何艷麗

(達(dá)州電業(yè)局，四川 達(dá)州 635000)

0 引言

分布式發(fā)電是指為了更好地滿足用戶需求，支持現(xiàn)有配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行而設(shè)計(jì)和安裝在用戶處或其附近的小型發(fā)電機(jī)組，其應(yīng)用可以提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。分布式電源加入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于其在故障瞬間提供了短路電流，對原有三段式電流保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定影響，諸如保護(hù)的可靠性和靈敏度將會(huì)變大或變小。另外，分布式電源加入配電網(wǎng)后在保護(hù)重合閘功能動(dòng)作時(shí)也必須考慮其能否正常重合。分布式發(fā)電技術(shù)由于電能變化的特性，對保護(hù)的影響還將呈現(xiàn)出波動(dòng)性。本文主要分析了分布式發(fā)電模式在配網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對其繼電保護(hù)的一些影響。

1 分布式發(fā)電場及其對繼電保護(hù)的影響

分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用可以提高供電的可靠性和電能質(zhì)量。分布式發(fā)電也可以不計(jì)發(fā)電形式的規(guī)模、大小或能源類型，而從安裝地點(diǎn)出發(fā)認(rèn)為其是安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施。對于電能存儲技術(shù)等廣泛意義上的分布式發(fā)電技術(shù)，許多學(xué)者使用分布式能源或分布式資源的定義，它們都可以用來指安裝在用戶附近的小規(guī)模(容量一般小于50 MW)發(fā)電裝置。

分布式電源按發(fā)電能源是否可再生分為2類:一類稱為利用可再生能源的分布式發(fā)電，主要包括太陽能光伏、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能等發(fā)電形式;另一類則稱為利用不可再生能源的分布式發(fā)電，主要包括內(nèi)燃機(jī)、熱電聯(lián)產(chǎn)、燃動(dòng)機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池等發(fā)電形式。分布式電源可以并網(wǎng)運(yùn)行也可以離網(wǎng)運(yùn)行，本文主要分析了分布式發(fā)電模式在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)對其繼電保護(hù)的一些影響。

分布式電源加入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于其在故障瞬間提供了短路電流，對于原有的三段式電流保護(hù)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，諸如保護(hù)的可靠性和靈敏度將會(huì)變大或變小。另外，分布式電源加入配網(wǎng)后，在保護(hù)重合閘功能動(dòng)作時(shí)也必須考慮其能否正常重合。分布式發(fā)電技術(shù)由于電能變化的特性，對保護(hù)的影響還將呈現(xiàn)出波動(dòng)性。

2 分布式電場接入配電線路對電流保護(hù)靈敏度的影響

將分布式電源接入配電線路，會(huì)對線路始端保護(hù)產(chǎn)生一定的影響。由于系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電場短路電流衰減較快，可能會(huì)瞬時(shí)切除分布式電源，所以，本節(jié)只分析分布式電源接入后對相間速斷電流保護(hù)的影響。配電線路模型如圖1所示。

圖1 配電線路模型

線路參數(shù)為:配電線路 MN 阻抗，0.4 p.u.;B1，B2，B3為配電線路MN的三等分點(diǎn)，將MN劃分成4段阻抗相同的線路，其阻抗值為0.1 p.u.;接入配電線路MN的分布式電場等值阻抗分別取 1.40，0.70，0.46，0.35 p.u.。

線路始端安裝了階段式相間電流保護(hù)，在正常情況下，配電線路末端N發(fā)生三相短路故障時(shí)，線路始端保護(hù)測量到的短路電流為(假設(shè)電網(wǎng)電壓幅值為1，角度為0，短路電流不計(jì)負(fù)荷影響，網(wǎng)路空載)

若在配電線路中間接入一個(gè)分布式電場，假設(shè)接入位置為B，則線路始端保護(hù)測量到的三相短路電流為

式中:ZMB為節(jié)點(diǎn)B至線路始端間的阻抗值;ZWB為接入分布式電場的等值阻抗。與未接入分布式電場相比時(shí)，多了附加阻抗

可見，線路始端保護(hù)測量到的電流值與分布式電場接入位置和分布式電場等值阻抗相關(guān)。線路阻抗和分布式電場等值阻抗已知且忽略線路電阻，當(dāng)分布式電場分別接入配電線路中 M，B1，B2，B3，N節(jié)點(diǎn)時(shí)，其附加阻抗值見表1。

表1 附加阻抗 p.u.

