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摘要：配电网的继电保护对供电质量有着根本性的影响，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。本文针对城市配电网继电保护配置无法满足配电自动化运行需求的问题，分析了配电网继电保护配置存在的问题，并对此提出优化方案，改善了配电网继电保护功能，有效提高了供电可靠性。
关键词：配电网；问题；优化；效果评价
继电保护系统作为电网的重要组成部分，可以随时监控电力系统的运行状态，并能迅速准确地发现故障或出现的异常情况，从而有选择可靠地通过断路器切除故障部分或发出信号及时采取措施排除故障，是有效保障电网安全和提高供电可靠性的第一道防线。然而，由于配电系统网络结构、运行方式等相当复杂，对继电保护装置提出了越来越高的要求。虽然目前在继电保护这一方面取得了一定的成果，但其仍存在着诸多问题，严重影响着继电保护的稳定性和可靠性。因此，对继电保护存在的问题进行分析，并进行优化，能有效地提高电力系统的稳定持续运行的效率。
1 工程概况
某市区配电网由架空线路、电缆线路以及架空、电缆混合线路构成，主要由环网柜、柱上断路器等设备对线路进行分段。大部分线路可实现“手拉手”环网供电模式，两条“手拉手”线路通过柱上断路器或2个环网柜的一路进线进行联络，且现阶段联络设备的定值为退出状态。
10kV配电网网架结构及继电保护配置如图1所示。在图1(a)中，电缆线路网架主要由环网柜串联构成，其中环网柜一般为二进四出6个间隔，进线901、902间隔为带保护功能的断路器间隔，出线911～914间隔为不带保护功能的负荷开关间隔。在图1(b)中，架空线路网架主要由柱上断路器串联构成，柱上断路器一般安装在主干线路上，起到分段作用，分支线路不设置柱上断路器，无保护功能。这种进、出线及主干线带保护的网架结构形成了市区配电网继电保护“强化主干、弱化分支”的特点。
2 配电网的继电保护配置情况
配电网的常规配置一般为三段式电流保护。Ⅰ段为速断保护或电流电压速断保护，Ⅱ段为限时速断保护，Ⅲ段为过电流保护。市区配电网继电保护配置原则如下。
2.1 变电站10kV出线继电保护配置原则
10kV出线开关继电保护配置为两段式或三段式，Ⅰ段为速断保护或电流电压速断保护，无延时；Ⅱ段为限时速断保护，延时0.3s(两段式该段退出)；Ⅲ段为过电流保护，延时1～1.2s。
2.2 环网柜、柱上断路器继电保护配置原则
按照由变电站向配网线路方向逐级递减的原则整定，因串供保护级数多，无级差时，为保证选择性只计算前三级保护。
3 配电网继电保护问题分析
从图1中可以看出，配电网网架结构存在一定的优点，当某一点发生故障跳闸时，故障点上游故障区域最近的断路器能够立即跳闸切断故障电流，从而尽量避免整条线路受到故障的影响，特别是当主干线路发生故障时，能够快速隔离故障区域，防止故障范围扩大；但由于城市配电线路短、供电半径小、供电负荷大、结构复杂、串供的保护级数多等实际情况，市区配电网继电保护存在以下问题:
(1)存在故障越级跳闸及多级跳闸情况。在线路上发生故障时，故障位置上游各个分段开关处的短路电流水平往往差异比较小，受变电站出线开关限额影响，按照供电方向逐级配合，大部分保护会失去选择性，故障发生后往往由于各级开关保护配合问题造成越级跳闸和多级跳闸等现象。
(2)现市区配电网变电站10kV出线断路器设置快速无延时保护，满足了配网变电站断路器出口故障保护动作的快速性，但配网系统存在1号杆柱上断路器与变电站出线断路器同时跳闸的非选择性动作情况。
(3)现场运行存在送电时定值躲不过励磁涌流、保护误动跳闸、线路无法正常投入等情况。
(4)由于市区配电网保护装置安装在主干线上，当分支或用户线路发生故障时，只能由主干线保护装置动作跳闸，隔离故障，无形中扩大了停电范围。
(5)几个环网柜串供的线路，由于环网柜两路进线均带保护功能，使得上一级环网柜出线至下一级环网柜进线之间仅有一段电缆联接，设置成两级保护会造成主干线保护级数过多，无法合理配合。
(6)“手拉手”供电线路，当一条线路停电检修，需要将其负荷倒供到另一条线路带供，或实现“手拉手”环网合环运行时，各个保护装置的定值和时限的配合存在问题。
4提高配电网继电保护措施
4.1 配电网网架结构的优化
随着城市电网自动化的发展，配电线路主干线电缆化及绝缘化比例不断提高，主干线发生故障的机会显著减少，而故障大多发生在用户分支上，加强分支线路的保护功能，减少主干线保护级数的这种“强化分支，弱化主干”的网架结构更适合于配电网的发展。
