配電網繼電保護特點以及配置原則（一）
1.背景
配電網繼電保護的配置原則與輸電網是有差異的，在進行繼電保護設備開發以及定值配置時對此要有深入的研究。本文對配電網繼電保護的特點以及相關迴路的配置原則進行了分析，以期對相關工作有一定的幫助。
2.配電網繼電保護特點
(1) 保護的作用
輸電網保護的作用主要是防止故障破壞系統穩定性，保證電網的安全運行，而配電網主要是防止短路電流燒毀配電設備或者嚴重影響其壽命，例如短路電流損壞配電變壓器。因此，允許部分犧牲配電網保護的選擇性以換取保護的快速動作。
(2) 保護原理與配置相對簡單
相對輸電網保護，配電網保護不追求超高速動作，並且一般採用放射式供電或者開環供電，不需要考慮對側電源影響，因此基本都是電流型保護，保護原理，配置和整定都比較簡單。
(3) 保護配置和整定需要考慮對電能質量影響
配電網直接面向用戶，其故障一般會導致用戶停電，故障期間的電壓暫降直接威脅敏感用電設備的正常運行；而保護的配置和整定直接影響停電的範圍以及電壓暫降的持續時間。
（4）熔斷器的配置
為了減少投資，配電網大量的採用熔斷器，而且熔斷器是反時限特性的，與電氣設備的發熱特性是匹配的，但是上下級保護的配合會更加複雜。
( 5 ) 有源配電網保護
大量分散式電源的接入使得配電網成為故障電流雙向流動的有源網路，這個使得配電網的短路電流水平和分佈特徵都發生了變化，需要分析分散式電源對配電網的影響，保證其正確動作。
3.配電網繼電保護配置
3.1 變電站線路出口斷路器保護
3.1.1 電流I段保護
線路出口的電流I段保護應該與變壓器二次側的保護配合，並且在線路出口附近短路時，防止短路電流產生的電動力和發熱損壞變壓器；此保護同時要與本線路的分支線路的保護配合，提高選擇性。通過計算分析，按照與變壓器二次電流II段保護電流定值的配合原則，就可以滿足上述要求。
假設母線發生三相短路的短路電流為Ik3，母線的最小短路電流為兩相短路電流，為三相短路電流的0.866倍，則Ik2為0.866三相短路電流，將保護的動作靈敏度設置為1.5,則變壓器二次的電流II段保護的電流定值為：
根據配合要求，變壓器二次的電流II段保護定值應該是線路出口電流I段保護的1.1倍，則線路出口的電流I段保護的電流定值為：
一般工程中，取線路出口的電流I段保護電流定值設置為母線三相短路電流的0.6倍，變壓器二次電流II段保護的電流定值設置為母線三相短路電流的0.5倍。
針對實際的10kV配電線路，主變壓器(40MVA，110/10kV)母線處的額定短路電流為15kA左右，則線路出口的電流I段定值設置為8kA，而配電變壓器容量不超過2000kVA，則配電變壓器二次側出口故障時，一次短路電流不超過2.3kA，滿足選擇性要求。
對於時間定值，可以採用前加速的方式糾正無選擇動作，則時間定值只需要40ms（防止保護因避雷器放電誤動作）。 如果實現和配電變壓器一次側保護的配合，時間至少需要0.15s的延時。
如果與分支線路的保護配合存在問題，為了保證選擇性，可以考慮將線路出口電流I段保護退出，採用電流II段進行保護。根據變壓器的技術標準，變壓器要能夠承受25倍，持續時間為2s的額定電流。例如對於40MVA的110/10kV變壓器，其10kV側的短路電流為14.8kA，只有6.4倍的額定電流，採用電流II段的時限是完全能夠保證安全的。
線路出口如果採用電流II段，那麼變壓器二次的動作時限需要進一步加長。為中壓母線配置電流差動可以解決這一問題，但是投資比較大，並且複雜。一個簡單的方法是線路出口電流II段保護啟動後馬上給變壓器二次的電流II段發閉鎖信號，這樣兩個的動作時限可以近似相同。
3.1.2 電流II段保護
