浅谈配电系统继电保护配置的优化

　　摘要：继电保护作为电力安全生产体系中的重要环节，对确保电力系统的安全、稳定、可靠和经济运行有着重要的作用。配电网络处于电力系统的末端，是电能输送的最后一个环节，直接承担着对用户的供电，其安全运行水平直接影响对用户的供电质量。因此对配电网的继电保护进行优化对改善配电网保护具有重要的意义。
　　关键词：配电系统；继电保护；优化
　　1概述
　　当前中低压配网中存在的主要问题为输电线路短、保护级数多。随着配电网用电负荷密度的增大，高压输电线路越来越密集，短距离输电线路越来越多，如何进行合理的保护配置，使线路故障能被快速准确的切除就成为大家关注的问题。这种配电系统中普遍存在的短线路保护需解决的难点:由于输电线路长度短，发生故障情况接近于母线短路，目前系统容量越来越大，母线短路电流也越来越大，保护的选择性问题显得更为突出。
　　中低压配电线路的常规配置一般为三段式电流保护。阶梯式保护的动作时间比较长，对快速切除故障不利，而且很多情况下无法满足选择性。其中速断保护(工段)只能保护到线路全长的一部分，不能实现全线速动。这种方式已经越来越难以适应市场化的需要，暴露出来的弊端也越来越多，主要有:
　　⑴配电网线路的短路容量越来越大，保护带延时对故障设备的损害加大。造成供电变压器绕组变形、烧毁等问题。
　　⑵保护带延时，同一母线出现大量的甩负荷问题。
　　⑶同一母线持续电压跌落，造成电压敏感用电设备的毁坏和产品的报废。
　　⑷故障点游离时间长，使本属于瞬时性故障情况发展成永久性故障，造成重合闸成功率低的问题。
　　⑸故障点不能准确隔离，造成停电面积大，查找故障困难，恢复送电慢等问题。
　　⑹配电线路的供电方式千变万化，相应的继电保护整定工作非常繁杂。
　　2电压保护
　　配电系统的电压保护一般是反应三相系统中的相间电压(即线电压)降低而动作的，既可以配置为阶段式，也可以与电流保护的某一段相配合。
　　2.1过电流闭锁的电压速断保护
　　电压速断保护的核心是低电压继电器，当输入到其输入端子上的电压量低于其整定值时，立即给出动作信号，将相应的故障设备断开。由于连接于同一条母线上的任何一条线路或设备上发生短路故障时，母线上的电压都会降低。如在煤矿供电系统中，最大运行方式下三条出线末端发生三相短路时PSASP的电压计算结果，-270变2段有三条出线:供东上仓、供西上仓及供一采主皮，这三条线路中的任意一条发生短路故障时，-270变2段处的母线电压都会有大幅度降低。
　　所以在变电站有多个出线的情况下，仅用电压量无法判断出具体的故障设备，从而也就无法保证选择性。为了保证选择性，可采用过电流闭锁的电压保护，即以按躲最大负荷电流整定的过电流元件与低电压元件组成“与”门，当某个出线的过电流元件与电压速断保护的低电压继电器同时动作时，立即给出动作信号。由于非故障出线的过电流元件不会动作，所以只有故障出线才可能被切除，从而保证了选择性。
　　由于过电流元件按躲过最大负荷电流整定，其灵敏度一般较高，所以过电流闭锁的电压速断保护的灵敏度主要取决于低电压元件的灵敏度。与电流速断保护类似，为了保证选择性，在任何的运行方式下，被保护线路以外的其它部位发生任何类型的故障时，电压速断保护都不应该动作。分析表明，系统两相短路时，母线处两故障相之间的电压，与在同一运行方式下同一位置处发生三相短路时两相之间的电压相等，所以电压保护的灵敏度与故障类型无关。这样，电压速断保护的动作电压，应按躲过最小运行方式下，本线路末端短路(三相或两相)时，保护安装处的最小残余电压来整定，即
　　
　　式中一无时限电压速断保护的整定值;
　　一可靠系数，一般取为0.8-0.85;
　　一系统最小运行方式下，线路末端短路时，保护安装处的最小残余电压。
　　 一系统最小运行方式下，保护背后电源至保护安装处母线短路阻抗，以标么值表示。
　　 一线路标么阻抗。
　　保护的灵敏度按照最大运行方式下的保护范围来进行校验，一般要求最小保护范围lmin不应低于线路全长的15-20%。
　　2.2电压电流联锁速断保护
　　电流速断保护、电压速断保护的灵敏度都会随着运行方式的变化而变化，护在最大运行方式下灵敏度最高、两者的不同之处在于，电流速断保保护区最长，在最小运行方式下灵敏度最低、保护范围最小;而电压速断保护正好相反，它在最小运行方式下灵敏度最高、保护区最长，在最大运行方式下灵敏度最低、保护范围最小。无论是电流速断还是电压速断，均是按照最极端的运行方式进行整定，在其它的运行方式下，保护的灵敏度将会降低。
