含方向纵联的邻线闭锁式配电网电流保护配置方案.pdf

科学技术创新 2023.24分布式电源加入配电网后，可能会出现短路电流超标、破坏电网三相电压平衡、继电保护装置误动或拒动等一系列问题。在分布式电源容量不断增加的背景下，以往采取的改进整定值方法已经难以满足配电网安全运行的需求。基于此，本文提出了一种含方向纵联的邻线闭锁式配电网电流保护配置方案。1邻线闭锁式配电网电流保护配置方案的设计思路所谓纵联保护，是借助于通信通道采集线路两端的电气量，对比 2 个电气量是否存在明显差异，如果有差异则说明此段线路存在故障，利用该方法快速锁定故障位置。本文基于方向纵联保护实现设计的电流保护配置方案，将电气信息传输通道与闭锁逻辑信号相结合，实现配电网的邻线闭锁通信，进一步提升了电流保护效果，具体结构如图 1 所示。假设在图 1 母线 C 处加入一个分布式电源，在故障发生后，故障所在线路的电流保护被触发，及时闭锁上级线路，避免出现保护误动而扩大故障范围的情况。同时，在分布式电源的上游线路配备双端定时过电流保护，充当方向纵联的后备保护。这样一来，即便是纵联方向保护存在拒动情况，后备保护也能在定时延时后将故障线路切断，从配电网中隔离，从而保障配电网其他部分正常运行。2基于双端故障的方向纵联保护原理以通信通道传送线路两端的方向元件作为信息采集点，将采集到的信息做比较。如果两者的方向信息相反，则说明存在区内故障，两端保护可靠动作；反之，则说明存在区外故障，这时发出闭锁信号，将传送线路闭锁。相比于传统的功率方向纵联保护，本文提出的基于双端故障的方向纵联保护，具有故障识别效率快和定位精度高的优势。例如，基于功率的方向纵含方向纵联的邻线闭锁式配电网电流保护配置方案邓串1，湛顶2，蔡硕2（1.国网湖北省电力有限公司天门市供电公司，湖北 天门；2.国网湖北省电力有限公司石首市供电公司，湖北 石首）摘要：本文首先概述了邻线闭锁式电流保护的设计思路，随后基于双端故障的方向纵联保护原理，设计了一种含方向纵联的邻线闭锁式配电网电流保护配置方案。该方案中采用光纤通道传输电气信息，在比较双端信息的基础上实现对故障的准确定位。在确定故障后，及时切断故障所在线路，然后立即重合闸让配电网恢复正常运行。使用 Matlab 仿真软件对该方案进行了仿真验证，结果表明断路器能准确、快速的将人为设定的故障切除，在 0.6 s 后完成重合闸，该保护方案具有可行性。关键词：邻线闭锁式配电网；电流保护；重合闸；动作时间中图分类号院TM77文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤24-0204-04作者简介：邓串（1990-），男，硕士，工程师，研究方向：配网抢修及运维。图 1配电网电流保护配置方案示意图204-2023.24 科学技术创新联保护中，如果初始负荷的电流参考方向从“电网侧流向分布式电源侧”改变为“分布式电源侧流向电网侧”，会因为初始功率的“+/-”设定发生改变而出现故障位置误判的情况，进而导致闭锁信号错误1。基于双端故障的方向纵联保护中，无论初始电流的方向如何变化，判断结果总是“相反-区内故障”和“相同-区外故障”。由此可见，基于双端故障的方向纵联保护，能够更加精准的分别故障所处位置是区内还是区外，保证了闭锁信号的正确性，杜绝了误动作。3电气信息传输通道的选择所用基于方向纵联的邻线闭锁式电流保护，都要建立专门的电气信息传输通道，在满足信息采集需求的同时，还能达到屏蔽电磁干扰、加快传输速度、保证通信可靠的效果。本文在设计邻线闭锁式电流保护配置方案时，基于可靠性原则、经济性原则、大容量原则和易维护原则，对比了几种常见的通信方式，对比内容见表 1。表 1常见通信方式性能对比结合表 1 统计内容可知，在 5 种常见的通信方式中，光纤通信表现出传输速率快、抗干扰能力强、通信容量大等优势，可以满足电气信息传输需要。在配置光纤通道后，配合纵联保护线路，可以同步采集光纤通道两端的故障信号数据，缩小了通信时间误差，达到了实时检测的效果。4重合闸的配置分布式电源上游纵联保护在检测到线路故障并且顺利跳闸后，要想实现重合闸必须满足 2 个前提条件：其一是故障两侧均跳闸；其二是同期运行。在分布式电源并入配电网的实际环境下实现同期运行有一定难度，本文在理论研究中用检无压装置模拟同期运行过程。若并网过程中发生故障，首先让配电网侧的检无压装置重合闸。此时故障点的两端均已跳闸，不存在非同期情况。在检无压装置实现重合闸后，再对分布式电源侧的检同步装置进行重合闸2。两次重合闸均完成后，系统故障得以消除，恢复正常运行。