配电网继电保护对供电可靠性的影响
随着经济社会的飞速发展，用户对供电可靠性的要求不断提高，特别是一些大型重要用户，用电需求量大、可靠性要求高，针对这些用户必须建设用户专线或建立专供的开闭所和配电室来满足要求。在配电网规模迅速增加的同时，配电网结构也变得更加复杂多样，这对二次继电保护做到与一次结构的相互匹配提出了更高的要求。
摘要：本文分析了武汉城区10kV配电网的典型接线方式及配电网继电保护配置情况，从对用户供电可靠性的角度，分析了配电网继电保护存在的问题，并提出相关建议。
关键字：继电保护,供电可靠性,配电网
继电保护是配电网的基础支撑技术，对供电可靠性有着根本性的影响。但传统保护方案设计的出发点往往以保护电网本身的安全为主，而忽视了对用户的可靠持续供电，其保护配置与整定配合比较简单，不能够很好地保护用户免受故障停电与电压骤降的损失。
本文主要以用户的供电可靠性为出发点，重点讨论10kV配电网络中继电保护整定与配合的问题，及其对供电可靠性的影响。
1目前配电网典型接线及继电保护概况
配电网中常用的线路为架空线路和电缆线路两大类。架空线路包括纯架空线路和架空与电缆混合线路，一般为公用线路。随着城市建设和供电可靠性的需要，电缆线路所占比重越来越大。电缆线路一般分为放射形网络和环网状网络，放射形网络采用分级式，通过开闭所将电源从上级送到下级，可作为大用户的专供线路，开闭所一般从变电站不同的10kV母线取两路电源，保证其供电可靠性。武汉市区电缆环网线路主要采用单环网方式，这种接线模式通过户外环网柜、户内配电室环网单元来进行联络，形成手拉手式的环网，正常情况下开环运行，当任一段线路发生故障时可通过切换，隔离故障区域，恢复非故障段的供电。
武汉城区10kV配网经过改造，变电站10kV馈线开关已经基本更换为微机型保护，只存在少数电磁型保护，而开闭所的情况正好相反，大多数还是老式的电磁型反时限保护，只有少数重要的开闭所改造成了微机型保护。对于环网柜，则主要是采用负荷开关，不设断路器。对10kV配网继电保护装置是按变电站10kV馈线开关及开闭所进线、出线保护由速断、过流保护构成，架空线路配有后加速重合闸这一原则构成的。
2配电网继电保护存在的问题
按照《3～110kV电网继电保护装置运行整定规程》的规定，继电保护整定必须满足快速性、选择性、灵敏性和可靠性四项基本要求。在配电网中若不能兼顾这四项基本要求时，则按下级服从上级、上级尽可能照顾下级的需要，并保证重要用户供电的原则进行合理取舍。目前，武汉城区10kV配电网中暴露出由于继电保护配置及整定计算影响供电可靠性的主要有以下问题。
2.1 电磁型反时限保护与微机保护之间不配合
反时限过电流保护的原理是动作时间随短路电流的增大而自动减小的保护，即短路电流越大，跳闸时间越短，其整定方法与速断、过流保护不同，使其与上级的微机保护配合出现问题。如一级开闭所在经过改造，全部更换为微机型保护，速断时间整定为0S，但是其下级开闭所未经改造，进出线保护都还是采用的传统的电磁型反时限保护，其动作时间只有在短路电流很大的情况下才能接近0S，所以可能出现下级线路短路时上级线路也同时动作的情况。这样就扩大了停电范围，影响了上级用户的供电可靠性。
若下级开闭所也进行了改造，配置了微机保护，但由于开闭所之间物理距离短，又多采用全电缆线路，使线路的电气距离急剧缩短，造成短路电流很大，此时各级开闭所感受到的电流都达到了速断动作值而造成其同时启动并跳闸。这时同样影响了非故障段用户的供电可靠性，并会影响巡线人员对故障点的判断，延长送电时间。
2.2 开闭所级数过多，保护难以配合
