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[摘 要]随着城市建设的快速发展，人们生活质量的大步提高，人们对供电的需求也不断提高。从单一的取暖照明用电，到现在的多媒体电源、电梯等不间断供电，配电网已不是一条条简单的单一辐射型供电线路，而是形成了具有手拉手互供模式的供电网络。现在城区10kV配电网的网架远比110kV及以上的主系统网架复杂的多，支支节节、互相交错。如何判断在什么位置安装和配置继电保护装置、怎样整定各级保护定值合适，避免或减少越级掉闸，从二次设备的角度提高供电可靠性就显得尤为重要。本文主要探讨配电网各级保护的配置及整定，为配网改造提供参考。
[关键词]配网、柱上智能开关、环网柜、开闭所
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0399-02
引言：
城市10kV配电网网架主要指配网公用线路网架。受架空线路和电缆线路影响，配网公用线上的保护主要有柱上智能开关断路器保护（以下简称柱上开关）、环网柜保护、开闭所（开关站）保护三类。在具有互供模式的配电网络开展保护定值整定、设定保护投退需要结合具体线路分别对待。下面对这三种类型的继电保护配置及保护定值整定分别开展论述。
正文：
一、配网公用线路柱上开关保护配置及定值整定
为降低配电线路靠近电源主系统的近区故障对系统变压器引起的冲击，以及尽快隔离和切断故障段线路，减少对正常用户的停电时间，因此，在10KV配电公用线路上通常会逐段设置多个柱上开关（如图一）。
一条配网公用线路上的柱上开关肯定不会如上图所示这样简单的只设三个柱上开关，仅以此图举例说明大致分三类：出站柱上开关、主干线上的柱上开关以及分支线上的柱上开关。下面对这三种类型的开关保护投退逐一分析。
1、第一级柱上开关（出站1#杆开关）保护配置：
往往一出系统变电站就会设有第一级柱上开关，这级开关保护本身设置的作用是对站内站外故障的一个明显区分，并且线路工作以及送电操作均较为简便。
配网公用线路1号杆通常距站端很近，以太原电网某110kV变电站10kV母线短路电流以及出站600米电缆后的1#杆处的短路电流进行比较如下表：
从图中明显看出600米以内的出站电缆线路与变电站内母线短路电流相差不多。对于上下两级电流保护而言，如果两处的保护装置感受的短路电流相当，那这两级电流保护的保护范围肯定有很大一片相互重叠甚至完全重叠。
（1）线路两级瞬时电流保护：对于1#柱上开关上的瞬时保护而言，考量的就是其与站内保护装置出口以及一次开关行程时间总和谁快谁慢了。因为开关质量以及运维到位等原因，通常站内开关更加可靠、动作迅速。
（2）线路两级过流保护：一般系统变电站10kV出线过流保护时间为1秒或1.3秒。规程规定上下级保护时间级差为0.3秒（电磁型保护时间级差为0.5秒），按1.3秒时间配合下来的一条公共线路最多可以给三级柱上开关保护。1#柱上开关上的过流保护占了其中的一级，后面的线路不管多长也只能再给两级保护了。
（3）公用线路1号杆上的保护动作与站端开关保护动作意义相同，同样是甩掉全线负荷。
小结：配网公用线路1号杆上的柱上开关保护投入的弊大于利，不建议投入。
2、干线柱上开关保护配置：
（1）当配网公用线路的主干线小于5公里时，说明线路的供电半径比较小，站端线路电流保护能够保护全线，投入柱上开关保护的意义不大。
（2）当主干线路大于5公里小于10公里时，因线末短路电流明显降低，站端线路电流保护的保护范围对全线而言缩小很多，可以综合考虑线路各段的负载水平、短路电流、环境影响等因素，在干线合适位置装设并投入以及干线柱上开关保护，起到分段作用。
（3）当线路大于10公里时，线路过长，线路后段的故障需要靠站端电流保护的过流段经过长延时才能切除，此时有可能线路已经受损，需要更长时间的检修期才能恢复送电。因此可在适当范围设置二级干线柱上开关保护。
