一种配电网保护方法与流程

本发明涉及一种配电网保护方法，属于电力系统控制技术领域。

背景技术：

配电网自动化的主要目的是实现电网正常运行情况下的状态检测、数据测量和运行优化，故障情况下的故障诊断、故障隔离、供电恢复等功能，主要控制对象是中压配电网。经过多年发展，我国配电网自动化水平有了较大程度的提高，借助自动化配电终端(FTU)和现代化通讯技术，在重要的配电线路实现了必要的分段、通信自动化和环网供电。

当电网或电气设备发生故障，或出现影响安全运行的异常情况时，自动化配电网可自动切除故障设备和消除异常情况，需要分段开关的保护满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求。故障段的分段开关保护动作要快速准确且不误动。

通常线路中的电动机负载在计算时常被简单等效为电感阻抗，而且不考虑其反馈电流对保护的影响，这对于线路上电动机负荷多、短路时反馈电流大的配电线路的保护非常不利，难以保证保护的选择性，可能会造成保护误动，扩大事故范围。

如图1所示是具有自动化功能的配电网，分段开关A～H均装设过流保护，H为常开联络开关，通常情况下当L1段线路上K1处发生短路故障时，由于保护定值和动作时限的设置，使得开关B跳闸，H闭合，其他开关都不动作，保证L2、L3段线路可由另外电源或线路供电，尽量减少故障范围，保证了保护装置的选择性；同样当L4段线路K2发生短路故障时，应由E保护动作切除故障，H闭合，其他开关不动作，L5、L6段线路由其他电源或线路供电。

但是当线路中存在大量电动机负载时，由于故障时电动机反馈电流的影响，使得各保护的配合十分复杂，尤其是对于如图1所示的具有环网运行方式的配电线路，某线路故障切除后，保护可能会处于不同的运行方式下，导致故障电流和电动机反馈电流完全不同，保护的设置和相互之间的配合非常困难。

以图1为例，当K1发生短路故障时，由于线路L2、L3上大量电动机负荷的存在，使得大量反馈电流流向短路点，同时该线路相邻线路上也会受到短路影响，大量的电动机反馈电流也会流向短路点，使得开关C、D、E、F、G甚至母线开关A都有可能受到电动机反馈电流的冲击发生误动，扩大事故范围，根本无法实现保护的选择性要求，配电网自动化功能也难以实现。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：解决配电网中由于电动机反馈电流对非故障段开关冲击而导致开关误动，提高保护的可靠性和选择性。

为实现上述的发明目的，本发明提供了一种配电网保护方法，包括如下步骤：

当前保护线路发生故障时，

计算当前保护线路首端处的初始整定电流值；

计算当前保护线路首端处的最大后端电动机反馈电流值；

计算当前保护线路首端处的最小运行方式下的故障电流值；

取当前保护线路首端处所述初始整定电流值、最大后端电动机反馈电流值、最小运行方式下的故障电流值中最大值作为当前保护线路的整定电流设定值。

其中较优地，所述当前保护线路首端处的初始整定电流值是通过以下方式计算的：

当前保护线路发生故障时当前保护线路首端的故障电流值与可靠系数取商得到的。

其中较优地，所述当前保护线路首端的故障电流值是通过以下方式计算的：

$I_p^{\left(2\right)}=\sqrt{3}/5.1\×i_{sh}$

其中，I_p⁽²⁾为当前保护线路首端的故障电流值，i_sh为三相故障冲击电流峰值。

其中较优地，所述电动机反馈电流是通过电动机出厂值确定或通过对电机建模仿真得到的。

其中较优地，所述最小运行方式下当前保护处的故障电流值是通过以下方式计算的：

其中，I_k为最小运行方式下当前保护处的故障电流值，为系统等效电源的相电势，Z_s为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，Z_k为短路点到保护安装处之间的阻抗。

其中较优地，还包括在配电网中同一保护装置在不同运行方式下整定电流设定值的确定步骤：

不同运行方式下得到的同一保护装置的不同整定电流设定值，选择最小的作为同一保护装置在不同运行方式下的整电流设定定值。

本发明提供的一种配电网保护方法，减少了电动机反馈电流对非故障线路保护装置的影响，通过该方法还可以将不同运行方式下同一分段开关的保护整定为相同值，不仅简化了保护的整定方法还大大提高了保护的可靠性和选择性，该方法适用于具有自动化功能、多分段开关的配电网，对配电网安全可靠运行及自动化和智能化发展都具有重要的意义。