線路出口的電流II段保護的電流定值應該躲過線路的冷啟動電流以及下級配電變壓器的二次側最大短路電流。
配電線路冷啟動電流峯值最大會達到5倍的最大負荷電流，如果要躲過此電流，則需要按照6倍的最大負荷電流來整定。配電線路的最大負荷電流為200A~600A，那麼要求電流定值為1.2kA~3.6kA。
一般配電變壓器的二次側短路電流不過超過額定電流的20倍，而配電變壓器的額定電流不超過145A（2MVA），則要求電流定值為3kA。
綜上，可以選擇6倍的最大負荷電流和20倍下級配電變壓器額定電流中的一個較大值作為電流II段的電流定值，實際工程中，一般設置為3kA。
如果線路出口配置電流I段保護，則將配電變壓器一次側電流I段保護的動作時限設置為40ms，分支線路電流I段保護電流定值設置為0.3s，線路出口的電流II段設置為0.5s。
如果線路出口沒有配置電流I段，線路出口的故障也是由電流II段來切除，則動作時限不宜寫的太長，減少對主變壓器衝擊，一般設置為0.3s.
3.1.3 電流III段保護
線路出口的電流III段保護為線路出口電流I段和II段的近後備保護，以及下級分支線路或者配電變壓器的遠後備保護，而且在配電線路比較長的情況下，電流II段也無法保護線路全長，那麼電流III也作為線路的主保護。
因為冷啟動電流的存在，電流III段保護需要按照躲過冷啟動電流的原則整定。一般電流III段保護的電流定值不小於1.5s，而冷啟動電流在1.5s後降低為2到3倍的最大負荷電流，因此宜將線路出口電流III段電流定值設置為2.5到4倍最大負荷電流，10kV配電線路的最大負荷電流不超過500A，則可以將線路出口電流III段設置為1.2kA。
對於動作時限，可以按照變電站變壓器二次的電流III段保護動作時限減去0.3s，一般設置為1.7s。
對於配電線路，由於冷啟動電流的存在，電流III段不能作為過負荷的保護。對於可能出現過負荷的電纜線路，需要配置過負荷保護，電流定值按照1.2倍的最大負荷電流整定，一般設置為600A，動作時限設置為15~20s。
3.1.4 反時限過流保護
反時限過電流保護用於中壓配電線路時，在兼顧選擇性與速動性方面不如三段式電流保護。這主要是因為中壓配電線路的遠距離故障的短路電流接近負荷電流，而且下級配電變壓器保護與分支線路保護沿線路分佈。反時限過電流保護的整定計算也比較複雜。
反時限過電流保護適用於距離較長，中間沒有下級配電變壓器保護和分支線路接入的配電線路，如由變電站直接引至配電所的線路。
3.1.5 接地保護
在小電阻接地配電網中，線路出口需要配置零序電流保護作為接地保護。一般10kV小電阻接地系統的接地電阻為5到10歐姆，而配電線路的零序阻抗比較小，因此線路上不同地點發生單相接地故障時零序電流差別不大，因此一般只配置零序電流III段保護，上下級的配合通過動作時限實現。
零序電流III段保護的電流定值要躲過本線路的最大電容電流，防止其他同母線線路發生單相接地時誤動。配電線路的電容電流一般不大於20A，如果採用零序電流互感器取零序電流，則定值取30A，如果採用零序電流過濾器，則需要躲過三相電流互感器角差和比差不一致引起的不平衡電流，定值取60A。
時間定值考慮到接地電流不大（不超過1000A），一般取2到3s。
按照上面原則將電流定值設置為30A，存在高阻接地情況下，零序電流小於30A，比如20A，此種情況下長期運行，會導致接地電阻持續發熱損壞，因此需要配置高靈敏接地保護，減少這種風險。高靈敏接地保護的電流定值採用零序電流互感器時取12A，零序電流過濾器時取25A，動作時限取15s到20s。
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