小结：通过上述分析，当配网公用线路的主干线小于5公里时，不建议投入主干线柱上开关保护；当主干线路大于5公里小于10公里时，宜在主干线路50%处投入一级柱上开关保护；当线路大于10公里时，宜在主干线路50%处投入一级柱上开关保护，在80%处投入二级柱上开关保护。这里的“宜”只是建议值，还要综合考虑，每条公用线路的情况可能不太一样。
3、支线柱上开关保护配置：
（1）主干线的分支线路可以看做挂在主干线上的若干条并行的线路。如果分支线路上柱上智能开关保护投入并合理给定定值，任何一条支线故障时均不会影响干线带其它支线继续运行。
（2）在实际运行中会有这样的情况出现，那就是在一条配网公用线路上，某条支线比主干线长度还要长很多，因为这条支线上所带负荷较多较重，所以它的线径可能与主干线相同，那么可以将这条长支线作为整条线路的干线对待，将原先的干线当做支线处理，按照干线柱上开关取舍保护。
小结：配网公用线的各分支线路上如果都安装有柱上开关，其保护应投入。此时，应相应减少或不投入主干线上的柱上开关保护。
4、配网公用线路柱上开关保护整定方法：
（1）按照干線柱上开关配置，主干线上投入保护的第一个柱上开关称作一级开关，投入保护的第二个柱上开关称作二级开关，支线上的柱上开关称作三级开关。
（2）一级开关主要起分段作用。综合考虑短路电流、线径、站端TA等因素：
一条10kV配网线路的总负荷限定按最小载流元件限定，导线截面300mm2的绝缘铝导线在25℃的环境温度下允许工作电流约695A。
粗算在城市配网系统中，以系统最大阻抗（即最小运行方式下）为5欧考虑，10kV 配网5公里架空线路处两相短路最小短路电流为2054A。 所以瞬时速断保护定值按站端TA额定一次值600A考虑，制定其速断保护定值取线路站端CT变比一次值的2倍，如CT为600/5，则整定为1200A。确保柱上开关保护装设处故障时保护灵敏度在1以上，满足规程规定要求，并且满足负荷需求。
既然起分段作用，过流保护定值就只考虑线路后段负荷，而不是全部负荷，故取公用线路站端CT变比一次值的0.8倍整定就可以了（如CT为600/5，则整定为480A）。
因公用线路最多设置两级柱上开关，为与站端保护有明显区分，所以一级开关过流保护时间可以按照0.6秒整定。
（3） 二级开关在线路过长时投入，此时二级开关保护安装处的短路电流下降很多，但考虑电压质量等因素，整条公用线路的长度是不易过长的。按10公里架空线路来比较，通过公示计算，其短路电流也在1000A以上。
因此，其瞬时速断保护定值取公用线路站端CT变比一次值的1.5倍时可行的。过流保护定值取公用线路站端CT变比一次值的0.8倍，时间整定可按0.3秒整定。
二、配网公用线路环网柜开关保护配置及定值整定
如下图（图二）所示为配电线路环网柜接线图。
1、环网柜保护配置：
目前运行的配电线路上的环网柜保护配置情况如下表（1）
目前太原电网内新装环网柜均要求出线配置断路器保护。
负荷开关不配置保护，仅是通过熔断器控制负荷电流的一种装置，断路器则通过保护装置动作。
表中第1条中的断路器保护类似于主干线一级柱上开关保护（分段作用），第2、3条中的断路器保护类似于主干线的分支线路柱上开关保护。以此来看待环网柜断路器保护，跟柱上开关一样有选择的投退，而不是所有的环网柜保护都投入，定值也按照柱上开关相同整定。具体分析结果见下表（2）
需要说明的是，距离站端的首个环网柜，若其进线装设了断路器保护，则按照出站1#杆开关对待，是不应投入的。
下表（3）为参照柱上开关保护投退对环网柜进线为断路器保护的保护投退情况汇总表。
上表说明了一条配网线路上哪级环网柜应将保护投入。之所以考虑了配置十个及以上的环网柜，是因为目前实际运行中的配网公用线路上真实存在着一条线路串供了这么多环网柜的现象。
2、环网柜断路器保护整定方法：
环网柜进线投入断路器保护，按分段式保护（柱上一级、二级开关）设置瞬时速断定值。即等同于一、二级柱上开关保护。
环网柜出线投入断路器保护，且报装负荷在1000kW及以下的，出线保护瞬时速断定值一次值可按150A整定；环网柜出线投入断路器保护，且报装负荷在1000kW以上的，出线保护瞬时速断定值一次值可按300A整定。即等同于分支柱上开关保护。
