2019, Vol. 37 
配电网自动化系统是实现配电网运行监视和控制的自动化系统，可实现配电网的实时监控、故障自动隔离及供电恢复等[1]。其中，自动隔离故障、恢复供电是自动化系统的1个显著特点。当线路发生故障并切除后，系统能自动快速定位故障，断开故障点两侧的开关，隔离故障区，同时恢复非故障区的供电。与传统的人工“拉路法”查找故障、修复故障相比，配电网自动化系统大大缩小了停电范围，减少了停电时间，提高了供电可靠性。
随着我国经济的发展及对供电可靠性的需求日益增长，对配电网的继电保护工作提出了更高的要求。配电网线路保护配置、定值设置合理程度直接影响继电保护动作性能，进而影响配电网供电质量与供电可靠性。
配电网自动化线路涉及多个开关的保护整定，常规的10 kV线路保护配合关系已不能满足自动化工程多个开关的配合。基于此，本文制订了基于配电网自动化系统的10 kV线路保护整定方案，为配电网自动化技术在内蒙古电网的应用提供借鉴。
1 常规10 kV线路继电保护整定方案 1.1 配电网结构配电网的结构日趋复杂，由最初的单一辐射型结构发展为多分段多联络的网格化结构。图 1a为配电网单环网接线图。单环网接线方式结构简单、可靠性高，但线路载流量要按能为环网中所有负荷安全供电进行设计，预留1/2的容量为备用容量，容量利用率仅为50%[1]。为提高线路容量利用率，多采用多联络的接线方式，如图 1b所示。
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图 1 配电网接线方式 |
常规的10 kV线路保护通常配置两段式过流保护，三相一次重合闸[2]。对于地区电网调度继电保护部门，10 kV线路保护整定范围仅为变电站出线开关。对于分段开关（断路器、柱上开关等）、环网柜保护定值由线路运维单位按与上级保护配合整定。变电站出线开关保护配合关系如图 2所示。
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图 2 常规10 kV线路保护配置及配合关系 |
内电生[2010]34号《关于下发内蒙古电力公司预防主变压器冲击损坏事故技术措施的通知》中规定：对于低压侧采用户内开关柜的220 kV及以下主变压器，低压侧后备保护应加装不经电压闭锁的时限电流速断保护，其整定电流与出线电流速断保护配合，配合系数取1.1~1.15，要求35 kV、10 kV侧母线故障灵敏度不低于1.5，时限取0.3 s，跳本侧开关。由此可知：
（1）出线开关速断保护定值应与主变压器低后备时限速断保护配合，配合系数取1.1~1.15，确保主变压器低后备时限速断保护范围不超出变电站出线速断保护范围，保证继电保护动作的选择性。同时电流速断保护定值应考虑躲过线路末端故障的最大短路电流，躲过配电变压器启动时的励磁涌流；
（2）过流保护按躲过线路正常运行时的最大负荷电流整定并躲过配电变压器启动时的励磁涌流[3]，同时保证系统最小运行方式下线路末端两相短路故障有规定的灵敏度。
由上述可知，配电网自动化线路由于涉及多个开关的保护配合，常规的10 kV线路两段式过流保护0 s/0.3 s的时限已经不能满足多个开关保护时限配合的需要。
2 配电网自动化系统的10 kV线路保护整定 2.1 保护配置通常6~10 kV配电线路由两段式过流保护构成，作为线路相间故障的保护装置，重合闸一般采用三相重合闸[3]。
2.2 整定基本原则继电保护定值应满足选择性、灵敏性和速动性的要求，若由于电网运行方式、装置性能等原因，不能满足要求，则在整定计算时，应在保证规定灵敏度要求的同时按照如下原则合理取舍：
（1）配电网要服从主网；
（2）下级配电线路服从上级配电线路；
（3）保护电力设备安全；
（4）保重要用户供电。
2.3 整定计算随着配电网自动化技术的引入，内电生[2010]34号通知中要求主变压器低后备时限速断保护时限取0.3 s，已不能满足下级配电网线路多级开关逐级配合的关系，导致故障时配电网线路无选择性跳闸，进而扩大停电范围，降低了供电可靠性。因此在内电运[2018]75号《关于印发变压器低压侧时限速断保护配合原则讨论会会议纪要的通知》中对主变压器低后备时限速断保护时限作了重新调整：10 kV侧供电负荷均为城市公用负荷的变压器，低压侧时限电流速断保护动作时间在满足小于动作电流对应的变压器耐冲击时间基础上，由原0.3 s的时间上限调整为不大于0.6 s，可满足配电网逐级配合的要求。
复杂配电网线路涉及3个及以上的开关（断路器、环网柜等），若每个开关按1个层级整定，将存在时限紧张、保护无法配合的问题。因此，对于3个及以上的开关，将根据保护安装位置、接带负荷性质将开关划分为三级进行整定，有利于保护时限的配合[4]，可保证继电保护动作的选择性。配电网线路保护最多整定三级。具体整定原则如下。
2.3.1 电流（时限）速断保护（1）整定原则：按照躲过下一级开关出口最大短路电流整定，并保证可靠躲过变台启动产生的励磁涌流[5]。计算见公式（1）：
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(1) |
式中Idz—电流速断一次值；
Id.max—变压器低压侧最大三相短路电流；
Ij—线路所在电压等级的基准电流；
Kk—可靠系数，取值1.2~1.3；
