討論分布式電源對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

閻凱

摘要：本文分析了某固定位置接入DG對(duì)三段式過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作行為的影響，并簡(jiǎn)要論述了DG對(duì)自動(dòng)重合閘的影響，及對(duì)熔斷器之間配合的影響。目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)這一問(wèn)題已開(kāi)展了相關(guān)研究，如：有人就提出利用串聯(lián)電抗器限制短路電流，從而消除分布式電源對(duì)原繼電保護(hù)協(xié)調(diào)性的問(wèn)題；另外有人根據(jù)廣域保護(hù)的概念提出了基于多Agent的廣域電流差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)含有分布式電源的配電網(wǎng)有很好的應(yīng)用前景，但還需要完善的通信網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)；自動(dòng)重合閘；熔斷器

中圖分類號(hào)： U224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

前言：分布式電源(distributedgeneration，DG)是指分布在配電網(wǎng)中功率為10kW～50Mw，小型模塊化并布置在用戶附近的高效、可靠的電源系統(tǒng)，本文以10KV饋線保護(hù)為例，通過(guò)

在配網(wǎng)不同位置加入DG，探析分布式電源的加入對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，供大家參考。

1、傳統(tǒng)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及保護(hù)介紹

目前，我國(guó)大部分的中低壓配電網(wǎng)都是單側(cè)電源、輻射型網(wǎng)絡(luò)。保護(hù)裝置裝設(shè)在靠近母線的饋線斷路器處，一般需設(shè)置三段式電流保護(hù)，即：電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。而在非全電纜線路，還配置了三相一次重合閘裝置，保證線路在發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)，盡可能快地恢復(fù)供電，保證供電可靠性。

電流速斷保護(hù)可以瞬時(shí)切除故障，根據(jù)被保護(hù)線路末端發(fā)生短路時(shí)，產(chǎn)生最大短路電流使電流保護(hù)不應(yīng)該動(dòng)作為原則，即按躲開(kāi)本線路末端最大短路電流進(jìn)行整定，但不能保護(hù)線路全長(zhǎng)，運(yùn)行方式變化很大時(shí)，有可能沒(méi)有保護(hù)范圍；定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)需要延時(shí)切除故障，按躲開(kāi)下一條線路電流速斷保護(hù)的動(dòng)作電流為原則，保護(hù)能夠完全保護(hù)本線路全長(zhǎng)，與電流速斷保護(hù)構(gòu)成主保護(hù)；過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)限按“階梯型”原則進(jìn)行整定，動(dòng)作電流按躲開(kāi)本線路最大負(fù)荷電流進(jìn)行整定。

2、各種類型分布式電源提供短路電流的大小

各種容量的分布式電源接人配電網(wǎng)中，在發(fā)生故障時(shí)分布式電源將對(duì)故障點(diǎn)提供故障電流。對(duì)繼電保護(hù)而言，我們只需要將分布式電源模型用一個(gè)電源串聯(lián)一個(gè)電抗的模型表示。因此需要研究的重點(diǎn)是，在發(fā)生故障時(shí)分布式電源能提供多大的故障電流。而不同的類型的分布式電源有著不同的電抗值，它表征了該不同電源的故障電流注入能力。Barker等對(duì)各種類型分布式電源的故障電流注入能力進(jìn)行了深入研究，如表l所示。

3、DG接入對(duì)原配電網(wǎng)保護(hù)的影響

電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，因構(gòu)成保護(hù)原理簡(jiǎn)單，可靠性高，在低電壓等級(jí)電網(wǎng)中能快速切除故障元件，故在配電網(wǎng)中有廣泛的應(yīng)用，但本身受系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障類型影響很大。當(dāng)配電網(wǎng)中接入DG后，原有的單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)變成了多電源網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)潮流也隨之改變，在發(fā)生短路時(shí)，短路電流和短路電流方向也發(fā)生很大變化(圖1)。

K2點(diǎn)發(fā)生短路

B3沒(méi)有短路電流流過(guò)，不會(huì)影響相鄰饋線保護(hù)。B2流過(guò)的短路電流不僅由系統(tǒng)s提供，DG也提供短路電流，助增電流會(huì)使保護(hù)距離延伸，保護(hù)可能會(huì)失去選擇性。B1感受的短路電流雖然只由系統(tǒng)s提供，但故障電流比接人DG之前K2點(diǎn)短路要小，而且隨著接人的DG容量越大，B1感受到的故障電流越小，故Bl的靈敏性降低，保護(hù)可能拒動(dòng)。

K1點(diǎn)發(fā)生短路

B2和B3感受不到故障電流，對(duì)其保護(hù)沒(méi)有影響。B1短路電流雖然是系統(tǒng)s提供，但是電流大小要比未接人DG時(shí)小(和接入DG容量有關(guān))，Bl靈敏性降低，嚴(yán)重時(shí)可能使保護(hù)出現(xiàn)拒動(dòng)。(3)K3點(diǎn)發(fā)生短路

