芻議配電線路中的全線速切技術(shù)探討

1、<p>　　芻議配電線路中的全線速切技術(shù)探討</p><p>　　摘要：本文主要探討了配電系統(tǒng)全線速切繼電保護(hù)方案，將已經(jīng)成熟的、廣泛應(yīng)用于輸電系統(tǒng)的縱聯(lián)保護(hù)原理應(yīng)用到配電系統(tǒng)中，為配電線路提供全線無(wú)時(shí)限速動(dòng)保護(hù)功能。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；線路；速切繼電保護(hù) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TM65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p>

2、;<p>　　1 配電系統(tǒng)速切保護(hù)原理 </p><p>　　增加配電系統(tǒng)速斷保護(hù)的動(dòng)作范圍，改善配電系統(tǒng)繼電保護(hù)的性能，主要有兩條途徑：①僅檢測(cè)一點(diǎn)的信息，通過(guò)復(fù)雜的算法和判據(jù)來(lái)提高保護(hù)性能，如自適應(yīng)保護(hù)、無(wú)通道保護(hù)等；②通過(guò)交換多端的信息來(lái)提高保護(hù)性能。本文所探討的配電線路全線速切保護(hù)原理屬于后者。在理論上，縱聯(lián)保護(hù)的原理和技術(shù)完全可以應(yīng)用于配電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)絡(luò)的快速保護(hù)。但受成本、投資和維護(hù)

3、等多方面的限制，且考慮到配電系統(tǒng)繼電保護(hù)在快速性和可靠性的要求不如在高壓、超高壓系統(tǒng)中嚴(yán)格，所以應(yīng)根據(jù)配網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)建適用于配電線路的縱聯(lián)保護(hù)系統(tǒng)。 </p><p>　　在輸電系統(tǒng)縱聯(lián)比較式保護(hù)中，縱聯(lián)信息的利用主要有閉鎖式和允許式兩種方式。從信息交換和利用的角度而言，閉鎖式保護(hù)交換的是外部故障信息，只要被保護(hù)設(shè)備任何一側(cè)的保護(hù)感受為外部故障。就說(shuō)明是外部故障，并向?qū)?cè)保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)，使各側(cè)保護(hù)都不動(dòng)作；

4、而當(dāng)被保護(hù)設(shè)備各側(cè)的保護(hù)都感受不到外部故障時(shí)，說(shuō)明發(fā)生了內(nèi)部故障，互不發(fā)閉鎖信號(hào)，各側(cè)(主要指有電源的側(cè))保護(hù)都能快速跳閘。允許式保護(hù)傳送的是“非本側(cè)區(qū)外故障” 的信息，若各側(cè)保護(hù)都感受到“非本側(cè)區(qū)外故障”，則表明是區(qū)內(nèi)故障，互發(fā)允許信號(hào)，各側(cè)保護(hù)都能快速跳閘；而任何一側(cè)感受到“本側(cè)區(qū)外”故障時(shí)，就表明是區(qū)外故障，不會(huì)向其他側(cè)保護(hù)發(fā)允許信號(hào)，各側(cè)保護(hù)都小會(huì)誤動(dòng)。在配電系統(tǒng)中構(gòu)建配電線路全線速切保護(hù)，既可采用閉鎖式，也可采用允許式的保護(hù)原

5、理，二者都能夠?qū)ε潆娋€路保護(hù)區(qū)內(nèi)的任意一點(diǎn)故障做到無(wú)時(shí)限切除。 </p><p>　　2 閉鎖式速切保護(hù)方案 </p><p>　　在輸電系統(tǒng)中一般采用距離元件或方向元件作為故障判斷元件。在配電系統(tǒng)中，一般只配備分段式過(guò)流保護(hù)，因此可以基于過(guò)流元件的動(dòng)作情況研究如何對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)和區(qū)外的故障進(jìn)行判斷區(qū)分。 </p><p>　　圖1 典型配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 </p