三、配网公用线路开闭所（开关站）保护配置及定值整定
1、开闭所（开关站）保护配置：
配网开闭所（开关站）进线一般为专供线路，线路两侧宜配置纵联差动保护，纵差保护及CT配置应与系统侧保持一致。因为开闭所（开关站）侧为弱馈侧，为了快速恢复送电，减少开闭所侧的操作，进线仅投纵差保护功能，其余电流保护功能停用，且保护仅投信号位置。这在有重合闸投入的开闭所进线上更能反映出“快速恢复供电”的效果。
在公用线路上接开闭所时，开闭所所有出线按照公用线的支线同等对待，进线保护停用，减少保护级数，这样整定时也简单些。
配网开闭所（开关站）出线应配置瞬时电流速断保护、过电流保护。
两座开闭所间的联络线宜装设纵联差动保护（纵差保护及CT配置应与系统侧保持一致）、限时速断保护、过流保护。
2、开闭所（开关站）保护整定方法：
纵差保护定值：配网线路差动保护的差动启动值一般要求躲过正常负荷电流，避免装置在正常负荷电流下频繁启动，也有装置是按躲过不平衡电流整定的。应仔细研读厂家说明书提供的整定说明，并保证两侧定值一次值相同整定。
瞬时电流速断保护定值：开闭所（开关站）出线与本开关站的分段保护定值反配合整定。
限时电流速断保护定值：开闭所（开关站）出线（联络线上装有纵差保护的）与本开关站的分段保护定值反配合整定，对本线路末端有规定的灵敏系数，时间可按0.2秒整定，与瞬时速断保护区分。
过电流保护定值：按照躲过线路的最大负荷电流以及与进线电源侧过流定值反配合整定，时间与进线电源过流时间配合整定，微机保护时间级差为0.3秒。
开闭所（开关站）分段保护定值；按照本母线故障时灵敏系数不小于2，且与进线电源侧速断保护定值反配合整定。分段保护时间可整定为0.3秒。
四、结论：
近年来，太原市城市建设发展迅速，道路改造期间配电线路掉闸现象也频繁出现，居民供電可靠性得不到保障。通过上述分析，在实际电网中充分研究每条配网线路的保护规划，重点对配网各级保护投退和保护定值合理取舍，满足配网保护和主网保护的配合要求，是提升配网供电可靠性的重要手段。
参考文献：
[1]电力行业规程，3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程，DL/T 584-2007
作者简介：
彭军，女，2013年武汉大学毕业，电气工程及其自动化专业，工程师；从事保护运行技术专业。
[关键词]配网、柱上智能开关、环网柜、开闭所
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）16-0399-02
引言：
城市10kV配电网网架主要指配网公用线路网架。受架空线路和电缆线路影响，配网公用线上的保护主要有柱上智能开关断路器保护（以下简称柱上开关）、环网柜保护、开闭所（开关站）保护三类。在具有互供模式的配电网络开展保护定值整定、设定保护投退需要结合具体线路分别对待。下面对这三种类型的继电保护配置及保护定值整定分别开展论述。
正文：
一、配网公用线路柱上开关保护配置及定值整定
为降低配电线路靠近电源主系统的近区故障对系统变压器引起的冲击，以及尽快隔离和切断故障段线路，减少对正常用户的停电时间，因此，在10KV配电公用线路上通常会逐段设置多个柱上开关（如图一）。
一条配网公用线路上的柱上开关肯定不会如上图所示这样简单的只设三个柱上开关，仅以此图举例说明大致分三类：出站柱上开关、主干线上的柱上开关以及分支线上的柱上开关。下面对这三种类型的开关保护投退逐一分析。
1、第一级柱上开关（出站1#杆开关）保护配置：
往往一出系统变电站就会设有第一级柱上开关，这级开关保护本身设置的作用是对站内站外故障的一个明显区分，并且线路工作以及送电操作均较为简便。
配网公用线路1号杆通常距站端很近，以太原电网某110kV变电站10kV母线短路电流以及出站600米电缆后的1#杆处的短路电流进行比较如下表：
从图中明显看出600米以内的出站电缆线路与变电站内母线短路电流相差不多。对于上下两级电流保护而言，如果两处的保护装置感受的短路电流相当，那这两级电流保护的保护范围肯定有很大一片相互重叠甚至完全重叠。