由表1可以看出，附加阻抗隨分布式電場接入位置和分布式電場等值阻抗變化而變化，其特性如圖2所示。

圖2 附加阻抗特性曲線

可見，當(dāng)分布式電場接入配電線路MN中點(diǎn)時(shí)，附加阻抗達(dá)到最大，接入線路始端或末端時(shí)，附加阻抗最小且為零。當(dāng)附加阻抗不為零且短路故障發(fā)生在分布式電場接入點(diǎn)B之后，則保護(hù)測量到的短路電流值會(huì)變小，保護(hù)靈敏度變小。另外，分布式電場等值阻抗越小，則附加阻抗越大，保護(hù)靈敏度減小越多。為使保護(hù)靈敏度盡量不受影響，分布式電場應(yīng)接入配電線路的始端或終端。

3 分布式電場接入輻射型配電系統(tǒng)對相間電流保護(hù)的影響

本文構(gòu)建了輻射型35 kV配電網(wǎng)模型并將分布式電源接入配電線路始端(保護(hù)側(cè))，在發(fā)生短路故障時(shí)，分析各線路保護(hù)的動(dòng)作特性以及電場在不同參數(shù)下對保護(hù)的影響程度。輻射型35 kV配電網(wǎng)模型如圖3所示。

圖3 輻射型配電網(wǎng)模型

在圖3中:節(jié)點(diǎn)G為無窮大系統(tǒng)，線路EF為高壓輸電線路，經(jīng)變電站降壓為35 kV;AB，BC，AD均為配電線路;QF1，QF2，QF3分別代表3條配電線路的保護(hù)與斷路器。系統(tǒng)具體參數(shù)為(這里只列出電網(wǎng)等值參數(shù)和配電線路阻抗參數(shù)):電網(wǎng)基準(zhǔn)容量，100 MV·A;電網(wǎng)基準(zhǔn)電壓，220 kV;正序阻抗，X1=0.0407 p.u.;負(fù)序阻抗，X2=0.040 7 p.u.;零序阻抗，X0=0.060 3 p.u.;線路 AB 阻抗參數(shù)，0.317 8 p.u.;線路 BC 阻抗參數(shù)，0.699 2 p.u.;線路 AD 阻抗參數(shù)，0.3190 p.u.。

分布式電場接入配電系統(tǒng)后，在短路故障發(fā)生時(shí)對各配電線路都能夠提供短路電流，改變了原系統(tǒng)短路時(shí)的電流大小與方向，可能會(huì)對相間電流保護(hù)的可靠性與靈敏度有一定影響，甚至可能會(huì)引起保護(hù)的誤動(dòng)作。限于篇幅，本文只對下游線路保護(hù)的影響進(jìn)行分析。

3.1 QF2處保護(hù)可靠系數(shù)分析

QF2處保護(hù)在線路BC末端發(fā)生三相短路故障時(shí)，測量到的短路電流大小見表2。

表2 QF2處保護(hù)在線路BC末端發(fā)生三相短路故障時(shí)測量到的短路電流

經(jīng)計(jì)算，得到QF2處相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)如圖4所示。

圖4 QF2處相間電流保護(hù)可靠系數(shù)變化曲線

由圖4可以看出，QF2處相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)隨著發(fā)電機(jī)數(shù)量的增加而變小，隨著聯(lián)絡(luò)線阻抗的增加而升高。

3.2 QF2處保護(hù)靈敏度分析

QF2處保護(hù)在線路BC首端發(fā)生兩相短路故障時(shí)測量到的短路電流大小見表3。

表3 QF2處保護(hù)在線路BC首端發(fā)生兩相短路故障時(shí)測量到的短路電流

根據(jù)靈敏度公式K=If2/Iop進(jìn)行計(jì)算，得到QF2處相間電流保護(hù)靈敏度如圖5所示。

圖5 QF2處相間電流保護(hù)靈敏度變化曲線

由圖5可以看出，QF2處相間電流保護(hù)的靈敏度隨著發(fā)電機(jī)數(shù)量的增加而升高，隨著聯(lián)絡(luò)線阻抗的增加而降低。

4 結(jié)論

分布式電源接入配電線路后，會(huì)使得線路始端保護(hù)的靈敏度大大下降，其影響程度主要取決于分布式電場的等值阻抗與分布式電場的接入位置。從算例可以看出，分布式電場等值阻抗越小，線路始端相間電流保護(hù)的靈敏度越低，分布式電場接入的位置越靠近配電線路的中點(diǎn)，線路始端相間電流保護(hù)的靈敏度越低。而當(dāng)分布式電場接入線路末端或始端時(shí)，對其保護(hù)裝置的靈敏度則沒有影響。

分布式電場接入35 kV的輻射型配電網(wǎng)絡(luò)，并將分布式電場與配網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線接于2條配電線路之間，使得接入位置處于第1條配電線路的末端與第2條配電線路的始端。其結(jié)果是，分布式電場的接入會(huì)提高下游線路和相鄰線路相間電流保護(hù)的靈敏度，降低下游線路和相鄰線路相間電流保護(hù)的可靠系數(shù)，但對上游配電線路保護(hù)的靈敏度和可靠系數(shù)幾乎沒有影響。

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