浅谈配电网开关及环网柜进行继电保护试验的重要性

浅谈配电网开关及环网柜进行继电保护试验的重要性

郭鹏飞

国网鸡西供电公司 黑龙江省 鸡西市 158100

摘要：配电网作为整个电力系统中最终面对用户的环节，其供电能力是整个电力系统供电水平最直接的反应。为了提高供电可靠性，相当多的县城10 kV配电网实现了由电缆、开闭所、环网柜、智能终端和后台组成的配电网自动化。但是，由于县城馈线短、供电半径小；负荷密度大、线缆截面大、阻抗小，所以馈线各分段故障电流差别不大。再加上线路分段相对较多，上、下级保护配合时间叠加后在馈线首端会很长。这就造成了传统的采用电流、时间保护的开闭所、环网柜上下级保护之间的配合很难整定，从而影响开关跳闸的选择性，扩大了故障停电范围。

关键词：配电网；开关型 ；继电保护

在社会经济飞速发展的今天，配电网的建设规模日渐扩大，使得配电网在运行中的机理也逐渐超出以往电网生产的经验范畴，对技术以及电网安全稳定运营控制的能力等方面，都提出了严峻的挑战。与此同时，随着自然灾害发生频率的不断加快，以及大面积电网事故的威胁越为严重，这些都给现今电网安全稳定带来了挑战。在电网本身的严峻形势下，用户对电力市场的优质服务、节能减排等管理化要求在不断提高，不断向着精益化发展，这也成为了当今社会条件下，配电网经营管理面临的新课题。

一、环网柜常见故障形式

1、截流回路现象。环网柜在运行当中，如果传感器的连接出现接触问题，连接部位会产生过热反应，这就使环网柜内易出现截流回路的现象，这会对环网柜内部的线路以及各组成元件造成严重的损坏。

2、断路器拒动事故。在环网柜运行中，由于自身质量问题及外部操作不合规范，都可以导致环网柜断路器拒动的现象。自身质量问题包括原本施工安装过程中存在的问题以及设备长期运行，逐渐老化、质量下降的情况。当设备元件运行滞涩，或操作方法不当损坏了断路器元件，使得无法与断路器合作运行，发生断路器拒动的事故。

二、某县城变电站10 kV配电网现状

县城网从变电站出两回10 kV 馈线，1回全长 3 890 m，2回全长 5 375 m，共计 9 265m。通过开闭所、环网柜形成环网供电结构，正常时开环运行：城关 1 回➝1 号开闭所 1 母➝5 号环网柜➝8号环网柜➝3号开闭所1母；城关2回➝1号开闭所2母➝4号环网柜➝2号开闭所➝7号环网柜➝10号环网柜➝11号环网柜➝3号开闭所2母。如图。

保护和通信设备保护和通信设备接线。开闭所和环网柜的进出线开关和分路开关都装有PA100系列综合数字保护装置，具有： ①保护功能：配置了电流、电压保护； ②控制功能：可以对断路器进行分合闸操作； ③测量功能：可以测量回路的电压、电流、有功、无功功率、功率因数等； ④状态量检测功能：有12个状态量输入端，将其状态量上传； ⑤远方单元管理功能：可实现远方控制、远方信号、远方测量、远方改变定值、保护远方投退； ⑥事件追忆功能：可自动记录事件的时间、类型及动作值。每个开闭所和环网柜都配有数据采集终端RTU,PA100 系列综合数字保护装置通过 R485 端口和RTU连接，RTU终端通过光纤和后台计算机连接，从而实现后台计算机对每个开关的远程控制和数据测量。

1、存在问题

（1）由于开闭所与环网柜之间、环网柜与环网柜之间电气距离很短，所以各区段故障电流差别不大，影响保护选择性。（2）由于开闭所或环网柜分路出线太短，从而分路故障时在分路开关和总开关流过的电流差别不大，亦影响保护选择性。（3）由于每个回路布置的开闭所和环网柜较多，所以馈线分段较多，结果造成电流保护在馈线首端动作时间太长，不利于及时切除故障，而且难以和变电站保护配合。如本案中若按常规时间配合整定，城关1回在1号开闭所出线开关处的时间为4s，城关2回在1号开闭所出线开关处的时间为 5s。变电站限时速断保护动作时间只有0.6 s，要做到按时间配合确保开关动作的选择性，则是不可能的。