B2感受不到故障電流，對(duì)其保護(hù)沒(méi)有影響。Bl感受到DG提供的短路電流，若接人DG容量大，短路電流過(guò)大，可能會(huì)引起B(yǎng)1誤動(dòng)作，失去選擇性，系統(tǒng)和DG也會(huì)解列。B3感受到系統(tǒng)S和DG共同提供的短路電流，B3保護(hù)距離延伸，可能會(huì)引起保護(hù)的誤動(dòng)。

因此，通過(guò)以上分析，配電系統(tǒng)并入DG之后對(duì)三段式電流保護(hù)的影響主要表現(xiàn)如下：導(dǎo)致本線路保護(hù)靈敏性降低，嚴(yán)重時(shí)使保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)；導(dǎo)致非故障線路保護(hù)范圍延伸到下一條線路，保護(hù)誤動(dòng)，從而使得保護(hù)失去選擇性，擴(kuò)大事故影響范圍。

4、DG對(duì)自動(dòng)重合閘的影響

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在配電網(wǎng)故障中，瞬時(shí)故障所占比例高達(dá)80％以上，自動(dòng)重合閘裝置的使用對(duì)提供供電可靠性，減少停電次數(shù)起到了至關(guān)重要的作用，特別是對(duì)配電網(wǎng)單電源輻射型網(wǎng)絡(luò)尤其如此，故在非全電纜線路必須加裝三相一次重合閘裝置。

在DG引入配電網(wǎng)之前，自動(dòng)重合閘在恢復(fù)瞬時(shí)性故障線路供電時(shí)，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的沖擊，故障線路一般都能恢復(fù)正常供電。但當(dāng)DG引入后，線路因故障而跳閘，故障線路部分不再和電網(wǎng)相連。DG很有可能在故障后沒(méi)有和配電網(wǎng)斷開(kāi)，繼續(xù)向負(fù)荷供電，形成電力孤島。電力孤島保持功率和電壓在額定值附近運(yùn)行，但這些看似正常運(yùn)行的孤島對(duì)自動(dòng)重合閘造成很大影響。

非同期重合閘。

當(dāng)DG與系統(tǒng)解列之后，DG很有可能不能和電網(wǎng)繼續(xù)保持同步，出現(xiàn)了較大的相位差，非同期重合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流或電壓，這在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中是不允許發(fā)生的。

故障點(diǎn)持續(xù)電弧。

在DG脫離系統(tǒng)之后，可能繼續(xù)對(duì)故障點(diǎn)輸送電流，產(chǎn)生持續(xù)性電弧，最終導(dǎo)致自動(dòng)重合閘失敗。

因此，DG的并人使得自動(dòng)重合閘對(duì)瞬時(shí)性故障恢復(fù)產(chǎn)生很大的影響。DG側(cè)需裝設(shè)低周、低壓解列裝置，在重合閘動(dòng)作之前，將DG從故障線路中切除，而且為了避免故障點(diǎn)持續(xù)電弧的影響，重合閘動(dòng)作時(shí)限應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)。

5、DG對(duì)熔斷器保護(hù)的影響

熔斷器能夠在線路中出現(xiàn)不被允許的大電流時(shí)，由電流流過(guò)流體產(chǎn)生熱量將熔絲熔斷，從而對(duì)故障線路進(jìn)行隔離，它是不可逆的。通常熔斷器安裝在配變高壓側(cè)或者線路末端和線路分支處。如圖2，熔斷器F1與F2相互協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)線路的保護(hù)。當(dāng)線路末端K5點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，流過(guò)F2和F1的故障電流相等，但是F2的熔斷時(shí)間要小于Fl的熔斷時(shí)間，F(xiàn)1還沒(méi)有開(kāi)始動(dòng)作F2就已經(jīng)熔斷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障線路的隔離，進(jìn)而保證了選擇性。

但如果在線路上引人DG(如圖3)，配電網(wǎng)變成了一個(gè)多電源網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)K4點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，流過(guò)熔斷器F2和Fl的短路電流相等。但為了保護(hù)選擇性，K4點(diǎn)故障時(shí)，要求F1要先于F2動(dòng)作，即F1的熔斷時(shí)間要小于F2；而當(dāng)K5點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，要求F2要先于F1動(dòng)作，即F2的熔斷熔斷時(shí)間要小于F1，這樣使得上下游熔斷器不能實(shí)現(xiàn)配合，無(wú)法保護(hù)選擇性。

6、結(jié)束語(yǔ)

分布式發(fā)電是電力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)主要方向，但是大量的分布式電源的并網(wǎng)運(yùn)行，將深刻影響配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及配電網(wǎng)巾短路電流的大小和流向，給配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)帶來(lái)很多不利影響。

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