周升強(qiáng)，唐 慧，王 偉

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司莒縣供電公司，山東 日照 276500）

分布式電源對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)的影響分析，是預(yù)防配電網(wǎng)運(yùn)行故障，提高配電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的重要策略。配電網(wǎng)接入分布式電源，打破了傳統(tǒng)故障電流分布規(guī)律，因此不可避免地會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置造成影響，從而干擾到相間短路保護(hù)?；诖?，相關(guān)人員應(yīng)加大對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)影響分析力度，尋找協(xié)調(diào)分布式電源接入與繼電保護(hù)裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，并結(jié)合配電網(wǎng)容納空間，客觀應(yīng)對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)條件下相間短路保護(hù)新課題。

1 研究背景

此次研究以分布式電源（DG）為主體，將其接入至規(guī)格為10kV 的配電網(wǎng)中，并且該配電網(wǎng)中應(yīng)用電流速斷、重合閘搭配定時(shí)限過電流的模式保護(hù)主饋線。分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，因?yàn)榕鋫渥詣?dòng)重合閘裝置，配電網(wǎng)運(yùn)行故障的發(fā)生，DG 必然會(huì)遭受故障電流沖擊，繼而產(chǎn)生不利影響，所以分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)計(jì)中，對(duì)分布式電源配電網(wǎng)組合提出明確要求，即：

若配電網(wǎng)故障定位于DG 接入相關(guān)饋線，則DG 必須終止供電行為。DG 接入饋線根據(jù)配電網(wǎng)自動(dòng)重合閘動(dòng)作變化，精準(zhǔn)判斷跳離配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

雖然DG 接入配電網(wǎng)及系統(tǒng)運(yùn)行嚴(yán)格按照規(guī)定要求設(shè)計(jì)，但是實(shí)際運(yùn)行中，依然頻繁出現(xiàn)故障，并且DG跳離配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)選擇與操作存在問題，不利于配電網(wǎng)的安全運(yùn)行與DG 接入作用的發(fā)揮[1]。面對(duì)這種情況，必須端正DG 接入配電網(wǎng)研究態(tài)度，分析跳離異常原因，并梳理配電網(wǎng)保護(hù)裝置、DG 之間的運(yùn)行協(xié)調(diào)思路。結(jié)合分布式電源接入配電網(wǎng)研究相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)保護(hù)運(yùn)行方式反復(fù)思考，假設(shè)以配電系統(tǒng)中電流速斷以主饋線斷路器支撐完成，并實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的定時(shí)限過保護(hù)為前提條件，不僅如此，支線保護(hù)由高壓熔絲完成，搭配對(duì)應(yīng)的加速裝置，如重合閘，針對(duì)性地對(duì)DG 對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)的影響展開研究。

2 DG 對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)影響具體研究

2.1 DG 對(duì)配電網(wǎng)兩段保護(hù)與重合閘的影響

結(jié)合上述對(duì)DG 接入配電網(wǎng)相關(guān)條件整理，假設(shè)配電網(wǎng)中電流速斷保護(hù)必須以配電網(wǎng)整條配電線路瞬時(shí)跳閘為前提完成，并且根據(jù)配電網(wǎng)運(yùn)行線路規(guī)劃與最大負(fù)荷電流，對(duì)定時(shí)限過電流進(jìn)行保護(hù)，則需要配電系統(tǒng)中重合閘的重合方式必須采取前加速一次實(shí)現(xiàn)。這種情況下，若配電網(wǎng)運(yùn)行中任意線路或者位置出現(xiàn)運(yùn)行故障，系統(tǒng)均可以瞬間啟動(dòng)電流速斷保護(hù)模式，立即將故障線路或位置切斷，將故障對(duì)配電系統(tǒng)運(yùn)行的不利影響降到最低。觀察配電網(wǎng)故障切除后的狀態(tài)與處理情況，確定風(fēng)險(xiǎn)排除后通過重合閘恢復(fù)配電網(wǎng)的供電運(yùn)行。如果DG 配電網(wǎng)出現(xiàn)永久性故障，那么電流保護(hù)會(huì)根據(jù)實(shí)況選擇將故障線路永久性斷開，借此保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。具體影響如下。

2.1.1 配電網(wǎng)相鄰線路故障影響

DG 對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)影響中，針對(duì)相鄰線路故障，配電系統(tǒng)運(yùn)行期間，以母線為載體，DG 輸送反向短路電流(I)至系統(tǒng)故障點(diǎn)。