　　电压电流联锁速断保护在构成上与过电流闭锁的电压速断保护类似，也是由一个低电压元件和一个过电流元件“相与”构成，只不过在整定计算上有所不同。电压电流联锁速断保护的低电压元件及过电流元件并不按极端的运行方式进行整定，而是按照最常用的运行方式整定，即低电压元件按躲最常用运行方式下末端短路的最小电压来整定，过电流元件按躲最常用运行方式下末端短路的最大电流来整定，如图1所示。
　　
　　图1电压电流联锁速断保护
　　这样，可以保证在最常用的运行方式下保护区最长，当运行方式变大时，过电流元件的灵敏度会提高，末端母线或下级线路出口短路时可能动作，但低电压元件的灵敏度降低，它不会动作，两者“相与”的结果不会动作;类似地，当运行方式变小时，低电压元件的灵敏度会提高，末端母线或下级线路出口短路时可能动作，但过电流元件的灵敏度降低，它不会动作，两者“相与”的结果也不会动作。可见，电压电流联锁速断保护既可以保证最常用的运行方式下有最高的灵敏度，又能保证在其它运行方式下有良好的选择性。
　　在最常用运行方式下孺。范围内故障时，低电压元件和过电流元件都会动作，保护动作跳闸;运行方式变小时，过电流元件的灵敏度降低，保护范围缩短;运行方式变大时，低电压元件的灵敏度降低，保护的范围也会缩短。所以只要保证最常用运行方式下保护不误动，其它方式下也不会误动。
　　3纵联保护在配电网中的应用
　　3.1加速切保护的优势
　　在某些工业负荷、敏感性负荷的比例较大，对供电可靠性要求较高的场合下，需要继电保护系统对配电线路故障实现全线速切，从而减小电压跌落持续时间，防止发生由于母线电压降低导致的甩负荷现象，传统的三段式保护可能已经难以满足要求。因此，实现配电线路全线速动保护，对有效解决以上问题、提高供电可靠性和供电质量、减小经济损失有重要意义。
　　提高继电保护的动作速度，改善配电系统继电保护的性能，主要有两条途径，其中一种途径是仅检测一点的信息，通过复杂的算法和判据来提高保护性能，如自适应保护、无通道保护等;另一途径是借助多端信息的交换来提高保护性能。鉴于自适应保护、无通道保护目前仍处于理论研究阶段，尚有一些问题难以解决，因而在此仅考虑基于信息交换的纵联保护。
　　3.2信息交换的方式选择
　　在纵联比较式保护中，纵联信息的利用有两种方式，即闭锁式和允许式。从信息交换和利用的角度来说，闭锁式保护交换的是外部故障信息，只要被保护设备的任何一侧感受为外部故障，就说明是外部故障，感受外部故障的一侧向其他侧发出闭锁信号，使各侧都不动作;而在各侧都感受不到外部故障时，说明为内部故障，互不发闭锁信号(即不必交换信息)，各侧(主要指有电源的侧)保护都能快速跳闸。
　　允许式保护传送的是“非本侧区外故障”的信息，若各侧都感受到“非本侧区外故障”，则一定是区内故障，互发允许信号，各侧(有电源侧)都能快速跳闸;而任何一侧感受到“本侧区外”故障时，就一定是区外故障，它不向其他侧保护发允许信号，使各侧保护都不会误动。
　　理论分析和运行经验都表明，闭锁式和允许式各有优缺点。闭锁式需要传输外部故障的信息，若外部故障时闭锁信息不能及时传到对侧，则有可能导致对侧保护误动作;允许式保护需要传输“非外部故障”的信息，在非外部故障的情况下，若不能将允许信息传送到对侧，则可能导致对侧保护拒动或延时动作。考虑到因信号不能正常传输而导致的纵联保护拒动问题可以由传统的阶段式保护来补救，且允许式保护灵敏度配合方便，动作速度快，所以应优先考虑。
　　对于双电源的联络线路，线路的两端都应该装设断路器、互感器和保护装置，线路内部故障时，应立即跳开线路两端的断路器。在构成纵联保护时，通常用方向元件或距离元件作为测量元件。但是配电系统的联络线路，一般都是典型的弱馈线路，即一端接至容量较大的电力系统，另一端接至容量较小的地方电厂，这种线路发生短路时，小电源端提供的短路电流较小，可能会出现弱馈侧测量元件动作灵敏度不足，因而无法向系统侧保护发允许信号的问题，导致两侧保护拒动。由于在这种系统中，小电源端反向短路时流过两侧保护的短路电流均由系统侧提供，所以反向故障时一般不存在灵敏度不足的问题，这时可以采用“小电源侧母线电压降低，但反向方向元件不动时就准备动作，并向对侧(大电源侧)发允许信号”的措施。这样，被保护线路内部故障时，无论小电源侧的正向方向元件能否动作(假定大电源侧可靠动作)，两侧都能快速跳闸;而当小电源侧系统发生故障时(对被保护线路来说为区外故障)，小电源侧的反向方向元件动作，不会向大电源侧发送允许信号，两侧都不会误动。
　　参考文献
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