武汉城区配网中开闭所串接最多达到四级，这样的结构无法满足保护对选择性的要求，保护整定也就无法逐级配合，当用户或下级串供负荷故障时，电源侧将无选择性地切除，扩大了停电范围，影响供电可靠性。
如上图所示，变电站10kV出线过流保护时间一般整定为1S，按照配合原则，其下级线路时限应该逐级减少一个时间级差Δ t，一般微机保护级差为0.3S，电磁型保护为0.5S，所以当开闭所级数大于2级时，在时间上不够分配，也就没有办法配合。所以整定人员只有将每一级的开关保护时间定值都整定为速断0S，过流0.5S。这种缺陷是由电流阶段保护原理和保护装置本身特性所决定的，无法用改变定值大小及时间的方法来弥补。
2.3 限时速断保护对同母线其他用户的影响
下级或分支线路开关保护多采用瞬时电流速断保护，为避免分支线路故障引起整条线路停电，武汉城区变电站10kV馈线开关速断保护带0.15S的延时，以保证整条馈线的供电可靠性。尽管这种保护配合保证了馈线上非故障区域用户的持续供电，但是在主干线上发生故障时，由于延时速断保护会造成主干线上故障切除时间延长，变电站母线电压会出现长时间的骤降，威胁同母线非故障线路上敏感负荷的正常运行。在数字经济高速发展的今天，许多用户对电能质量和供电可靠性要求较高，因保护配置问题引起的停电范围扩大或电压骤降问题对用户造成的损失也越来越大。
3对配电网继电保护的建议
针对武汉城区10kV配电网及其继电保护装置配置现状，有以下几点建议。
1)取消开闭所进线开关的速断保护，只保留过流保护，速断保护直接由上级变电站与下级开闭所的出线相配合，减少配合级数。如上图所示，取消一级开闭所 02进线开关速断保护，使变电站出线01开关速断保护直接与一级开闭所出线保护相配合，因为变电站出线开关速断保护有0.15S延时，过流时限为1S，那么一级开闭所上的出线开关与其配合时，速断时间整定为0S。进线开关过流保护与上级变电站出线配合，时限整定为0.7S，而开闭所出线过流时限与进线配合整定为0.4S，这样当出线有故障使该条线路跳闸时不会甩掉整条母线负荷，提高了供电可靠性。该方案执行比较简单，只需要停用相关开关的保护即可，但是牺牲了开闭所母线故障时切除故障的时间，原来是由进线速断保护无延时切除，现在则由过流保护以0.4S延时切除。同时，配网的倒闸操作比较频繁，在开闭所每次更改运行方式时，都需要更改保护，比较麻烦。
2)关于多级串供问题，在电网规划和运行方式中，要合理选择供电方案。例如减少开闭所级数，尽量采用变电站至开闭所，开闭所直接向用户供电的方式;将电磁型保护更换为微机型保护以减小时间级差;采用更加可靠的一次设备使断路器开断时间尽可能的短;开闭所进线从不同变电站引入以满足“ N-1 ”的供电可靠性要求等等。
3)对供电可靠性要求高、非常重要的一类用户，建议采用从变电站出线到配电室进线全部加装光纤差动保护的方法，使其成为该线路主保护，将速断和过流保护作为其后备保护，速断保护加0.15S延时，过流保护按0.3S 级差逐级配合。由于光差保护只保护本线路全长，不存在相互配合问题。
4)在具备条件的地区实现配电自动化，将保护的部分功能转移到配电终端，通过馈线自动化与保护的配合，快速实施故障隔离和恢复送电，提高供电可靠性。
参考文献：
[1] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答.中国电力出版社.1997
[2] 贺家李.电力系统继电保护原理.中国电力出版社.2004
[3] 万善良,胡春琴,张玲.配电网继电保护若干技术问题的探讨.供用电.2005