（1）线路两级瞬时电流保护：对于1#柱上开关上的瞬时保护而言，考量的就是其与站内保护装置出口以及一次开关行程时间总和谁快谁慢了。因为开关质量以及运维到位等原因，通常站内开关更加可靠、动作迅速。
（2）线路两级过流保护：一般系统变电站10kV出线过流保护时间为1秒或1.3秒。规程规定上下级保护时间级差为0.3秒（电磁型保护时间级差为0.5秒），按1.3秒时间配合下来的一条公共线路最多可以给三级柱上开关保护。1#柱上开关上的过流保护占了其中的一级，后面的线路不管多长也只能再给两级保护了。
（3）公用线路1号杆上的保护动作与站端开关保护动作意义相同，同样是甩掉全线负荷。
小结：配网公用线路1号杆上的柱上开关保护投入的弊大于利，不建议投入。
2、干线柱上开关保护配置：
（1）当配网公用线路的主干线小于5公里时，说明线路的供电半径比较小，站端线路电流保护能够保护全线，投入柱上开关保护的意义不大。
（2）当主干线路大于5公里小于10公里时，因线末短路电流明显降低，站端线路电流保护的保护范围对全线而言缩小很多，可以综合考虑线路各段的负载水平、短路电流、环境影响等因素，在干线合适位置装设并投入以及干线柱上开关保护，起到分段作用。
（3）当线路大于10公里时，线路过长，线路后段的故障需要靠站端电流保护的过流段经过长延时才能切除，此时有可能线路已经受损，需要更长时间的检修期才能恢复送电。因此可在适当范围设置二级干线柱上开关保护。
小结：通过上述分析，当配网公用线路的主干线小于5公里时，不建议投入主干线柱上开关保护；当主干线路大于5公里小于10公里时，宜在主干线路50%处投入一级柱上开关保护；当线路大于10公里时，宜在主干线路50%处投入一级柱上开关保护，在80%处投入二级柱上开关保护。这里的“宜”只是建议值，还要综合考虑，每条公用线路的情况可能不太一样。
3、支线柱上开关保护配置：
（1）主干线的分支线路可以看做挂在主干线上的若干条并行的线路。如果分支线路上柱上智能开关保护投入并合理给定定值，任何一条支线故障时均不会影响干线带其它支线继续运行。
（2）在实际运行中会有这样的情况出现，那就是在一条配网公用线路上，某条支线比主干线长度还要长很多，因为这条支线上所带负荷较多较重，所以它的线径可能与主干线相同，那么可以将这条长支线作为整条线路的干线对待，将原先的干线当做支线处理，按照干线柱上开关取舍保护。
小结：配网公用线的各分支线路上如果都安装有柱上开关，其保护应投入。此时，应相应减少或不投入主干线上的柱上开关保护。
4、配网公用线路柱上开关保护整定方法：
（1）按照干線柱上开关配置，主干线上投入保护的第一个柱上开关称作一级开关，投入保护的第二个柱上开关称作二级开关，支线上的柱上开关称作三级开关。
（2）一级开关主要起分段作用。综合考虑短路电流、线径、站端TA等因素：
一条10kV配网线路的总负荷限定按最小载流元件限定，导线截面300mm2的绝缘铝导线在25℃的环境温度下允许工作电流约695A。
粗算在城市配网系统中，以系统最大阻抗（即最小运行方式下）为5欧考虑，10kV 配网5公里架空线路处两相短路最小短路电流为2054A。 所以瞬时速断保护定值按站端TA额定一次值600A考虑，制定其速断保护定值取线路站端CT变比一次值的2倍，如CT为600/5，则整定为1200A。确保柱上开关保护装设处故障时保护灵敏度在1以上，满足规程规定要求，并且满足负荷需求。
既然起分段作用，过流保护定值就只考虑线路后段负荷，而不是全部负荷，故取公用线路站端CT变比一次值的0.8倍整定就可以了（如CT为600/5，则整定为480A）。
因公用线路最多设置两级柱上开关，为与站端保护有明显区分，所以一级开关过流保护时间可以按照0.6秒整定。
（3） 二级开关在线路过长时投入，此时二级开关保护安装处的短路电流下降很多，但考虑电压质量等因素，整条公用线路的长度是不易过长的。按10公里架空线路来比较，通过公示计算，其短路电流也在1000A以上。