6、><p>　　一個(gè)典型的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 l 所示 (圖中A- G 為器件名稱)，用來(lái)說(shuō)明配電線路閉鎖式速切保護(hù)方案的構(gòu)成。A、G 表示位于變電站的饋出線斷路器，D 為手拉手開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，手拉手開(kāi)關(guān)D 斷開(kāi)，此時(shí)的配電系統(tǒng)為傳統(tǒng)的單電源網(wǎng)絡(luò)。B、C、E、F 為配電線路的分段開(kāi)關(guān)，它們可能是負(fù)荷開(kāi)關(guān)，也可能是斷路器。2．1 下面以斷路器 A 處的保護(hù)為例說(shuō)明閉鎖式速切保護(hù)的構(gòu)成原理(1)設(shè)分段開(kāi)關(guān) B 和 C

7、為能夠切斷故障電流的斷路器，且配有能夠檢測(cè)電流、電壓的饋線終端(FTU)或保護(hù)裝置。當(dāng) AB之間的 Fl 點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，A 處的過(guò)流元件會(huì)檢測(cè)到過(guò)電流，而其下游 B 處的過(guò)流元件不會(huì)動(dòng)作，能夠確定故障位于 AB之間，因此 B不會(huì)向 A 處的保護(hù)發(fā)閉鎖信息，A 處的保護(hù)在經(jīng)過(guò)必要的確?？煽啃缘难訒r(shí)后跳開(kāi) A，同時(shí)聯(lián)跳 B，將故障隔離；若故障發(fā)生在 BC 之間的 F2 點(diǎn)，此時(shí) A、B處的過(guò)流元件都會(huì)檢測(cè)到過(guò)電流，B 會(huì)向其上游的 A 發(fā)出

8、閉鎖信息，并通過(guò)與下游 C 處的保護(hù)交換信息，確定故障點(diǎn)位于 BC 之間，跳開(kāi)開(kāi)關(guān) B、C隔離故障。(2)如果 B、C 是負(fù)荷開(kāi)關(guān)，無(wú)法切斷故障電流，只能</p><p>　　圖2 基于過(guò)流元件的閉鎖式速切保護(hù)動(dòng)作邏輯圖 </p><p>　　以 A 處的保護(hù)為例，基于過(guò)流元件的閉鎖式全線速切保護(hù)動(dòng)作邏輯示意圖如圖 2 所示。A處的保護(hù)在判斷過(guò)流后不能立即參與邏輯的比較，需要有一個(gè)延時(shí) t

9、，用來(lái)等待可靠收到下游的閉鎖信號(hào)，以防止保護(hù)誤動(dòng)作。對(duì)于閉鎖式保護(hù)而言，通道是否正常工作十分重要。因此要有可靠完善的通道監(jiān)視手段，一旦發(fā)現(xiàn)通道故障，立即閉鎖保護(hù)。 </p><p>　　2．2 下面介紹對(duì)閉鎖式全線速切保護(hù)方案的評(píng)價(jià) </p><p>　　(1)從保護(hù)動(dòng)作的快速性方面看，閉鎖式速切保護(hù)為了防止誤動(dòng)作，必須設(shè)置一個(gè)延時(shí)等待下游閉鎖信號(hào)的可靠到來(lái)，該延時(shí)的長(zhǎng)短主要取決于通道的類

10、型和性能。一般情況下通道的延遲應(yīng)該控制在50ms 左右。(2)從保護(hù)動(dòng)作的安全性和可靠性方面看，如果發(fā)生了區(qū)外故障，閉鎖信號(hào)的丟失有可能造成速切保護(hù)的誤動(dòng)作；但是虛假的閉鎖信號(hào)一般不會(huì)造成保護(hù)拒動(dòng)。(3)從實(shí)現(xiàn)的方案方面看，基于現(xiàn)有的分段過(guò)流保護(hù)構(gòu)建閉鎖式速切保護(hù)比較易于實(shí)現(xiàn)。過(guò)流元件可以采用傳統(tǒng)過(guò)流保護(hù)中的任何一段，只需要根據(jù)不同要求對(duì)動(dòng)作延時(shí)進(jìn)行重新設(shè)定，此外還需要增加通信通道及相應(yīng)的通道監(jiān)視措施?；谶^(guò)流元件的閉鎖式速切保護(hù)已經(jīng)在

