王 勝

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建廈門 361004）

分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

王 勝

(國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建廈門 361004）

基于分布式發(fā)電的特點(diǎn)和配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了分布式電源接入對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)所造成的影響。

分布式電源；繼電保護(hù)；影響

0 引言

分布式發(fā)電(DG）主要指分散式、模塊化、發(fā)電功率不大(一般30～50 MW）的發(fā)電單元。分布式發(fā)電清潔無污染，且點(diǎn)多面廣，能有效緩解能源危機(jī)，也可作為集中式大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充(大電網(wǎng)故障時(shí)，分布式電源繼續(xù)工作，可減少停電范圍）。但分布式電源的接入，將改變配電網(wǎng)的傳統(tǒng)單源輻射狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變短路時(shí)的潮流參數(shù)，最終影響繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。因此，推廣分布式電源，首先就要研究其對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響程度。

1 配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置現(xiàn)狀

我國(guó)配網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分樹狀、放射狀、環(huán)網(wǎng)狀3類，但就實(shí)際運(yùn)行來說，這3類均可歸結(jié)為單源型(環(huán)網(wǎng)的分段開關(guān)是斷開的）。適合單源型的保護(hù)配置因無需判斷方向，一般都較為簡(jiǎn)單。

(1）三段式保護(hù)。即無時(shí)限電流速斷保護(hù)(Ⅰ段）、限時(shí)電流速斷保護(hù)(Ⅱ段）、定時(shí)限過電流保護(hù)(Ⅲ段）。這3類保護(hù)中，Ⅰ段保護(hù)按躲過本線末端最大短路電流整定，無延時(shí)動(dòng)作，不能保護(hù)全線；Ⅱ段保護(hù)按躲過相鄰線路Ⅰ段保護(hù)定值整定，有延時(shí)，能保護(hù)全線且延伸到下一級(jí)線路的一部分；Ⅲ段保護(hù)按躲開本線最大負(fù)載電流整定，動(dòng)作時(shí)限遵循“階梯”原則(即比下一級(jí)線路的Ⅲ段保護(hù)多一個(gè)Δt）。

現(xiàn)階段，Ⅰ段和Ⅱ段一般作為饋線主保護(hù)(大多情況下只選Ⅱ段保護(hù)），Ⅲ段一般作為本線近后備以及下一級(jí)線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。

(2）反時(shí)限保護(hù)。即動(dòng)作時(shí)限與短路電流大小成反比的一種保護(hù)。在這種保護(hù)方式下，故障點(diǎn)距離保護(hù)安裝處的遠(yuǎn)近決定了保護(hù)動(dòng)作的特性。

(3）自動(dòng)重合閘。對(duì)于全架空線路或電纜占比較小的混合線路，一般要投自動(dòng)重合閘(斷路器跳開后1.5～3 s啟動(dòng)重合），以確保線路以較大概率躲過瞬時(shí)性故障的影響。

2 分布式發(fā)電對(duì)三段式保護(hù)的影響

2.1 DG接入饋線中間的情形

構(gòu)建如圖1所示含DG的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)。首先對(duì)DG1接入系統(tǒng)的情形(將DG2忽略）進(jìn)行探討。

圖1 含DG和三段式保護(hù)的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

(1）若DG1下游處有故障。當(dāng)f2點(diǎn)短路，電源Es和DG1均對(duì)故障點(diǎn)“貢獻(xiàn)”短路電流，這樣會(huì)造成流經(jīng)保護(hù)P1的短路電流較DG1未接入時(shí)要小(DG1起到了分流作用），使P1的動(dòng)作能力降低，甚至拒動(dòng)。另一方面，保護(hù)P2檢測(cè)到的故障電流比DG1未接入時(shí)要大，也就是P2的保護(hù)范圍會(huì)增大，有可能出現(xiàn)誤動(dòng)。