因此，市区配电网应在原有的网架结构上逐步进行优化改造，优化后的配电网网架及继电保护配置情况如图2所示。环网柜应只在一路进线设置成带保护功能的断路器间隔，另一路进线用负荷开关，将带保护功能的断路器间隔用到分支或用户线路上；架空线路的分支或用户线路应逐步加装断路器，配置保护装置，尽量减少主干线串供多级保护，减少级差。
优化后的网架结构，能够减少多级保护无法实现相互配合情况，保护在分支线路上，有效避免了分支故障跳主干、扩大停电范围情况；同时，在“手拉手”联络线路倒供负荷或合环运行时，主干线路保护也避免了定值修改、定值与时限不匹配等情况发生。
4.2 保护时限极差的配合优化
针对配电网线路现状，线路发生故障时，各分段开关处短路电流水平差异较小，而配置线路速断保护设置无延时，部分保护会失去选择性，造成故障越级跳闸及多级跳闸情况，可以通过优化保护功能配置的方法，对保护时限级差的配合进行优化。
将10kV变电站出线投入限时速断保护，或投入两段式保护时速断保护或电流电压速断保护设置短暂延时，根据与变电站上级保护时间级差配合，可设置0.3s短暂延时。配电线路第一级保护的速断时限按0.1s整定，与变电站出线开关速断保护或限时速断保护以0.2s级差配合，后级线路继续按照由变电站向配网线路方向逐级递减的原则整定。
在优化网架结构的前提下，主干线路保护级数减少，同时实现保护时限级差配置的优化后，满足各保护配合之间的选择性，能够有效避免配电线路的越级跳闸及多级跳闸情况。
4.3 防止励磁涌流引起误动作
励磁涌流是由于空投变压器时，变压器铁心中的磁通不能突变，出现非周期分量磁通，使变压器铁心饱和，励磁电流急剧增大而产生的。变压器励磁涌流最大值可以达到变压器额定电流的6～8倍。10kV线路装有大量的配电变压器，在线路投运时，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程。三段式电流保护中的电流速断保护由于要兼顾灵敏度，动作电流值往往取得较小，励磁涌流值可能会大于装置整定值，使保护误动。
励磁涌流有两个明显的特征:一是它含有大量的二次谐波；二是它的大小随时间而衰减，一开始涌流很大，一段时间后涌流衰减为零。利用涌流这个特点，在电流速断保护装置上加设一短时间延时，就可以防止励磁涌流引起的误动作。
4.4 断路器性能选取
发生故障跳闸，继电保护装置的实际动作时间部分取决于断路器本身的性能，若断路器性能差，会存在开关还未跳闸而上级保护越级动作情况，这也是保护失去选择性的一个原因。因此，建议在配电设备选型时，要选择性能较好的断路器，特别对于线路第一级断路器的选择，以保证其动作的可靠性。
5 效果评价
通过对配电网继电保护配置的进一步优化，该配电网逐步形成了“强化分支，弱化主干”的继电保护模式，有效改善了配电网继电保护功能。
(1)优化后的网架结构，减少了多级保护无法实现相互配合情况，配电网发生故障越级跳闸及多级跳闸情况明显减少，前三级保护不再出现越级跳闸及多级跳闸情况。
(2)变电站速断保护设置短暂延时后，不再发生主干线1号杆柱上断路器与变电站出线断路器同时跳闸的非选择性动作情况。
(3)送电过程中采取躲励磁涌流方法，不再发生线路由于励磁涌流过大无法正常送电的情况。
(4)保护配置优化后，保护安装在分支线路上，有效避免了分支故障主干线路保护跳闸的情况，防止了故障范围的进一步扩大，有效提高了供电可靠性，确保了配电网的安全、稳定运行。
(5)保护安装在分支线路上，在“手拉手”联络线路倒供负荷或合环运行时，主干线路保护也不存在定值修改、定值与时限不匹配等情况。
6 结论
综上所述，继电保护是整个电力系统中重要的组成部分，它可以确保电力系统的安全运行，保证供电的电能质量，避免事故的发生以及防止事故的扩大。因此，研究合理的保护配置，以快速准确地切除线路故障，显得尤为重要。针对城市配电网继电保护配置无法满足配电自动化运行需求的问题，深入分析了配电网继电保护现状，找出配电网继电保护存在的问题，采取优化配电网网架结构和保护时限极差配合、防止变压器励磁涌流引起误动作以及合理选取断路器性能等措施对配电网继电保护进行优化。结果表明：此优化方案有效解决了配电网继电保护配置不合理、保护无选择性、无法躲过励磁涌流误动等问题，进一步改善了配电网继电保护功能，有效的提高了供电可靠性。
参考文献
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论文作者:邵锦恒
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/6
标签：线路论文; 断路器论文; 配电网论文; 继电保护论文; 故障论文; 网架论文; 变电站论文; 《基层建设》2016年第33期论文;