吴长江，盛俊英，陈 晟，张 博，吴晨飞

（国网安徽省电力有限公司黄山供电分公司，安徽黄山 245000）

0 引言

配网线路位于电网末端，与用户设备直接关联，用户侧设备故障极易引起配网线路故障[1-3]。根据历年资料统计，超过85%的故障停电是由于配网线路故障引起的[4]。对配电线路投入保护能够及时切除故障设备，防止停电范围扩大。传统的配网线路为减少建设成本往往采用逻辑简单，成本较低的电流保护[5]，经常导致同时跳闸或越级跳闸的发生，与缩小停电范围初衷相违背，为提高供电可靠性，合理选择开关装设位置及其保护方式已成为配网改造的必然要求。

采用配电线路开关分级保护能够减少同跳故障的发生，但当前，国内对配电网分级保护的研究相对较少，文献[6]研究了根据线路所在变电站的不同采用的分级整定原则，给出了详细的计算方法，但在实际应用中该方法计算复杂，使用不便。文献[7]探讨了在配网线路支线投入保护对提高供电可靠性的重要性，但未提出定值整定具体实施方案。文献[8]笼统地介绍了在农网配电线路投入分级保护的原理，但文章所提方法大多基于传统的漏电保护设备，应用于线路分级保护效果不佳。

基于以上问题，本文针对近年来频繁出现的10 kV配网线路同跳故障，研究了配网分级保护的整定原则，并结合配电自动化建设，基于配自终端FTU的安装，根据柱上开关所处位置设置不同的保护定值，并给出了具体整定方法。根据方案实际效果，对比分析了分级保护整定前后停电范围的大小，以此说明基于FTU的分级保护能够提高供电可靠性。

1 配网保护现状分析

配网线路建设初期大多对线路保护的投入不足，且线路切改频繁、设备种类较多，无法形成统一的保护投退及定值设定标准。以往配网线路柱上开关大多依靠自身带有的保护切断故障，选择范围较小，一般根据经验投入400 A、600 A，其定值选择显然无法应对日益增长的线路负荷。

由于定值选择混乱，且未根据开关类型及所处位置对保护定值进行统一整定。在实际运行中，支线出现故障可能导致主线开关与支线开关同时跳闸，下游线路出现故障导致主线路多个分段开关同时跳闸，甚至出现越级跳闸等情况。图1为某市城区2019年1至5月配网跳闸次数及同跳次数统计，从图1中可以看出，绝大多数月份同跳次数占总跳闸次数比例超过20%，分段开关及分支开关没有很好地起到隔离故障与缩小停电范围的作用，为提高供电可靠性与抢修工作带来了麻烦。因此，有必要借鉴输电线路保护的整定方法对配网线路投入分级保护。

图1 某市城区2019年1-5月配网跳闸情况

2 配电自动化终端FTU

配电自动化是基于一次线路及设备，综合利用现代电力电子技术、通信、计算机等技术，并通过与相关应用系统的信息集成，实现对配网的检测、控制和快速故障隔离[9]。FTU是配电自动化终端设备的一种，其中箱式FTU的安装图及控制面板图分别如图2、图3所示。该装置安装于配网架空线路电杆上，具有遥测、遥信、遥控等功能，监控对象为柱上开关，配置了分合闸操作按钮、参数调整按钮及显示屏，通过航空插头与柱上开关连接，能够方便地调整柱上开关保护定值参数。FTU可根据需要投退过流I段、II段、III段保护、重合闸，零序保护等功能，且可选择动作于跳闸或发告警信号。

图2 FTU安装图

图3 FTU控制面板

3 配网线路分级保护整定原则

3.1 配网线路柱上开关分类

柱上开关根据所处位置及功能的不同可分为出站口开关，分段开关，分支开关，联络开关，用户分界开关等[9]，如图4所示。其中出站口开关一般安装于变电站出口，位于该线路的第一根电杆上，位于线路主干线上。分段开关为线路主干线上的开关，将配网线路分为若干部分，当某一段发生故障时，可切断该负荷上一级分段开关，从而达到减小停电范围的目的。但分段开关无法实现负荷的转供，此时可借助联络开关的作用，将另一条线路的电倒至故障范围下一级开关处，从而尽可能缩小停电范围。分支开关位于配网线路的支线上，支线发生故障时能够将故障隔离在支线范围内，减少对主线路的影响。而用户T接开关是将用户设备与线路隔离开，将用户设备故障隔离在用户界内。

