0 s，并配置延时时间为0.5 s的一次快速重合闸。

4 结语

如果使用上述方法，主干线故障处理程序与常规电压时间型馈线故障处理步调保持一致性。当用户或分支线路发生故障时，对应的开关第一时间跳闸，而变电站出口开关不会跳闸，经过0.5 s延时时间自动重合，如果成功重合闸，恢复供电，则发生的故障是瞬时性故障；如果出现二次跳闸，则发生的故障是永久性故障，通过遥控装置发出信号，对故障线路进行切除隔离。电压时间型馈线与两级级差保护相互配合，一方面可以避免出现大面积停电问题，另一方面线路分支或用户故障不会对其他分支、主干线、用户造成不良影响。

参考文献

[1] 刘健，刘超，张小庆，等.配电网多级继电保护配合的关键技术研究[J].电力系统保护与控制，2015（9）：35-41.

[2] 钟远林.配电网多级继电保护配合的关键技术探讨[J].中国高新技术企业，2016（27）：126-127.

[3] 邬溢生.浅析继电保护与配电自动化配合的故障处理措施[J].中国科技纵横，2014（6）：192.