11、供電公司的 10kV配電線路上試運(yùn)行，效果良好。 </p><p>　　3 允許式速切保護(hù)方案 </p><p>　　在允許式的速切保護(hù)方案中，除了過(guò)流元件外，還需要配備低電壓、低電流元件來(lái)配合區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外故障。仍以圖 l 所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為例，此時(shí)各開(kāi)關(guān)處的保護(hù)除了能夠檢測(cè)過(guò)電流，還應(yīng)配置能夠反映電壓降低、電流減小的元件。仍以 A處的保護(hù)為例。設(shè)故障發(fā)生在AB 之間的 Fl 點(diǎn)，此時(shí)A處

12、的保護(hù)會(huì)感受到過(guò)電流，B處的保護(hù)感受到所在點(diǎn)電壓降低、同時(shí)電流也減小，這樣B 會(huì)向 A發(fā)允許信號(hào)，加速其動(dòng)作切除故障。假設(shè)故障發(fā)生在 BC之間的 R 點(diǎn)，此時(shí) B 處的保護(hù)也會(huì)感受到過(guò)電流，因此不會(huì)加速A 處的保護(hù)動(dòng)作。C 處的保護(hù)則會(huì)感受到電壓下降、同時(shí)電流減小，因此 C會(huì)加速 B處的保護(hù)動(dòng)作切除故障。此后，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和保護(hù)的判斷結(jié)果，完成故障隔離和對(duì)非故障區(qū)段的恢復(fù)供電。由此可以看出，允許信號(hào)是一種加速保護(hù)動(dòng)作的信號(hào)，該信

13、號(hào)允許相關(guān)保護(hù)無(wú)時(shí)限動(dòng)作。 </p><p>　　圖3 允許式速切保護(hù)動(dòng)作邏輯圖 </p><p>　　以 A處為例的允許式速切保護(hù)動(dòng)作邏輯如圖 3 所示。在允許式速切保護(hù)方案中，需要對(duì)下游的電壓高低進(jìn)行監(jiān)視，目的是防止下游饋線空載運(yùn)行時(shí)可能導(dǎo)致速切保護(hù)誤動(dòng)作。下面是對(duì)允許式全線速切保護(hù)方案的評(píng)價(jià)。(1)從保護(hù)動(dòng)作的快速性方面看，邏輯中沒(méi)有人為的延時(shí)，故障切除的延時(shí)主要取決于允許信號(hào)的傳送

14、時(shí)間，動(dòng)作快速性好。(2)從保護(hù)動(dòng)作的安全性和可靠性方面看，如果發(fā)生區(qū)內(nèi)故障但沒(méi)有及時(shí)收到允許信號(hào)或根本沒(méi)有收到允許信號(hào)，會(huì)造成速切保護(hù)緩動(dòng)甚至拒動(dòng)，但此時(shí)依靠后備保護(hù)仍能夠切除故障，不會(huì)造成很?chē)?yán)重的后果；正常運(yùn)行情況下如果產(chǎn)生虛假的允許信號(hào)一般也不會(huì)造成速切保護(hù)誤動(dòng)作，因此允許式速切保護(hù)具有較高的安全性和可靠性。(3)從方案實(shí)現(xiàn)方面看，允許式速切保護(hù)方案中不僅要具備檢測(cè)過(guò)流的保護(hù)元件，還要有能夠反映低電壓、小電流的保護(hù)元件，保護(hù)配置稍

15、顯復(fù)雜。(4)通信通道故障不會(huì)對(duì)允許式速切保護(hù)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。如果通道故障，內(nèi)部故障時(shí)速切保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，可依靠其他保護(hù)裝置或后備保護(hù)切除故障，最多帶來(lái)一定的故障切除延時(shí)。理論分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)都表明，閉鎖式和允許式速切保護(hù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。 </p><p>　　4速切保護(hù)通信通道 </p><p>　　通信通道是實(shí)現(xiàn)配電線路速切保護(hù)功能的關(guān)鍵，無(wú)論是閉鎖信號(hào)，還是允許信號(hào)，都需要借助通信系統(tǒng)快速、可

