楊瑞亮 王玉軍

（1.國網(wǎng)寧夏電力公司吳忠供電公司，寧夏 吳忠 751100； 2.施恩禧電氣（中國）有限公司，江蘇 蘇州 215129）

電能質(zhì)量的主要問題是電壓暫降和短時間停電。供電可靠性的問題主要是長時間停電的次數(shù)和持續(xù)時間。這些問題都是由電力系統(tǒng)的故障引起的，其中大約80%故障屬于配電系統(tǒng)線路故障，而配電架空線路故障中90%以上的故障發(fā)生在分支線路上，如果沒有有效的分支線保護方案，分支線故障將引起整條線路停電，包括其他支線上的用戶。

為了降低故障發(fā)生帶來停電及影響，需要有合理的、有效的故障處理方案解決。

提高用戶滿意度，降低故障對用戶影響的策略：對線路實施更好的防護，防止樹木和動物對線路造成危害；更新線路上的老舊設(shè)備，嚴格檢查設(shè)備和施工質(zhì)量，降低設(shè)備故障率；進行有效的巡線；及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，及時修復(fù)；將線路合理分段，設(shè)置必要的聯(lián)絡(luò)點；在線路上使用更多的保護裝置，如熔斷器、重合器；使用更多、更快的重合閘操作；改善保護設(shè)備間的相互配合。

1 線路分段、聯(lián)絡(luò)及支線開關(guān)優(yōu)化定位

優(yōu)化線路分段開關(guān)、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及支線開關(guān)可以優(yōu)化設(shè)備投資，降低運行、維護費用，降低停電損失。

1.1 線路分段長度

“長度系數(shù)”定義為某一線路段末端可能的最大故障電流與該線路段首段開關(guān)設(shè)備最小脫扣電流之比。通?！伴L度系數(shù)”取2.5～3 之間，可以保證設(shè)備之間保護的選擇性，以及保護的靈敏度，同時可以優(yōu)化的開關(guān)設(shè)備的選擇和定位。

1.2 安裝分支線保護設(shè)備的收益分析

分支線是否需要安裝保護設(shè)備可以按照未安裝保護設(shè)備時分支線上的故障引起的停電損失，與安裝保護設(shè)備之后時分支線上的故障引起的停電損失的差異來判斷，如果停電損失得到降低，就應(yīng)該在該分支線安裝保護設(shè)備，可以用這種方法對分線線路裝與不裝保護設(shè)備進行優(yōu)先排序。

圖1 配電線路分段示意圖

2 改善保護的措施

優(yōu)化保護裝置的配置，可以提高配電系統(tǒng)可靠性、降低成本。

2.1 采用熔斷器

分支線路通常伸入小巷、山村，巡線人員查找故障點非常困難，在分支線上安裝熔斷器，可以非常低成本地將故障限制在更小的范圍內(nèi)，避免大量用戶長時間斷電；分支線的導(dǎo)線截面通常比較小，發(fā)生故障時就很可能使該導(dǎo)線燒毀，熔斷器可以比上游斷路器更快地切除故障。

1）熔斷器作為后備保護

主線保護采用變電站斷路器/重合器，支線采用熔斷器保護，首次開斷時特意不配合，變電站出線開關(guān)先于熔斷器動作，斷路器/重合器必須有快速分合閘設(shè)置。

熔斷器作為后備保護優(yōu)點是支線上的臨時故障通過斷路器開斷排除，支線客戶看到的是臨時的停電，而非永久停電，在大故障電流地區(qū)，斷路器和熔斷器同時開斷，通過重合閘恢復(fù)非故障線路供電。