附图说明

图1是现有技术中环网运行方式的配电线路图；

图2是本发明单电源辐射状配电网示意图；

图3是本发明双电源手拉手环网配电网示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

目前，分段开关保护的选择性主要是通过保护动作值和时限配合来保证的。其保护动作设置一般是按躲过本保护线路末端最大短路电流的方法进行计算的，短路电流计算按下式计算：

其中，I_k为最小运行方式下当前保护处的故障电流值，为系统等效电源的相电势，Z_s为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，Z_k为短路点到保护安装处之间的阻抗。

通常线路中的电动机负载在计算时常被简单等效为电感阻抗，而且不考虑其反馈电流对保护的影响，这对于线路上电动机负荷多、短路时反馈电流大的配电线路的保护非常不利，难以保证保护的选择性，可能会造成保护误动，扩大事故范围。

为此，本发明提供一种配电网保护方法，包括如下步骤：当前保护线路发生故障时，计算当前保护线路首端处的初始整定电流值；计算当前保护线路首端处的最大后端电动机反馈电流值；计算当前保护线路首端处的最小运行方式下的故障电流值；取当前保护线路首端处所述初始整定电流值、最大后端电动机反馈电流值、最小运行方式下的故障电流值中最大值作为当前保护线路的整定电流值。下面举例对本发明提供的配电网保护方法举例展开详细的说明。

在本发明的一个实施例中，在有大量电动机负载的配电网中，当线路被分段开关(或称智能配电终端FTU)分为多段时，如果其中的一个分段开关所保护的线路发生故障时(一般是两相故障)，需要根 据当前保护的线路中的负载调整当前分段开关的整定电流值。

首先，介绍计算当前保护线路首端处的初始整定电流值的步骤。

对配网中各保护的初始整定电流值的设置，需按最小运行方式下本段线路末端发生两相故障时，本段线路首端的故障电流除以可靠系数得到当前保护线路首端处的初始整定电流值。其中，可靠系数是由专业技术人员根据日常经验设定的。本段线路首端的故障电流通过以下方式计算：

$I_p^{\left(2\right)}=\sqrt{3}/5.1\×i_{sh}$

其中，I_p⁽²⁾为当前保护线路首端的故障电流值，i_sh为三相故障冲击电流峰值。

下面结合具体电路故障实例说明。

如图2所示，配电线路由单电源S1供电，分段开关A、B、C均有继电保护装置，线路中带有电动机负载。当线路末端K1发生两相短路故障时，由于电动机反馈电流的影响，保护C处的故障电流小于末端故障电流。因此，保护C的整定电流值为该段线路末端故障时，线路首端即C处的故障电流除以可靠系数得到。

其次，介绍计算当前保护线路首端处的最大后端电动机反馈电流值；

当前保护线路首端处的最大后端电动机反馈电流可以根据通过电动机出厂值确定或通过对电机建模仿真得到。

如图2所示，配电线路由单电源S1供电，分段开关A、B、C均有继电保护装置，线路中带有电动机负载。当线路末端K1发生两相短路故障时，保护C处故障时(即该线路首端)最大后端反馈电流是通过建模仿真得到。保证首端故障时后端电机产生的反馈电流不会引起C保护的误动。

再次，计算当前保护线路首端处的最小运行方式下的故障电流值；

最小运行方式下，线路末端发生两相短路故障时，流过该保护处的故障电流。最小运行方式下当前保护处的故障电流值是通过以下方 式计算的：

其中，I_k为最小运行方式下当前保护处的故障电流值，为系统等效电源的相电势，Z_s为保护安装处到系统等效电源之间的阻抗，Z_k为短路点到保护安装处之间的阻抗。

如图2所示，按上述方式计算最小运行方式下本段线路末端发生两相短路故障时保护C处的故障电流。

对保护C是否产生动作进行校验，保证线路在最小运行方式下末端发生两相短路时保护C不拒动。具体地，在没有电动机负载的情况下在最小运行方式下末端发生两短路时C是否产生相应的动作。