图4 配网线路开关分类

3.2 整定原则

3.2.1 出站口开关

以往线路投运时往往将出站口开关投入保护，但出站口开关一旦投入保护，当下游线路出现故障导致电流增大时，可能直接导致出站口开关跳闸。变电站出线开关往往具有重合闸功能，如果变电站出线开关重合成功，而出站口开关已跳闸就会造成带空线路运行的状况，同时导致故障点查找范围扩大，不利于及时恢复供电。因此出站口开关保护宜停用，利用变电站出线开关实现对上游线路的保护。对于已经投入保护的出站口开关，可配合停电检修计划将保护退出。

3.2.2 分段开关

对于分段开关的保护，需根据变电站出线开关过流I段的保护范围进行整定，保护范围内的开关仅需根据现场实际投入个别开关的保护，一般在长线路的中间位置选择投入，该保护定值需结合负荷电流的大小进行整定，躲过最大负荷电流，并且小于上一级开关的定值，动作时间小于上一级。

对于末端的开关，应投入保护，定值需躲过最大负荷电流，并且需充分考虑变压器的励磁涌流，定值小于上一级开关。一般主干线路上游分段开关投入保护时可通过FTU进行保护设置，第一个开关投入过流I段动作于跳闸和重合闸，其余开关投入过流I段仅需动作于发信号。

3.2.3 分支开关

分支开关投入保护能够缩小故障停电范围，便于故障点查找，这类开关保护的投入需结合所带负荷和线路实际运行情况进行选择，具体定值可根据所带负荷进行计算，可根据负荷估算出经过开关的额定电流，计算公式如式（1）所示：

式中，SB为所带负荷的总容量；UB为线路的额定线电压，一般取10 kV。

根据式（1）计算结果再结合变压器的励磁涌流，过流I段保护定值可设为大于4至8倍额定电流，动作时间设为0 s。用户T接开关的保护设置原则与分支开关类似。

3.2.4 联络开关

联络开关在线路正常运行时一般处于分位，仅在配合线路检修时处于合位，将线路部分负荷转由其它线路供电。为防止合环操作时开关电流增大导致跳闸，此类开关一般退出保护或仅仅动作于发出告警信号，重合闸退出。

4 配网分级保护实例分析

某市一条10 kV配电线路分布如图5所示，为方便描述，对线路进行了简化，其中分支开关1112，联络开关1113及分段开关1111-1、1112-1上安装了FTU，可方便地修改保护定值。经统计，各开关所带负荷如图5所示，根据以上整定原则可估算出整定值。

其中，出站口开关1111保护应退出，联络开关1113由于存在负荷转供的问题，一般不投入跳闸动作，此处选择投入1 000 A，动作于发告警信号。各分支开关可根据所带负荷利用式（1）计算出保护定值，则可计算出分支开关1111-1过流I段保护电流大小可设为1 000 A，时限为0s，分支开关1111-2保护电流大小可设为600A，时限为0s，均动作于跳闸，为排除瞬时故障，重合闸均投入。对于分段开关，根据负荷电流大小进行整定，分段开关1112保护电流大小设为1 000 A，保护动作于跳闸，为保证保护的选择性，将动作时间设为0.15 s，重合闸投入。经过整定，各开关的保护定值如图6所示。

图5 某市一条10 kV配电线路开关分布

图6 各开关保护定值

从图6的保护定值分布可看出，当支线某设备故障时，分支开关将会动作于跳闸，该故障不会对主线路造成影响。主线路故障时，分段开关保护动作也将故障隔离，减小受影响范围。同时，根据跳闸或发过流信号开关所处位置即能初步判断故障点所处位置，检修人员可迅速寻找到故障点，也为负荷转供方案的制定节省时间。

5 结语

结合配电自动化建设对配网线路进行分级保护改造，能够快速隔离故障，缩小停电范围。配电自动化终端FTU进行参数整定简单方便，可操作性强，可根据需要选择动作于跳闸或信号，减少误跳闸的发生。本文所提配网线路分级保护整定原则，能有效缩小故障停电范围，避免出现越级跳闸或同时跳闸，极大提高供电可靠性，提升客户满意度，同时为配网线路的运维检修提供便利。