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        分布式電源對配網(wǎng)繼電保護的影響

        2020-11-16 06:08:43張曉慧
        中國電氣工程學報 2020年15期
        關鍵詞:分布式電源繼電保護影響

        張曉慧

        摘要: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30~50MW)的發(fā)電單元。分布式發(fā)電清潔無污染,且點多面廣,能有效緩解能源危機,也可作為集中式大電網(wǎng)的有效補充(大電網(wǎng)故障時,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)單源輻射狀結構,進而改變短路時的潮流參數(shù),最終影響繼電保護的正確動作。因此,推廣分布式電源,首先就要研究其對配網(wǎng)保護的影響程度。

        關鍵詞:分布式電源;繼電保護;影響

        一、配電網(wǎng)繼電保護配置現(xiàn)狀

        我國配網(wǎng)的拓撲結構主要分樹狀、放射狀、環(huán)網(wǎng)狀3類,但就實際運行來說,這3類均可歸結為單源型(環(huán)網(wǎng)的分段開關是斷開的)。適合單源型的保護配置因無需判斷方向,一般都較為簡單。

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

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

        (2)反時限保護。即動作時限與短路電流大小成反比的一種保護。在這種保護方式下,故障點距離保護安裝處的遠近決定了保護動作的特性。

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

        二、分布式發(fā)電對三段式保護的影響

        2.1 DG接入饋線中間的情形

        構建如圖1所示含DG的配網(wǎng)結構。首先對DG1接入系統(tǒng)的情形(將DG2忽略)進行探討。

        (1)若DG1下游處有故障。當f2點短路,電源ES和DG1均對故障點“貢獻”短路電流,這樣會造成流經(jīng)保護P1的短路電流較DG1未接入時要?。―G1起到了分流作用),使P1的動作能力降低,甚至拒動。另一方面,保護P2檢測到的故障電流比DG1未接入時要大,也就是P2的保護范圍會增大,有可能出現(xiàn)誤動。

        (2)若DG1上游處有故障。當f1點短路,若DG1容量較小,則流經(jīng)P1的故障電流幾乎不受影響,P1應該能可靠動作,但DG1會使故障點電弧復燃,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,勢必“中和”一部分ES提供的短路電流。從保護檢測角度看,P1感受到的故障電流會減弱,從而出現(xiàn)保護拒動。

        (3)若相鄰饋線故障。當f3點短路,ES和DG1將共同作用于故障點,使得流經(jīng)P4的電流增加,即擴大了其保護范圍。另外,保護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,故存在誤動的可能。

        2.2 DG接入饋線末端的情形

        如圖1所示,當只考慮DG2時,情形如下:

        (1)若f1點短路,P2必承受DG2提供的反向故障電流,只要這個電流夠大,P2即會動作(誤動)。而P1受影響的程度視DG2容量大小而定,DG2容量超過閾值,P1會拒動,反之則正常動作。

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

        (3)若f3點短路,P1~P3均會因DG2的反向故障電流而啟動,至于是否動作則與DG2容量有關。P4則承受ES和DG2的共同作用,保護靈敏度有所增加,但由此會導致其瞬時速斷保護與限時速斷保護的重合,使保護缺少選擇性。

        三、分布式發(fā)電對反時限保護的影響

        3.1DG接入饋線中間的情形

        構建如圖2所示的網(wǎng)絡。首先對DG1接入系統(tǒng)的情形(將DG2忽略)進行探討。

        (1)當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)反時限保護的特點,P1的動作延時會增加,不利于故障快切。但一般反時限保護的裕度較大(相較于分布式發(fā)電的容量來說),P1不至于因其拒動。P2檢測到反向故障電流,可能會誤動。

        (2)當P2~P3區(qū)段有短路,P3不可能檢測到短路電流,因此不受影響;流經(jīng)P1、P2的電流會較DG1接入前偏小,但由于反時限過流保護的裕度大,因此能可靠動作,只是動作時點偏長。

        (3)當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。

        3.2DG接入饋線末端的情形

        如圖2所示,當只考慮DG2時,情形如下:

        (1)當P1~P2區(qū)段有短路,P1檢測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,但因距離遠幾乎為0),因此其保護動作不受影響。P2、P3必然啟動,但是否動作取決于DG2容量。

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

        (3)當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),保護能快切故障。

        四、分布式發(fā)電對自動重合閘的影響

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

        (2)非同期合閘。饋線斷路器跳閘至自動重合閘動作的這個時間段內(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,這也會導致重合失敗。

        五、結語

        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)在對原繼電保護和自動裝置的影響上。但這種影響不是不可克服的,只要認真分析,利用繼電保護的原理,通過修改定值、限制DG容量、增加保護措施等方法,就能使DG和配網(wǎng)和諧共處。

        [參考文獻]

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

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

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