因此，其瞬时速断保护定值取公用线路站端CT变比一次值的1.5倍时可行的。过流保护定值取公用线路站端CT变比一次值的0.8倍，时间整定可按0.3秒整定。
二、配网公用线路环网柜开关保护配置及定值整定
如下图（图二）所示为配电线路环网柜接线图。
1、环网柜保护配置：
目前运行的配电线路上的环网柜保护配置情况如下表（1）
目前太原电网内新装环网柜均要求出线配置断路器保护。
负荷开关不配置保护，仅是通过熔断器控制负荷电流的一种装置，断路器则通过保护装置动作。
表中第1条中的断路器保护类似于主干线一级柱上开关保护（分段作用），第2、3条中的断路器保护类似于主干线的分支线路柱上开关保护。以此来看待环网柜断路器保护，跟柱上开关一样有选择的投退，而不是所有的环网柜保护都投入，定值也按照柱上开关相同整定。具体分析结果见下表（2）
需要说明的是，距离站端的首个环网柜，若其进线装设了断路器保护，则按照出站1#杆开关对待，是不应投入的。
下表（3）为参照柱上开关保护投退对环网柜进线为断路器保护的保护投退情况汇总表。
上表说明了一条配网线路上哪级环网柜应将保护投入。之所以考虑了配置十个及以上的环网柜，是因为目前实际运行中的配网公用线路上真实存在着一条线路串供了这么多环网柜的现象。
2、环网柜断路器保护整定方法：
环网柜进线投入断路器保护，按分段式保护（柱上一级、二级开关）设置瞬时速断定值。即等同于一、二级柱上开关保护。
环网柜出线投入断路器保护，且报装负荷在1000kW及以下的，出线保护瞬时速断定值一次值可按150A整定；环网柜出线投入断路器保护，且报装负荷在1000kW以上的，出线保护瞬时速断定值一次值可按300A整定。即等同于分支柱上开关保护。
三、配网公用线路开闭所（开关站）保护配置及定值整定
1、开闭所（开关站）保护配置：
配网开闭所（开关站）进线一般为专供线路，线路两侧宜配置纵联差动保护，纵差保护及CT配置应与系统侧保持一致。因为开闭所（开关站）侧为弱馈侧，为了快速恢复送电，减少开闭所侧的操作，进线仅投纵差保护功能，其余电流保护功能停用，且保护仅投信号位置。这在有重合闸投入的开闭所进线上更能反映出“快速恢复供电”的效果。
在公用线路上接开闭所时，开闭所所有出线按照公用线的支线同等对待，进线保护停用，减少保护级数，这样整定时也简单些。
配网开闭所（开关站）出线应配置瞬时电流速断保护、过电流保护。
两座开闭所间的联络线宜装设纵联差动保护（纵差保护及CT配置应与系统侧保持一致）、限时速断保护、过流保护。
2、开闭所（开关站）保护整定方法：
纵差保护定值：配网线路差动保护的差动启动值一般要求躲过正常负荷电流，避免装置在正常负荷电流下频繁启动，也有装置是按躲过不平衡电流整定的。应仔细研读厂家说明书提供的整定说明，并保证两侧定值一次值相同整定。
瞬时电流速断保护定值：开闭所（开关站）出线与本开关站的分段保护定值反配合整定。
限时电流速断保护定值：开闭所（开关站）出线（联络线上装有纵差保护的）与本开关站的分段保护定值反配合整定，对本线路末端有规定的灵敏系数，时间可按0.2秒整定，与瞬时速断保护区分。
过电流保护定值：按照躲过线路的最大负荷电流以及与进线电源侧过流定值反配合整定，时间与进线电源过流时间配合整定，微机保护时间级差为0.3秒。
开闭所（开关站）分段保护定值；按照本母线故障时灵敏系数不小于2，且与进线电源侧速断保护定值反配合整定。分段保护时间可整定为0.3秒。
四、结论：
近年来，太原市城市建设发展迅速，道路改造期间配电线路掉闸现象也频繁出现，居民供電可靠性得不到保障。通过上述分析，在实际电网中充分研究每条配网线路的保护规划，重点对配网各级保护投退和保护定值合理取舍，满足配网保护和主网保护的配合要求，是提升配网供电可靠性的重要手段。
参考文献：
[1]电力行业规程，3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程，DL/T 584-2007
作者简介：
彭军，女，2013年武汉大学毕业，电气工程及其自动化专业，工程师；从事保护运行技术专业。