配電網(wǎng)系統(tǒng)中，雖然配備CB、CB1、CB2 保護(hù)系統(tǒng)，但是其中只有CB 具有識(shí)別故障方向功能，因此DG 接入CB1、CB2 饋線，因?yàn)闊o法對(duì)故障方向識(shí)別，所以會(huì)產(chǎn)生保護(hù)誤動(dòng)作，從而影響到配電網(wǎng)正常運(yùn)行，甚至出現(xiàn)供電中斷的情況。這種情況下，若在同一母線載體基礎(chǔ)上，配電系統(tǒng)運(yùn)行期間相鄰線路出現(xiàn)異常，在DG 輸送反向短路電流的條件下，不能對(duì)CB1、CB2 保護(hù)動(dòng)作有效激發(fā)。結(jié)合配電網(wǎng)基本設(shè)定，配電系統(tǒng)中相鄰線路運(yùn)行異常，極易出現(xiàn)三相短路故障，受到異常故障的影響，導(dǎo)致DG 短路電流數(shù)值增大，同時(shí)CB2 速斷保護(hù)未啟動(dòng)。不考慮DG 容量值前提下，必須對(duì)DG短路斷流進(jìn)行調(diào)整：I≤IR。調(diào)整公式包括CB2 電流速斷保護(hù)整定值，即IR?；贑B1、CB2 時(shí)延特點(diǎn)，以時(shí)間為切入點(diǎn)，對(duì)CB 速斷保護(hù)有效調(diào)整。其間可忽略電流保護(hù)過程中可能出現(xiàn)的協(xié)調(diào)性矛盾?；贒G 暫態(tài)電勢(shì)，對(duì)并網(wǎng)阻抗、運(yùn)行參數(shù)值等進(jìn)行計(jì)算，并判斷故障類型。如果屬于瞬時(shí)性類型，應(yīng)及時(shí)將配電網(wǎng)中重合閘重合，靜待幾分鐘后重啟，配電系統(tǒng)恢復(fù)運(yùn)行。如果屬于永久性類型，則需要利用電流保護(hù)，將故障點(diǎn)及時(shí)切除，迅速恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。如果故障點(diǎn)臨近母線，必須調(diào)整時(shí)間延時(shí)，即t，并判斷t 與CB1、CB2 動(dòng)作時(shí)間大小，隨后進(jìn)行過電流保護(hù)操作。經(jīng)過故障處理，隨后保證DG 輸送反向短路電流小于CB1/CB2 整定值最小值(Ir)，即I≤Ir。

通過DG 短路斷流調(diào)整、DG 輸送反向短路電流小于CB1/CB2 整定值最小值(Ir)的實(shí)現(xiàn)，取得理想的故障處理效果[2]。結(jié)合斷路器CB 保護(hù)情況，若DG 加入配電網(wǎng)后總故障電流大于未接入DG 的配電網(wǎng)故障電流，并故障點(diǎn)定位配電系統(tǒng)的終端線，證明DG 對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)為積極影響，可提升配電網(wǎng)保護(hù)靈活性。

2.1.2 配電網(wǎng)本線路故障影響

結(jié)合DG 接入配電網(wǎng)后，基于重合閘前加速原理，CB2 位置必須與重合閘R 裝置相鄰設(shè)置。若CB1、CB2分別加入DG1、DG2，并且DG1 位于配電網(wǎng)終端線路，其間配電網(wǎng)故障發(fā)生于CB2、DG2 位置，那么DG 電流與配電系統(tǒng)電流均經(jīng)過故障點(diǎn)，故障切除必須由CB2完成。故障若屬于永久性類型，那么需借助CB2 過流保護(hù)動(dòng)作保障系統(tǒng)運(yùn)行安全，具體詳見圖1。

圖1 DG 對(duì)配電網(wǎng)線路保護(hù)靈敏度的降低影響示意圖

配電網(wǎng)接入DG1、DG2 后，對(duì)CB2 保護(hù)造成影響，故障電流的提供載體以配電系統(tǒng)為主，并且電流定值不會(huì)發(fā)生變化，正因?yàn)槿绱耍珼G1、DG2 不會(huì)影響到CB2保護(hù)行為。此外，故障電流不會(huì)干擾其他出線保護(hù)，故保護(hù)動(dòng)作行為不會(huì)發(fā)生變化。因?yàn)橥瑫r(shí)接入DG1、DG2，所以配電系統(tǒng)中CB1 保護(hù)動(dòng)作會(huì)受到DG2 接入影響而出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。為保證I≤IR1，其中IR1代表DG1接入后CB1 過流保護(hù)定值。CB2 發(fā)生跳閘必然會(huì)引發(fā)重合閘異常，出現(xiàn)非同期合閘現(xiàn)象，若DG 不能及時(shí)將其解列，那么非同期合閘必然會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)、DG 機(jī)組造成運(yùn)行沖擊，以此解列保護(hù)動(dòng)作[3]。因?yàn)樵谥睾祥l前加速方式的影響下，DG 接入后與配電網(wǎng)保持協(xié)調(diào)性，所以DG1、DG2 與配電網(wǎng)融合，如果CB2 斷開，DG2 隨之?dāng)嚅_，但是不會(huì)影響到CB1 的運(yùn)行。根據(jù)此條件與配電網(wǎng)整定性基本要求，判斷CB1 短路電流與過電流保護(hù)整定值大小，若整定值大于短路電流，則符合CB1接入配電網(wǎng)后整定值標(biāo)準(zhǔn)，即Ir1，公式為I≤Ir1。