当系统遇到永久性故障，配电网侧的检无压装置在重合闸以后，断路器会再次跳闸，这种情况下线路中检测不到电压，重合闸失败，需要维修人员对故障作出处理。检无压与检同步配合的重合闸过程如图 2 所示。图 2检同步与检无压配合的重合闸示意图检无压继电器的整定值设置是否合理，是决定故障点两侧断路器能否正确动作的关键。本文将整定值设定为系统额定电压的 50%，可以在断路器跳闸后作出正确动作。另外，基于经济性考虑，利用断路器的电容式套管从配电网中抽取电压，以满足检无压装置和检同期装置测量线路电压的需要。5动作时间的设定使用邻线闭锁式电流保护时，各级闭锁信号从发送端传输到接收端会花费一定时间，并且随着双端距离的延长，传输时间相应增加。本文在设计邻线闭锁式电流保护配置方案时，将闭锁信号的接收等待时间（即动作时间）设定为 10 ms。在保护动作指令发出后，前端的继电保护装置完成跳闸，启动元件和其他各级保护应当即时复位。考虑到有些复位速度较慢的元件能够始终维持闭锁状态，需要经过 10 ms 的延时后再发送闭锁信号，从而保证所有保护装置能够同时完成复位3。需要注意的是，在分布式电源的上游和下游，由于保护动作原理不同，因此设定的动作时间也有差异。对于分布式电源上游的纵联保护，根据信息比较结果判断为“区内故障”后，可以直接发送闭锁信号给邻线；判断为“区外故障”后，直接闭锁两端。所有动作均为即时动作，动作时间通常不超过 10 ms；对于分布式电源下游的纵联保护，各段电流需要根据整定时间灵活设定延时。例如，分布式电源的 I 段电流动作时间为 5 ms，即延时 5 ms 后跳闸。而段电流需要接收到 I 段闭锁信号后再延时 10 ms 跳闸。因此，分布式电源下游速断保护的动作时间通常会达到 15 ms。通信方式 微波通信 光纤通信 无线通信 导引线通信 载波通信 抗干扰能力 强 强 差 差 中 通信容量 中 大 小/小 传输速率 快 极快 慢 中 慢 适用线路 3050 km 100 km 广域 10 km 100 km 造价 高 高 低 中 低 205-科学技术创新 2023.246含方向纵联的邻线闭锁式电流保护配置方案本文设计的含方向纵联的邻线闭锁式电流保护配置方案，对分布式电源接入配电网后的继电保护进行了改进。分布式电源上游安装了基于电流相角方向元件的纵联保护，同时接入邻线闭锁信号避免发生误动或拒动；以双端的定时过流保护作为后备保护。在分布式电源下游，安装了基于邻线闭锁式的电流保护。这里以上游纵联保护为例，接线方式如图 3 所示。图 3分布式电源上游方向纵联保护接线图邻线闭锁式电流保护配置的实现流程如下：采集两端电流值后，启动方向元件，比较两侧方向是否一致。如果两端同向，则判断为“区外故障”；如果两端反向，则判断为“区内故障”。对于区外故障，实行两侧闭锁保护；对于区内故障，首先闭锁上线线路，在延时 10ms 后接收到闭锁信号，完成闭锁4。7线闭锁式电流保护配置方案的仿真验证为了验证含方向纵联的邻线闭锁式电流保护配置方案的应用效果，本文选择 Matlab 仿真软件中的Simulink 工具构建了配电网模型，并模拟分布式电源接入配电网的情况，验证保护动作能否顺利实现。这里以分布式电源上游保护动作为例进行仿真验证，具体方法如下：利用 Simulink 工具构建 2 台控制器的仿真模型，假设方向元件的输出信号为逻辑值“-1/1/0”，相应的相角差 u 的判别范围为“（u-）/（-）u-/（u=0）”，表示了“反方向/正方向/保持”3 种方向结果。这里闭锁角 取 30，则判断依据 u 的判别范围为“（30u150）/（-150u-30）/（u=0）”。在采集保护 1 和保护 2 的方向逻辑信号电平“-1/1/0”后相加。如果两者反向，则纵联保护的逻辑信号为“0”，为低电平，此时断路器跳闸；如果两者同向，则纵联保护的逻辑型号为“2”，为高电平，此时断路器合闸5。保护 1 和保护 2 的方向元件判别情况见表 2。表 2保护 1、保护 2 方向元件判别情况在仿真实验中，设定分布式电源容量为 10 MW，在 0.1 s 时发生永久故障，重合闸动作时间为 0.5 s，仿真时长为 1 s。根据上述设定条件，得到保护 1 和保护 2 的仿真结果，如图 4 所示。由图 4 可知，保护 1 和保护 2 均能在瞬时故障产生后，准确识别故障并且快速将故障所在线路从配电网中切除，达到了电流保护效果。同时在故障切除后立即启动重合闸，不影响配电网的正常运行，该方案的可行性得到了验证。