Zxt.max—系统最大运行方式下的正序短路阻抗；
Zxl—本线路至下一级开关出口处的正序阻抗。
电流速断保护范围应满足最大运行方式下保护范围不得小于本级线路全长的50%；最小运行方式下保护范围不得小于本级线路全长的20%。
（2）当线路末端为1台变压器，其主保护为差动保护时，电流速断定值按与差动保护配合整定。
计算见公式（2）：
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(2) |
其中，Kk取值1.3~1.4；
当线路末端为1台变压器，其主保护为瞬时电流速断保护时，按与瞬时电流速断保护配合整定，计算见公式（3）：
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(3) |
式中Kk—可靠系数，取值1.1；
Id′—被配合变压器瞬时电流速断保护定值。
2.3.2 过流保护（1）整定原则：按躲过本级开关最大负荷电流整定，并保证对本级开关接带线路的灵敏度符合规定[6-7]。计算见公式（4）：
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(4) |
式中Kk—可靠系数，取值1.15~1.25；
Kf—返回系数，取值0.85；
Kzqd—电动机自启动系数，取值1.5~2.5；
Ifh.max—本级线路最大负荷电流。
（2）灵敏度校验：200 km以上线路，灵敏系数不小于1.3；50~200 km线路，不小于1.4；50 km以下线路，不小于1.5；相邻线路故障时力争灵敏系数不小于1.2。
2.3.3 时限配合配电网各级开关保护时限按照逐级配合关系整定，级差Δt=0.15 s。各级开关具体时限配合关系如图 3所示。
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图 3 线路各级开关时限配合关系 |
图 3a为单回线保护各级开关时限配合关系，主变压器低后备时限速断保护时限取0.6 s，10 kV出线一级开关过流时限取0.45 s，各级开关逐级配合，级差Δt=0.15 s。
图 3b为具备联络能力的线路各级开关时限配合关系，可以看出，某线路9117开关与另一线路9212开关联络，当线路9212出线开关停电检修或故障停电时，由线路9117转带9212的负荷，供电方式完全反转（即合联络开关，断开9212开关）。此时，被转带线路的保护时限均为0 s，保证被转带线路故障时，线路9117各级保护不发生动作，保证继电保护动作的选择性。
2.3.4 特殊说明（1）当线路较短，按照躲线路末端最大短路电流整定时可能存在无保护区的问题。如果线路末端为变压器，动作电流可与下级变压器速断保护、上级主变压器时限速断保护配合整定，保证继电保护动作的选择性。
（2）当线路较长，定值较小躲不过励磁涌流时，应考虑增加保护时限的方法提高躲涌流能力，保证保护不发生误动作；当过流保护灵敏度不满足规定要求时，可采用低电压闭锁或复压闭锁的过流方式。
3 案例分析以某变电站10 kV配电网自动化线路9117大学路为例进行分析。参数如表 1所示，主线为纯电缆，长度L=3.5 km，电缆型号为YJV22-10-3×240（铜芯，截面积240 mm2）。
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表 1 某110 kV变电站10 kV配电网参数 |
9117大学路线路走径图如图 4所示。可以看出，9117线路由7个环网柜组成，且在2号环网柜952开关处与9212君正华府联络，联络结构图如图 5所示。
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图 4 9117大学路线路走径图 |
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图 5 9117大学路与9212君正华府联络图 |
根据9117大学路环网柜位置及接待负荷性质，将7个环网柜分成2级，1号、2号、3号、5号（4号为分接箱）环网柜为二级开关，6号、7号、8号环网柜为三级开关（站内出线开关默认为一级开关）。按照2.3所述整定原则进行计算，整定结果如表 2所示。
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表 2 整定计算结果 |
对配电网自动化线路分级整定后，能有效实现继电保护动作的选择性，提高了配电网供电可靠性。
4 结语本文针对配电网自动化线路涉及多个开关的配合整定，保护时限无法配合的问题，提出分级整定的概念，将配电网多个开关按保护安装位置及接待负荷性质划分为三级进行整定，并制订基于配电网自动化系统的10 kV线路继电保护整定方案。通过具体工程实例验证了该方案的准确性与有效性，为今后配电网工程的深入开展及应用提供参考，为切实提高配电网供电可靠性提供了技术支撑。
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徐丙垠, 李天友, 薛永端, 等. 配电网继电保护与自动化[M]. 北京: 中国电力出版社, 2017.
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