最后，介绍选取当前保护线路的整定电流设定值的步骤。

为了保证保护装置对当前保护线路保护的可靠性和选择性，需要对当前保护装置的整定电流设定值作相应的选择。对当前保护线路的整定电流设定值选择时，必须要保证当前保护线路发生故障时，计算当前保护线路首端故障时后端电机产生的反馈电流不会引起当前保护线路的保护装置误动。也应当必须保证当前保护线路在最小运行方式下末端发生两相短路时当前保护线路的保护装置不拒动。因此，当前保护线路的整定电流设定值应当大于当前保护线路的最大后端电动机反馈电流，并且大于当前保护线路最小运行方式下线路末端发生两相短路时本保护处的故障电流。下面结合具体电路故障实例说明。

如图2所示，配电线路由单电源S1供电，分段开关A、分段开关B、分段开关C均有继电保护装置，线路中带有电动机负载。当线路末端K1发生两相短路故障时，保证后端电机产生的反馈电流不会引起分段开关C保护的误动。保证线路在最小运行方式下末端发生两相短路时保护分段开关C不拒动。

同理，分段开关A、分段开关B的整定方法与分段开关C的整定方法相同，同样以线路末端K1短路时，该段线路首端即分段开关A和分段开关B处的故障电流除以可靠系数得到。并与最大后端电动机反馈电流、最小运行方式下末端发生两相短路时的短路电流进行比较，取大于等于上述三者的值作为分段开关A、分段开关B的整定电流设定值，具体过程参考上文中分段开关C的整定电流设定值，在此就不再一一赘述了。

在本发明的另一个实施例中，当同一保护在环形配电网中可能会出现不同运行方式时，保护装置在不同运行方式下的整定电流设定方法与上述实施例基本相同，其区别在于，不同运行方式下得到的同一保护装置的不同整定电流设定值，选择最小的作为同一保护装置在不同运行方式下的整定电流设定定值。下面结合具体电路故障实例说明。

如图3所示，对于手拉手环网配电线路，分段开关A、分段开关B、分段开关D、分段开关E为常闭开关，联络开关C为常开开关。线路AC、EC分别由电源S1和S2供电。以分段开关B在不同运行方式下得到的同一保护装置的不同整定电流设定值I_B1、I_B2、I_B2，选择I_B1、I_B2、I_B2中最小的作为同一保护装置在不同运行方式下的电流设定定值的整定为例进行说明。

在线路正常运行时按照上述方法对分段开关B进行整定，整定电流值为I_B1；当AB段线路故障时分段开关A断开C闭合，BC线路由另外一侧电源S2供电，此时分段开关B改变了原来由S1供电的运行方式，改为由S2供电，其线路负载情况发生改变，此时按照上述方法对分段开关B再进行整定，整定值为I_B2；当DE段线路故障时分段开关E断开，联络开关C闭合，线路CD由另一侧电源S1供电，此时分段开关B又处于第三种运行方式下，线路负载情况又发生改变，再重新对其进行整定，整定值为I_B3。为了使分段开关B在不同运行方式 下均能准确动作，选择I_B1、I_B2、I_B3中最小值为分段开关B的最终整定值。

同理，分段开关A、分段开关D、分段开关E的整定方法与分段开关B的整定方法相同，同样以线路末端K1短路时，该段线路首端即分段开关A和分段开关D、分段开关E处的故障电流除以可靠系数得到。并与最大后端电动机反馈电流、最小运行方式下末端发生两相短路时的短路电流进行比较取大于等于上述三者的值作为分段开关A、分段开关D、分段开关E的整定电流设定值，具体过程参考上文中分段开关B的整定电流设定值，在此就不再一一赘述了。

综上所述，本发明提供的一种配电网保护方法，减少了电动机反馈电流对非故障线路保护装置的影响，通过该方法还可以将不同运行方式下同一分段开关的保护整定为相同值，不仅简化了保护的整定方法还大大提高了保护的可靠性和选择性，该方法适用于具有自动化功能、多分段开关的配电网，对配电网安全可靠运行及自动化和智能化发展都具有重要的意义。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。