(2）若DG1上游處有故障。當(dāng)f1點(diǎn)短路，若DG1容量較小，則流經(jīng)P1的故障電流幾乎不受影響，P1應(yīng)該能可靠動(dòng)作，但DG1會(huì)使故障點(diǎn)電弧復(fù)燃，影響重合成功；若DG1容量超過一定閾值，則因其提供的是反向故障電流，勢(shì)必“中和”一部分Es提供的短路電流。從保護(hù)檢測(cè)角度看，P1感受到的故障電流會(huì)減弱，從而出現(xiàn)保護(hù)拒動(dòng)。

(3）若相鄰饋線故障。當(dāng)f3點(diǎn)短路，Es和DG1將共同作用于故障點(diǎn)，使得流經(jīng)P4的電流增加，即擴(kuò)大了其保護(hù)范圍。另外，保護(hù)P1處必然感受到DG1提供的反向故障電流，但因其不具備方向判斷能力，故存在誤動(dòng)的可能。

2.2 DG接入饋線末端的情形

如圖1所示，當(dāng)只考慮DG2時(shí)，情形如下:

(1）若f1點(diǎn)短路，P2必承受DG2提供的反向故障電流，只要這個(gè)電流夠大，P2即會(huì)動(dòng)作(誤動(dòng)）。而P1受影響的程度視DG2容量大小而定，DG2容量超過閾值，P1會(huì)拒動(dòng)，反之則正常動(dòng)作。

(2）若f2點(diǎn)短路，P3必承受DG2提供的反向故障電流，存在誤動(dòng)可能。P1、P2受影響的程度則和DG2容量大小有關(guān)。

(3）若f3點(diǎn)短路，P1～P3均會(huì)因DG2的反向故障電流而啟動(dòng)，至于是否動(dòng)作則與DG2容量有關(guān)。P4則承受Es和DG2的共同作用，保護(hù)靈敏度有所增加，但由此會(huì)導(dǎo)致其瞬時(shí)速斷保護(hù)與限時(shí)速斷保護(hù)的重合，使保護(hù)缺少選擇性。

3 分布式發(fā)電對(duì)反時(shí)限保護(hù)的影響

3.1 DG接入饋線中間的情形

構(gòu)建如圖2所示的網(wǎng)絡(luò)。首先對(duì)DG1接入系統(tǒng)的情形(將DG2忽略）進(jìn)行探討。

圖2 含DG和反時(shí)限保護(hù)的配網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

(1）當(dāng)P1～P2區(qū)段有短路，流過P1的故障電流比DG1并入前要小。根據(jù)反時(shí)限保護(hù)的特點(diǎn)，P1的動(dòng)作延時(shí)會(huì)增加，不利于故障快切。但一般反時(shí)限保護(hù)的裕度較大(相較于分布式發(fā)電的容量來說），P1不至于因其拒動(dòng)。P2檢測(cè)到反向故障電流，可能會(huì)誤動(dòng)。

(2）當(dāng)P2～P3區(qū)段有短路，P3不可能檢測(cè)到短路電流，因此不受影響；流經(jīng)P1、P2的電流會(huì)較DG1接入前偏小，但由于反時(shí)限過流保護(hù)的裕度大，因此能可靠動(dòng)作，只是動(dòng)作時(shí)點(diǎn)偏長(zhǎng)。

(3）當(dāng)P3以下有短路，P3不但感受到系統(tǒng)S提供的故障電流，還感受到DG1提供的短路電流，因此其靈敏度將上升，比正常情況下更加快速地切除故障。

3.2 DG接入饋線末端的情形

如圖2所示，當(dāng)只考慮DG2時(shí)，情形如下:

(1）當(dāng)P1～P2區(qū)段有短路，P1檢測(cè)到的故障電流基本為系統(tǒng)側(cè)電源提供(雖然理論上DG2提供反向電流，但因距離遠(yuǎn)幾乎為0），因此其保護(hù)動(dòng)作不受影響。P2、P3必然啟動(dòng)，但是否動(dòng)作取決于DG2容量。