配電網(wǎng)故障如果定位于DG2、CB1 連接位置，配電網(wǎng)運(yùn)行故障需借助CB2 電流速斷保護(hù)動(dòng)作操作完成。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用CB2 銜接的重合閘，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行重合操作，保證故障迅速解決。結(jié)合分布式電源接入配電網(wǎng)運(yùn)行原理，CB2 保護(hù)檢測(cè)方面，必然會(huì)受到DG2接入影響，檢測(cè)靈敏度下降。若干擾因素比較復(fù)雜，會(huì)增加配電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。DG2 接入配電網(wǎng)，系統(tǒng)運(yùn)行一旦發(fā)生線路短路問題，最小短路電流I2 在CB2 系統(tǒng)檢測(cè)中被鎖定，借此激發(fā)電流速斷保護(hù)動(dòng)作，從而為系統(tǒng)提供故障瞬時(shí)切除條件，在此基礎(chǔ)上，保證配電網(wǎng)正常運(yùn)行。綜合對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)與短路故障分析具體情況，發(fā)現(xiàn)DG 接入配電網(wǎng)后若發(fā)生線路末端短路故障，并且以短路電流最小值I2 為前提，得到公式I2≤IR。觀察圖1 可發(fā)現(xiàn)，DG2 接入配電網(wǎng)系統(tǒng)后，不會(huì)影響到除與DG2 連接線之外的其他母線出現(xiàn)電流運(yùn)行，并且對(duì)保護(hù)動(dòng)作不會(huì)造成威脅。此外，DG1 為CB1 輸送反向短路電流，并保護(hù)CB1 正常運(yùn)行。

如果配電網(wǎng)運(yùn)行故障定位于DG1、CB1 連接位置，那么故障切斷需借助CB2 保護(hù)動(dòng)作完成，待故障切除后由重合閘加速恢復(fù)配電網(wǎng)供電運(yùn)行。與此同時(shí)，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)接入DG2，CB2 故障電流受到影響而減小，CB2 保護(hù)靈敏度下降，這種情況下，必須以I2≤IR公式為基礎(chǔ)，對(duì)保護(hù)動(dòng)作做出調(diào)整。CB2 不會(huì)因?yàn)镈G1 接入而保護(hù)動(dòng)作異常，并且故障電流不會(huì)降低，所以CB1不會(huì)受到DG1 的影響。但是，如果DG1 下游發(fā)生短路故障，則需要通過CB2 電流速斷對(duì)故障采取切除保護(hù)，并迅速恢復(fù)配電網(wǎng)供電。

2.1.3 配電網(wǎng)分支線故障影響

配電網(wǎng)分支線故障影響，基于上述DG 接入配電網(wǎng)實(shí)況，設(shè)計(jì)配電網(wǎng)支線與熔斷器協(xié)調(diào)關(guān)系示意圖。作為配電網(wǎng)常見保護(hù)系統(tǒng)，一旦支線出現(xiàn)運(yùn)行故障，F(xiàn) 未被損傷的情況下，配電網(wǎng)運(yùn)行會(huì)通過對(duì)故障的判斷立即跳閘，并對(duì)故障位置定位，以此降低F 被損傷的風(fēng)險(xiǎn)，F(xiàn) 即配電網(wǎng)熔斷器[4]。DG 接入配電網(wǎng)，熔斷器接觸電流量增加，尤其是短路斷流，很大程度上增加了熔斷器熔斷風(fēng)險(xiǎn)。這種情況下，就需要從F 保護(hù)角度出發(fā)，增加CB 保護(hù)裝置應(yīng)用安全性與系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，并滿足下述公式條件：

