配電網(wǎng)繼電保護(hù)對(duì)供電可靠性的影響
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)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(duì)這些用戶必須建設(shè)用戶專線或建立專供的開閉所和配電室來(lái)滿足要求。在配電網(wǎng)規(guī)模迅速增加的同時(shí)，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜多樣，這對(duì)二次繼電保護(hù)做到與一次結(jié)構(gòu)的相互匹配提出了更高的要求。
摘要：本文分析了武漢城區(qū)10kV配電網(wǎng)的典型接線方式及配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置情況，從對(duì)用戶供電可靠性的角度，分析了配電網(wǎng)繼電保護(hù)存在的問(wèn)題，并提出相關(guān)建議。
關(guān)鍵字：繼電保護(hù),供電可靠性,配電網(wǎng)
繼電保護(hù)是配電網(wǎng)的基礎(chǔ)支撐技術(shù)，對(duì)供電可靠性有著根本性的影響。但傳統(tǒng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)往往以保護(hù)電網(wǎng)本身的安全為主，而忽視了對(duì)用戶的可靠持續(xù)供電，其保護(hù)配置與整定配合比較簡(jiǎn)單，不能夠很好地保護(hù)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(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)討論10kV配電網(wǎng)絡(luò)中繼電保護(hù)整定與配合的問(wèn)題，及其對(duì)供電可靠性的影響。
1目前配電網(wǎng)典型接線及繼電保護(hù)概況
配電網(wǎng)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(shè)和供電可靠性的需要，電纜線路所占比重越來(lái)越大。電纜線路一般分為放射形網(wǎng)絡(luò)和環(huán)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，放射形網(wǎng)絡(luò)采用分級(jí)式，通過(guò)開閉所將電源從上級(jí)送到下級(jí)，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(qū)電纜環(huán)網(wǎng)線路主要采用單環(huán)網(wǎng)方式，這種接線模式通過(guò)戶外環(huán)網(wǎng)柜、戶內(nèi)配電室環(huán)網(wǎng)單元來(lái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，形成手拉手式的環(huán)網(wǎng)，正常情況下開環(huán)運(yùn)行，當(dāng)任一段線路發(fā)生故障時(shí)可通過(guò)切換，隔離故障區(qū)域，恢復(fù)非故障段的供電。
武漢城區(qū)10kV配網(wǎng)經(jīng)過(guò)改造，變電站10kV饋線開關(guān)已經(jīng)基本更換為微機(jī)型保護(hù)，只存在少數(shù)電磁型保護(hù)，而開閉所的情況正好相反，大多數(shù)還是老式的電磁型反時(shí)限保護(hù)，只有少數(shù)重要的開閉所改造成了微機(jī)型保護(hù)。對(duì)于環(huán)網(wǎng)柜，則主要是采用負(fù)荷開關(guān)，不設(shè)斷路器。對(duì)10kV配網(wǎng)繼電保護(hù)裝置是按變電站10kV饋線開關(guān)及開閉所進(jìn)線、出線保護(hù)由速斷、過(guò)流保護(hù)構(gòu)成，架空線路配有后加速重合閘這一原則構(gòu)成的。
2配電網(wǎng)繼電保護(hù)存在的問(wèn)題
按照《3～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》的規(guī)定，繼電保護(hù)整定必須滿足快速性、選擇性、靈敏性和可靠性四項(xiàng)基本要求。在配電網(wǎng)中若不能兼顧這四項(xiàng)基本要求時(shí)，則按下級(jí)服從上級(jí)、上級(jí)盡可能照顧下級(jí)的需要，并保證重要用戶供電的原則進(jìn)行合理取舍。目前，武漢城區(qū)10kV配電網(wǎng)中暴露出由于繼電保護(hù)配置及整定計(jì)算影響供電可靠性的主要有以下問(wèn)題。
2.1 電磁型反時(shí)限保護(hù)與微機(jī)保護(hù)之間不配合
反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)的原理是動(dòng)作時(shí)間隨短路電流的增大而自動(dòng)減小的保護(hù)，即短路電流越大，跳閘時(shí)間越短，其整定方法與速斷、過(guò)流保護(hù)不同，使其與上級(jí)的微機(jī)保護(hù)配合出現(xiàn)問(wèn)題。如一級(jí)開閉所在經(jīng)過(guò)改造，全部更換為微機(jī)型保護(hù)，速斷時(shí)間整定為0S，但是其下級(jí)開閉所未經(jīng)改造，進(jìn)出線保護(hù)都還是采用的傳統(tǒng)的電磁型反時(shí)限保護(hù)，其動(dòng)作時(shí)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(xiàn)下級(jí)線路短路時(shí)上級(jí)線路也同時(shí)動(dòng)作的情況。這樣就擴(kuò)大了停電范圍，影響了上級(jí)用戶的供電可靠性。
若下級(jí)開閉所也進(jìn)行了改造，配置了微機(jī)保護(hù)，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(shí)各級(jí)開閉所感受到的電流都達(dá)到了速斷動(dòng)作值而造成其同時(shí)啟動(dòng)并跳閘。這時(shí)同樣影響了非故障段用戶的供電可靠性，并會(huì)影響巡線人員對(duì)故障點(diǎn)的判斷，延長(zhǎng)送電時(shí)間。