(2）當(dāng)P2～P3區(qū)段有短路，雖然DG2的反向短路電流會(huì)減弱系統(tǒng)側(cè)電源提供的經(jīng)過P1、P2的短路電流，但因反時(shí)限裕度大，可認(rèn)為P1、P2的動(dòng)作特性不受影響，P2能可靠動(dòng)作。

(3）當(dāng)P3以下區(qū)段有短路，P1～P3的短路電流基本由S確定，雖然靈敏度下降，但一般在允許范圍之內(nèi)，保護(hù)能快切故障。

4 分布式發(fā)電對(duì)自動(dòng)重合閘的影響

大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，配網(wǎng)故障的80%左右都是瞬時(shí)性的。所謂瞬時(shí)性，就是饋線斷路器跳掉之后，故障處的短路電流能在1～2 s或更短的時(shí)間內(nèi)熄滅并自行恢復(fù)線路的絕緣強(qiáng)度。

對(duì)于瞬時(shí)性故障，要求盡量避開，以提升供電可靠性。自動(dòng)重合閘也正是基于此目的而專門設(shè)計(jì)的。但運(yùn)行事實(shí)告訴我們，在DG引入配網(wǎng)后，重合成功率大大下降，其原因?yàn)?

(1）故障點(diǎn)自行熄弧的條件被破壞。DG引入情況下配網(wǎng)發(fā)生故障，即使饋線保護(hù)動(dòng)作跳開系統(tǒng)側(cè)電源，但若DG未與系統(tǒng)解列，則其會(huì)不斷向故障點(diǎn)“貢獻(xiàn)”電流，使瞬時(shí)性故障發(fā)展為永久性故障，導(dǎo)致重合失敗。

(2）非同期合閘。饋線斷路器跳閘至自動(dòng)重合閘動(dòng)作的這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，若電力孤島存在，則其因不受系統(tǒng)約束而可能與系統(tǒng)電源產(chǎn)生一定的相角差，這也會(huì)導(dǎo)致重合失敗。

5 DG機(jī)組失穩(wěn)對(duì)繼電保護(hù)的影響

分布式發(fā)電和配電網(wǎng)其實(shí)是相互影響的，即DG的電源輸出特性使配網(wǎng)故障時(shí)的短路電流分布、大小等要素發(fā)生變化。同時(shí)，配網(wǎng)故障造成的波動(dòng)也會(huì)使DG機(jī)組產(chǎn)生失穩(wěn)。當(dāng)然，這種失穩(wěn)反過來又會(huì)影響到配網(wǎng)的保護(hù)定值。歸納研究成果如下:(1）DG容量越大或接入點(diǎn)離故障處越遠(yuǎn)，則其越不容易失穩(wěn)。(2）如果每次DG機(jī)組失穩(wěn)都出現(xiàn)在故障發(fā)生后的0.3 s以內(nèi)，且能被瞬間切除，那么其接入只影響到電流保護(hù)Ⅰ段；如果DG機(jī)組在故障發(fā)生0.3 s之后才失穩(wěn)，那么其接入將同時(shí)影響電流保護(hù)的Ⅰ、Ⅱ段。

6 結(jié)語

根據(jù)大量理論分析可知，分布式發(fā)電接入配網(wǎng)是存在一定消極作用的，特別表現(xiàn)在對(duì)原繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的影響上。但這種影響不是不可克服的，只要認(rèn)真分析，利用繼電保護(hù)的原理，通過修改定值、限制DG容量、增加保護(hù)措施等方法，就能使DG和配網(wǎng)和諧共處。

[1]曹澤興.分布式電源對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].電源技術(shù)，2013(3）

[2]陸飚.探究分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].通訊世界，2013(9）

2014-10-16

王勝(1981—），男，福建廈門人，工程師，研究方向:電力調(diào)度。