16、靠的傳送。與輸電系統(tǒng)相比，配電系統(tǒng)的通信手段不夠完善，也不可能大規(guī)模投資重新建設(shè)通信系統(tǒng)，因此只能根據(jù)配電系統(tǒng)的特點(diǎn)和現(xiàn)場(chǎng)條件，選擇適當(dāng)?shù)耐ㄐ欧绞健?</p><p>　　4.1專用或復(fù)用光纖信道。在有條件的配電系統(tǒng)中應(yīng)優(yōu)先采用專用或復(fù)用的光纖通道傳送速切保護(hù)所需要的信息，這樣可以充分保證信息傳送的快速性和可靠性。 </p><p>　　4.2 導(dǎo)引線。如果通信距離較短(一般為幾百米)，例

17、如短的并網(wǎng)線或發(fā)電廠內(nèi)部的短線路，可以考慮采用導(dǎo)引線傳送信息。這種方式成本非常低，系統(tǒng)構(gòu)成也較簡(jiǎn)單，可以直接將下游保護(hù)的動(dòng)作信息以開(kāi)關(guān)狀態(tài)的形式傳送給上游保護(hù)，信息傳送的快速性能夠得到充分保證。但導(dǎo)引線易受干擾，因此為了增加通信的可靠性，可以考慮采用屏蔽效果較好的導(dǎo)線，同時(shí)輔以濾波器、避雷器等抗干擾措施。 </p><p>　　4.3 電力線載波。在已經(jīng)裝設(shè)載波通信的配電系統(tǒng)中可以采用復(fù)用載波通道的方式傳送相關(guān)信

18、息，實(shí)現(xiàn)方式與輸電系統(tǒng)中的載波通信類似。 </p><p>　　4.4 數(shù)傳電臺(tái)。在不具備完善通信設(shè)施的變電站中可以考慮采用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)的方式進(jìn)行通信。該方法的優(yōu)點(diǎn)是工程量很小，可以在很短的時(shí)間內(nèi)建立通信系統(tǒng)，且施工無(wú)需停電。但前提是通信視野必須開(kāi)闊，無(wú)高大建筑或山體阻擋，對(duì)通信環(huán)境要求也較高，強(qiáng)大的電磁干擾或臨近無(wú)線通信干擾都會(huì)使數(shù)傳電臺(tái)工作不可靠。 </p><p>　　4.5 移動(dòng)通

19、信。移動(dòng)通信近幾年來(lái)發(fā)展迅速，所提供的業(yè)務(wù)類型也比較豐富，因此借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)完成通信任務(wù)也是可用途徑之一。但由于移動(dòng)通信屬于公共通信的特點(diǎn)，因此用于電力系統(tǒng)中快速性和可靠性都是比較大的問(wèn)題，且移動(dòng)通信也面臨著干擾、信號(hào)等無(wú)線通信所共有的不利問(wèn)題。但是從另一個(gè)方面看，配電線路保護(hù)的位置相對(duì)固定，通信途徑也就相對(duì)固定，以利用這個(gè)特點(diǎn)，從技術(shù)層面上簡(jiǎn)化連接建立的過(guò)程，達(dá)到減小通信延時(shí)的目的。 </p><p>　　上

20、述幾種通信通道均可應(yīng)用于配電線路全線速切保護(hù)系統(tǒng)中，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)通信條件和投資靈活選擇。隨著配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。光纖通信在配網(wǎng)系統(tǒng)中被越來(lái)越廣泛的采用，在 FTU處配置光端機(jī)．通過(guò)單模光纖與主站通信。目前，常用的光端機(jī)一般都配備了至少 6 路獨(dú)立的 RS2232 接口、多路 RS2485 接口甚至以太網(wǎng)接口，因此有豐富的冗余接口供保護(hù)裝置使用。故光纖通信是首選。 </p><p>　　結(jié)論：隨著配電系統(tǒng)的改造，

21、配電線路供電半徑逐漸縮小，但短路容量卻在不斷增加，不僅給傳統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)帶來(lái)整定、配合方面的問(wèn)題，而且配電線路故障切除時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很大的影響，這些影響已經(jīng)不容忽視。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 叢偉，潘貞存，鄭罡，段昊，施嘯寒.配電線路全線速切繼電保護(hù)技術(shù). 電力自動(dòng)化設(shè)備，2009 年 4 期