2.2 開閉所級(jí)數(shù)過(guò)多，保護(hù)難以配合
武漢城區(qū)配網(wǎng)中開閉所串接最多達(dá)到四級(jí)，這樣的結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足保護(hù)對(duì)選擇性的要求，保護(hù)整定也就無(wú)法逐級(jí)配合，當(dāng)用戶或下級(jí)串供負(fù)荷故障時(shí)，電源側(cè)將無(wú)選擇性地切除，擴(kuò)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(guò)流保護(hù)時(shí)間一般整定為1S，按照配合原則，其下級(jí)線路時(shí)限應(yīng)該逐級(jí)減少一個(gè)時(shí)間級(jí)差Δ t，一般微機(jī)保護(hù)級(jí)差為0.3S，電磁型保護(hù)為0.5S，所以當(dāng)開閉所級(jí)數(shù)大于2級(jí)時(shí)，在時(shí)間上不夠分配，也就沒(méi)有辦法配合。所以整定人員只有將每一級(jí)的開關(guān)保護(hù)時(shí)間定值都整定為速斷0S，過(guò)流0.5S。這種缺陷是由電流階段保護(hù)原理和保護(hù)裝置本身特性所決定的，無(wú)法用改變定值大小及時(shí)間的方法來(lái)彌補(bǔ)。
2.3 限時(shí)速斷保護(hù)對(duì)同母線其他用戶的影響
下級(jí)或分支線路開關(guān)保護(hù)多采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，為避免分支線路故障引起整條線路停電，武漢城區(qū)變電站10kV饋線開關(guān)速斷保護(hù)帶0.15S的延時(shí)，以保證整條饋線的供電可靠性。盡管這種保護(hù)配合保證了饋線上非故障區(qū)域用戶的持續(xù)供電，但是在主干線上發(fā)生故障時(shí)，由于延時(shí)速斷保護(hù)會(huì)造成主干線上故障切除時(shí)間延長(zhǎng)，變電站母線電壓會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的驟降，威脅同母線非故障線路上敏感負(fù)荷的正常運(yùn)行。在數(shù)字經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，許多用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性要求較高，因保護(hù)配置問(wèn)題引起的停電范圍擴(kuò)大或電壓驟降問(wèn)題對(duì)用戶造成的損失也越來(lái)越大。
3對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的建議
針對(duì)武漢城區(qū)10kV配電網(wǎng)及其繼電保護(hù)裝置配置現(xiàn)狀，有以下幾點(diǎn)建議。
1)取消開閉所進(jìn)線開關(guān)的速斷保護(hù)，只保留過(guò)流保護(hù)，速斷保護(hù)直接由上級(jí)變電站與下級(jí)開閉所的出線相配合，減少配合級(jí)數(shù)。如上圖所示，取消一級(jí)開閉所 02進(jìn)線開關(guān)速斷保護(hù)，使變電站出線01開關(guān)速斷保護(hù)直接與一級(jí)開閉所出線保護(hù)相配合，因?yàn)樽冸娬境鼍�開關(guān)速斷保護(hù)有0.15S延時(shí)，過(guò)流時(shí)限為1S，那么一級(jí)開閉所上的出線開關(guān)與其配合時(shí)，速斷時(shí)間整定為0S。進(jìn)線開關(guān)過(guò)流保護(hù)與上級(jí)變電站出線配合，時(shí)限整定為0.7S，而開閉所出線過(guò)流時(shí)限與進(jìn)線配合整定為0.4S，這樣當(dāng)出線有故障使該條線路跳閘時(shí)不會(huì)甩掉整條母線負(fù)荷，提高了供電可靠性。該方案執(zhí)行比較簡(jiǎn)單，只需要停用相關(guān)開關(guān)的保護(hù)即可，但是犧牲了開閉所母線故障時(shí)切除故障的時(shí)間，原來(lái)是由進(jìn)線速斷保護(hù)無(wú)延時(shí)切除，現(xiàn)在則由過(guò)流保護(hù)以0.4S延時(shí)切除。同時(shí)，配網(wǎng)的倒閘操作比較頻繁，在開閉所每次更改運(yùn)行方式時(shí)，都需要更改保護(hù)，比較麻煩。
2)關(guān)于多級(jí)串供問(wèn)題，在電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行方式中，要合理選擇供電方案。例如減少開閉所級(jí)數(shù)，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(hù)更換為微機(jī)型保護(hù)以減小時(shí)間級(jí)差;采用更加可靠的一次設(shè)備使斷路器開斷時(shí)間盡可能的短;開閉所進(jìn)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(duì)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(jìn)線全部加裝光纖差動(dòng)保護(hù)的方法，使其成為該線路主保護(hù)，將速斷和過(guò)流保護(hù)作為其后備保護(hù)，速斷保護(hù)加0.15S延時(shí)，過(guò)流保護(hù)按0.3S 級(jí)差逐級(jí)配合。由于光差保護(hù)只保護(hù)本線路全長(zhǎng)，不存在相互配合問(wèn)題。
4)在具備條件的地區(qū)實(shí)現(xiàn)配電自動(dòng)化，將保護(hù)的部分功能轉(zhuǎn)移到配電終端，通過(guò)饋線自動(dòng)化與保護(hù)的配合，快速實(shí)施故障隔離和恢復(fù)送電，提高供電可靠性。
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