公式中包括配電網(wǎng)發(fā)生速斷保護(hù)動(dòng)作跳閘條件下溶解電流曲線最小電流值，即IF；CB 電流速斷保護(hù)整定值，即IR。特別是配電網(wǎng)運(yùn)行中DG 容量逐漸增加，配電網(wǎng)熔斷器接觸故障電流同樣增加，加快熔斷速度，這種情況下，借助DG 的接入，對(duì)熔斷器熔斷矛盾進(jìn)行緩解，同時(shí)保證配電網(wǎng)熔斷器配合關(guān)系正常發(fā)揮。

根據(jù)DG 接入配電網(wǎng)后DG 與熔斷器協(xié)調(diào)關(guān)系的局部變化，對(duì)兩個(gè)熔斷器，即F1、F2 變化特點(diǎn)進(jìn)行觀察，并得到安秒特性。保證DG 容量基礎(chǔ)上，對(duì)F1、F2 熔斷風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨別，確保其中一個(gè)熔斷器損傷情況下，另一個(gè)熔斷器能夠正常運(yùn)行。為及時(shí)消除熔斷器故障，必須對(duì)DG短路電流進(jìn)行限制設(shè)定，始終保持短路電流＜IF，這種情況下，調(diào)整F1、F2 溶解參數(shù)值，保證F1 ＞F2，并滿足以下公式條件，即IDG+Isys≤IF，F(xiàn)1 與F2 溶解曲線交叉點(diǎn)為IF。

2.2 DG 接入后兩段保護(hù)與重合閘后加速影響分析

配電網(wǎng)接入分布式電源后，還會(huì)對(duì)重合閘后加速產(chǎn)生影響，從而調(diào)整兩段保護(hù)模式。配電網(wǎng)中CB 的設(shè)置，必然搭配重合閘裝置，并設(shè)定針對(duì)性運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng)。短路故障的定位與切除，均通過電流保護(hù)時(shí)間差實(shí)現(xiàn)，由此可以看出，CB 與母線距離越近，電流保護(hù)時(shí)間差值越大[5]。這種情況下，一旦出現(xiàn)配電網(wǎng)相間短路現(xiàn)象，保護(hù)裝置會(huì)第一時(shí)間啟動(dòng)保護(hù)模式，對(duì)短路故障精準(zhǔn)定位與選擇性阻隔處理，隨后借助重合閘實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)供電恢復(fù)。DG 接入后，配電網(wǎng)相鄰線路故障的影響，必須遵循保護(hù)整定原則，結(jié)合重合閘后加速特點(diǎn)，及時(shí)切除限過電流對(duì)應(yīng)的故障。判斷配電網(wǎng)中多個(gè)保護(hù)系統(tǒng)整定時(shí)間，科學(xué)規(guī)避由DG 接入引起的反向短路電流，造成配電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作誤動(dòng)。結(jié)合相鄰線路故障具體情況對(duì)過電流保護(hù)及時(shí)啟動(dòng)，借此科學(xué)控制定時(shí)限過電流保護(hù)定值。

本線、轉(zhuǎn)送線路的短路故障影響，核心在于調(diào)節(jié)DG 與重合閘之間的協(xié)調(diào)性。若DG 接入后，配電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)短路電流增加情況，保護(hù)系統(tǒng)受到影響而出現(xiàn)靈敏性下降。基于這種情況，可通過擴(kuò)大DG 容量，并明確短路電流限制參數(shù)，在此基礎(chǔ)上確定過電流保護(hù)整定值，故而延長(zhǎng)電流動(dòng)作時(shí)間，形成配電網(wǎng)、保護(hù)動(dòng)系統(tǒng)、DG 穩(wěn)定配合關(guān)系，達(dá)到故障控制的目的。

3 結(jié)論

綜上所述，通過對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)影響的分析，對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)有更全面的認(rèn)識(shí)。目前DG 接入配電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)越來越完善，從多方面減輕配電網(wǎng)運(yùn)行壓力，幫助配電網(wǎng)突破供電瓶頸。DG 接入后改變了供電系統(tǒng)中的短路電流方向，并增強(qiáng)配電網(wǎng)保護(hù)配置功能性。當(dāng)然，電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，因?yàn)镈G 的接入與配電網(wǎng)一系列調(diào)整，會(huì)引發(fā)保護(hù)動(dòng)作靈敏性下降現(xiàn)象。面對(duì)這種情況，相關(guān)人員應(yīng)深層次研究配電網(wǎng)相間短路，提高短路電流限制科學(xué)性，并設(shè)定配電網(wǎng)運(yùn)行約束條件，對(duì)配電網(wǎng)支線與熔斷器協(xié)調(diào)關(guān)系科學(xué)處理等，在此基礎(chǔ)上更客觀地應(yīng)對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)相間短路保護(hù)的影響。