2、解决办法

基于PA100数字保护装置的就地保护改为使用馈线远方终端 FTU上传数据，通过主站计算机对上传数据分析判断，制定合理的跳闸程序，通过远方控制开关可实现故障区段的隔离。但这种方法投资大，运行维护工作量也大。并且对通信以及计算机系统的可靠性要求相当高，一旦发生问题，配网将失去所有保护。因此，考虑采用控制电缆连接上、下级开关保护装置，通过闭锁方式解决开关跳闸选择性问题，具体实施方案如下：

（1）对开关就地保护装置的要求。能发送和接收闭锁信号，能根据电流保护的动作情况和收到的闭锁信号决定开关跳闸、不跳闸、还是延时跳闸。

电流速断保护动作启动信号处理单元工作过程信号处理单元启动向上级保护装置发送暂时闭锁信号，同时启动延时跳闸单元（三套延时系统：速断延时0.1s、限时速断延时0.5 s、过流延时0.8 s）的速断延时、限时速断延时。如在速断延时时间内收到下级保护装置发来的暂时闭锁信号，则信号处理单元向上级保护发送永久闭锁信号，同时关闭速断延时跳闸。如在速断延时时间内收到下级保护装置发来的永久闭锁信号，则信号处理单元向上级保护发送永久闭锁信号，同时关闭速断延时跳闸、限时速断跳闸。在任何时段内如故障电流消失，则信号处理单元停止发送所有闭锁信号，同时关闭所有跳闸延时。

过电流保护动作启动信号处理单元工作过程信号处理单元启动向上级保护装置发送暂时闭锁信号，同时启动延时跳闸单元的限时速断延时、过流延时。如在限时速断延时时间内收到下级保护装置发来的暂时闭锁信号，则信号处理单元向上级保护发送永久闭锁信号，同时关闭限时速断延时跳闸。如在限时速断延时时间内收到下级保护装置发来的永久闭锁信号，则信号处理单元向上级保护发送永久闭锁信号，同时关闭限时速断延时跳闸、过流延时跳闸；在任何时段内如故障电流消失，则信号处理单元停止发送所有闭锁信号，同时关闭所有跳闸延时。

（2）保护装置定值的整定

速断保护的动作电流保护动作电流

I=可靠系数K×主保护段末端短路电流I

由于采取了闭锁，所以K值可取1.0～1.2［1］。速断保护的动作时间开闭所、环网柜进出线速断保护的动作时间取0.1s，主要考虑留一定的时间获取下级保护的闭锁信号；分支线速断保护因一般没有下级保护，所以动作时间取0s。

限时速断不再配置，主要考虑过流保护的最短动作时间是 0.5 s，切断故障电流时间已较短。本案的限时速断时间实际上是上级速断保护作为后备保护时所需要的时间和过流保护作为主保护时所需要的时间。

过流保护动作电流保护动作电流

I=可靠系数 K×流过该保护装置的最大负荷电流i K取1.2～1.5。

过流保护动作时间开闭所、环网柜进出线过流保护的动作时间取0.8 s，主要考虑作为下级保护的后备保护时需要的时间配合，其实真正过流保护作为主保护时，其动作时间只有0.5 s；分支线过流保护因一般没有下级保护，所以动作时间取0.5 s，或不再设置。

结论

⑴上、下级保护装置用控制电缆做电气连接不存在通信不可靠问题。不管线路分几段，其保护的动作时间都是对应的0 s、0.1 s、0.5 s、0.8 s，也不存在时间难配合的问题。

⑵只要沿电缆沟布置一根用于上下级保护装置闭锁的控制电缆就可以解决问题，不需要使用馈线远方终端 FTU上传数据，通过主站计算机对上传数据分析判断远方保护，就可以满足开关跳闸的选择性，使得资金不足的地方也可以利用就地保护提高配网自动化水平。

参考文献：

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