熔斷器作為后備保護缺點是所有主線路的客戶都會經(jīng)歷短時電力中斷。

圖2 熔斷器作為后備保護配合示意圖

2）熔斷器作為速斷保護

主線保護采用變電站斷路器/重合器，支線采用熔斷器保護，支線熔斷器與主站斷路器需要完整保護配合，斷路器/重合器無須有快速分合閘設(shè)置。

圖3 熔斷器作為速斷保護配合示意圖

熔斷器作為速斷保護的優(yōu)點是避免了瞬時電力中斷對整條線路的影響；缺點是熔絲鏈熔斷清除了支線上的臨時故障，導(dǎo)致支線永久停電。

3）熔斷器作為速斷保護的優(yōu)化

使用更快速的熔斷器可以更快地切除故障，其他用戶經(jīng)歷的電壓暫降持續(xù)時間就更短。

圖4 多速率熔絲

使用更多的熔斷器，在分支線、次分支線及用戶入口處加入第二層和第三層熔斷器，將線路分成更多地段。

圖5 分支線設(shè)置多層級保護設(shè)備

2.2 采用重合器

為了避免分支線上的瞬時故障導(dǎo)致長時間斷電，減小對支線用戶的影響，可在長支線或者有重要用電單位的分支線上使用單相重合器。

重合器集合了熔斷器作為后備和速斷保護兩種方案的優(yōu)勢，臨時故障時，保護支線不停電，保護主干線不因支線故障而停電。重合器可以非常經(jīng)濟可靠地實現(xiàn)上述兩個目標。

圖6 采用重合器作為分支線保護

2.3 變電所出線開關(guān)重合閘的利弊

選擇重合閘次數(shù)是一種折中行為，每次重合閘都存在使線路恢復(fù)的可能性，但是隨著重合閘次數(shù)的增加，線路恢復(fù)的可能性迅速減小，還對故障點造成額外的損傷，引起持續(xù)的電壓暫降，對線路及設(shè)備造成熱應(yīng)力和機械應(yīng)力損害。

在可靠性和重合閘造成的問題之間尋找平衡。在斷路器或重合器第一次動作時采用瞬時電流速斷。由于重合閘會產(chǎn)生熱涌流，所以在后續(xù)重合閘中采用快速反時限過流保護，或者是限時電流速斷保護，不但可以避免涌流引起跳閘，還可以與下游的熔斷器更好地配合。

3 改善保護設(shè)備間的相互配合

繼電保護配合可以迅速切除故障，迅速恢復(fù)健全線路段的供電。配電網(wǎng)的繼電保護配合比較困難。實際運行中，各種保護裝置的選擇及參數(shù)整定不夠合理。故障后越級跳閘、多級同時跳閘現(xiàn)象非常多。

城市配電網(wǎng)供電半徑短，線路分段數(shù)量多，發(fā)生故障時在線路各處的短路電流大小差異比較小，一般只能用純時間配合的保護方案，能夠?qū)崿F(xiàn)主干線、分支線、用戶等各級保護的配合。

農(nóng)村或城郊配電網(wǎng)供電半徑比較長，發(fā)生故障時在線路各處的短路電流大小差異比較明顯，具有采用完全配合保護方案的可行性。

3.1 時間級差配合的繼電保護方案

1）不裝設(shè)瞬時電流速斷保護的可行性分析

GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》在4.4.1.4 節(jié)規(guī)定：過電流保護的時限不大于0.5～0.7s，且沒有4.4.1.3 所列的情況，或沒有配合上要求時，可不裝設(shè)瞬動的電流速斷保護。

GB/T 50062《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》在其5.0.2 節(jié)規(guī)定：當過電流保護的時限不大于0.5～0.7s，且無上述所列兩種情況，或無配合上要求時，可不裝設(shè)瞬動的電流速斷保護。

根據(jù)GB/T 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》和GB/T 50062《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定可以明確：在線路短路不會造成母線電壓低于額定電壓的60%、線路導(dǎo)線截面較大允許帶時限切除短路，且過電流保護的時限不大于0.5～0.7s 的情況下，可以不裝設(shè)瞬時電流速斷保護，而采用限時電流速斷保護或過電流保護，為配電線路上多級保護裝置提供配合的條件。

110kV 變電站主變10kV 側(cè)的過流保護動作時間一般設(shè)置為0.5～0.7s，在此0.5～0.7s 范圍內(nèi)，可以安排適當?shù)亩嗉壊畋Ｗo的配合。

2）時間配合的級差設(shè)置

如出線斷路器用彈簧機構(gòu)，級差可以設(shè)置為0.2s，可以實現(xiàn)兩級配合。

如出線斷路器用永磁機構(gòu)，級差可以設(shè)置為0.15s，可以實現(xiàn)三級配合。

（1）斷路器/重合器與下游側(cè)熔斷器的配合

在小于支線保護熔斷器處最大故障電流范圍內(nèi)，熔斷器在上游斷路器保護整定動作電流值時的全開斷時間tc應(yīng)不大于斷路器在該動作電流的延時時限top的75%。