8结论在分布式电源并入配电网的过程中，如何实现配网运行的实时监测和故障的科学处理，是电力公司考保护方向 故障前 方向元件启动时刻 故障持续至稳定 幅值：58.7A 相角：-9.5 幅值：5 618.4A 相角：-39.5 幅值：7 085.4A 相角：-66.9 保护1 方向保持输出0 正方向输出1 正方向输出1 幅值：60.3A 相角：-9.6 幅值：2 706.6A 相角：139.4 幅值：2 781.2A 相角：97.1 保护2 方向保持输出0 反方向输出-1 反方向输出-1 图 4保护 1、2 故障电流波形图206-2023.24 科学技术创新虑的关键问题。含方向纵联的邻线闭锁式电流保护配置方案，基于电流相角突变式方向判别原理，对各类保护装置的控制逻辑信号进行了方向判断，进而确定故障属于区内故障还是区外故障。根据判断结果，准确锁定故障位置后使两端跳闸，成功将故障线路隔离在配电网之外，保证了配电网的可靠和安全运行。参考文献1孙荣可,单玉凯,薛永端,等.基于负荷电流闭锁的低压配电网漏电保护J.电力系统及其自动化学报,2023(3):21-28.2高淑萍,蔚坤,宋国兵.基于双馈风电场的三相短路电流计算及保护方法 J.电力系统保护与控制,2023(7):32-39.3袁智勇,徐全,徐刚,等.含大容量分布式电源接入的配电网电流保护优化方案J.电网技术,2021(16):210-211.4刘文慧.考虑分布式电源接入的配电网电流保护配置及整定方案J.电气时代,2022(12):40-42.5张光荣.5G 技术在配电网电流差动保护业务中的应用J.中国高新科技,2021(8):15-16.The Current Protection ConfigurationScheme of Distribution Network withDirection Longitudinal Connection ofAdjacent Lines is ProposedDeng Chuan1,Zhan Ding2,Cai Shuo2（1.STATE GRID TIANMEN CITY ELECTRIC POWER SUPPLY BRANCH,Tianmen,China;2.STATE GRID SHISHOU CITY ELECTRIC POWER SUPPLY BRANCH,Shishou,China）Abstract:In this paper,the design idea of adjacent line latching current protection is first outlined.Then,based on the principle of directional longitudinal protection of double-ended faults,a current protectionconfiguration scheme of adjacent line latching distribution network with directional longitudinal connection isdesigned.In this scheme,optical fiber channel is used to transmit electrical information,and the fault isaccurately located on the basis of comparing the two-terminal information.After determining the fault,cut offthe fault line in time,and then immediately re-close the distribution network to restore normal operation.Matlab simulation software is used to verify the scheme.The results show that the circuit breaker can removethe artificial fault accurately and quickly,and complete the reclosing after 0.6 s.The protection scheme isfeasible.Key words:adjacent-line latched distribution network;current protection;reclosing;action time207-