圖7 熔斷器與上游斷路器的配合

（2）熔斷器之間的配合

只要下游側(cè)熔斷器在其安裝點最大故障電流時的全開斷時間tc不大于其上游側(cè)熔斷器在該故障電流時的弧前時間tm的75%即可。

圖8 上下游熔斷器間的配合

3）時間級差保護配置原則

（1）兩級級差保護配合

主干線分段開關(guān)全部采用負荷開關(guān)，分支線采用熔斷器或重合器。

變電站出線斷路器根據(jù)需要決定是否裝設(shè)重合閘，其速斷保護設(shè)置一個延時時限，與支線重合器或者熔斷器配合。

圖9 分支線采用熔斷器或者重合器線路

（2）三級級差保護配合方案一

主干線分段開關(guān)全部或部分采用負荷開關(guān)，分支線采用單相重合器和熔斷器。

變電站出線斷路器根據(jù)需要決定是否裝設(shè)重合閘，其保護設(shè)置兩個延時時限。

支線單相重合器重合后速斷保護設(shè)置一個延時時限，與下游支線熔斷器配合。

圖10 分支線采用單相重合器和熔斷器熔線路

（3）三級級差保護配合方案二

主干線分段開關(guān)安裝一臺斷路器，分支線采用單相重合器和熔斷器。

變電站出線斷路器根據(jù)需要決定是否裝設(shè)重合閘，其保護設(shè)置兩個延時時限。

分段斷路器速斷保護設(shè)置一個延時時限，與下游支線重合器和熔斷器配合。

圖11 主干線分段開關(guān)安裝一臺斷路器線路

3.2 裝設(shè)瞬時電流速斷保護的可行性分析

對于線路短路使母線電壓下降到低于額定電壓的60%、導(dǎo)線截面過小而不允許帶時限切除短路，需要快速切除故障；以及主變老舊，抗短路能力差，為了確保主變安全而需要快速切除故障的情況下，必須設(shè)置瞬時電流速斷保護。

DL/T 584—2007《3kV—110kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》規(guī)定：瞬時電流速斷保護的電流整定值應(yīng)躲過線路末端最大三相短路電流整定。并按照線路首端最小兩相短路電流來校驗保護的靈敏度。

配電線路的短路電流隨著線路長度的增加而較??；最大短路電流：系統(tǒng)在最大運行方式下的三相短路電流；最小短路電流：系統(tǒng)在最小運行方式下的兩相短路電流；瞬時電流速斷保護的電流整定值應(yīng)躲過線路末端最大三相短路電流整定，可靠系數(shù)一般取1.2～1.3，即

瞬時電流速斷保護存在保護死區(qū)，不能保護線路全長，見下圖死區(qū)部分；在架空配電網(wǎng)上發(fā)生的短路故障中，絕大部份為兩相短路故障。兩相短路 電流為三相短路電流的0.866 倍，兩相短路而不引起瞬時電流速斷保護動作的區(qū)域見下圖（死區(qū)）部分。Lmin為兩相短路瞬時速斷保護動作區(qū)域。

架空配電線路P 點之后兩相短路后變電站Ⅰ段瞬時速斷電流保護不動作，其Ⅱ段或Ⅲ保護會延時啟動，這個延時就給P 點之后線路創(chuàng)造了多時間級差保護配合的條件。時間級差配合的方法同前所述。

架空配電線路P 點之前發(fā)生兩相或三相短路故障，將引起變電站出線斷路器跳閘，不具備多時間級差配合條件。如下圖中分支線重合器下游發(fā)生故障，出線斷路器會出現(xiàn)越級跳閘，但是在重合閘配合下，還是可以將故障隔離在支線上。

圖12

4 結(jié)論

對于我國中壓配電網(wǎng)而言，通過對線路結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和分段、聯(lián)絡(luò)開關(guān)的恰當配置，并在主干線及分支線路安裝更多的保護裝置，配置合適的繼電保護方案，與日常的線路運行維護相結(jié)合，可以明顯提高配電網(wǎng)的供電可靠性和電能質(zhì)量，這些方法也非常簡便實用。

[1] 王章啟,顧霓虹.配電自動化開關(guān)設(shè)備[M].北京: 水利電力出版社,1995.

[2] （美）T.A.Short 著.徐政譯.配電可靠性與電能質(zhì)量[M].北京: 機械工業(yè)出版社,2008.

[3] 劉健,等.配電網(wǎng)繼電保護與故障處理[M].北京:中國電力出版社,2014.