分布式發(fā)電在配電網(wǎng)繼電保護中的作用研究

盧春萍

摘 要：隨著可再生能源的日趨緊張，國家大力鼓勵使用可再生資源發(fā)電，由于可再生能源裝機規(guī)模小，較為分散，只能用作分布式發(fā)電。分布式發(fā)電給國家電網(wǎng)帶來重大變革，也對電網(wǎng)的運行控制帶來影響。文章主要探討分布式發(fā)電機對電網(wǎng)中繼電器保護的影響，并提出相應的對策。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；可再生能源；電力運行與控制；繼電器保護

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0075-02

隨著集中供電暴露出來的投資大、建站周期長、調(diào)節(jié)不靈活、停電影響范圍大、環(huán)境污染大的缺點日益凸顯，國家開始重視分布式發(fā)電的發(fā)展，從2012年后半年，我國政府先后出臺了一系列分布式發(fā)電方面的政策，如2013年11月國家能源局發(fā)布《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法的通知》，首次針對居民分布式提出了針對個人利用自有住宅在住宅區(qū)域內(nèi)建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項目，鼓勵“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的政策，并給予0.42元每度電的補貼，期限20年。2013年12月9日國家能源局又發(fā)布了《光伏發(fā)電運營監(jiān)管暫行辦法》，規(guī)定電網(wǎng)企業(yè)應當全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)光伏發(fā)電項目的上網(wǎng)電量，隨后又公布了《分布式電源并網(wǎng)意見和規(guī)范》。

1 分布式發(fā)電的概述

1.1 分布式發(fā)電的概念

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG），是在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的發(fā)電機（35 kW以下），滿足局部用戶的使用，也可以并入國家電網(wǎng)，電網(wǎng)公司提供補助電量和補助資金結(jié)算服務(wù)。

1.2 分布式發(fā)電的分類

分布式發(fā)電形式有小水電、燃料電池、地熱發(fā)電、光伏發(fā)電、風力發(fā)電、生物能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。其中燃氣發(fā)電、小型水電、太陽能熱發(fā)電、生物能發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、風能發(fā)電（交流電機），輸出交流電，可以直接并網(wǎng)；風力發(fā)電（直流發(fā)電機）、燃料電池、光伏電池輸出的為直流電壓，需要經(jīng)過逆變器變?yōu)榻涣鞑拍懿⒕W(wǎng)。

1.3 分布式發(fā)電的特點

1.3.1 節(jié)能環(huán)保投，能量利用效率高

分布式發(fā)電利用太陽能、風能、水的勢能和動能、生物能、地熱能等可再生能源，清潔環(huán)保，且發(fā)電只供給附近局部用戶，電路損失能量小。提高電網(wǎng)的可靠性，當集中供電電網(wǎng)發(fā)生故障時，立即斷開電網(wǎng)，由分布式發(fā)電獨立進行局部供電，避免大規(guī)模停電事故，提高電網(wǎng)的安全可靠性。當用戶用電出現(xiàn)故障時，立即與用戶斷開，減少對用戶的干擾。

1.3.2 投資小，風險小，受益周期長

分布式發(fā)電由于發(fā)電規(guī)模小，投資小，易維護，運營成本低。國家出臺了用于光伏發(fā)電的政策，光伏發(fā)電補貼0.42元，且補貼期為20，投資風險小，受益周期長。

2 國內(nèi)分布式發(fā)電狀況

國內(nèi)分布式發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀我國分布式發(fā)電始于小水電自發(fā)自供，近年來，天然氣和新能源分布式發(fā)電才開始起步。根據(jù)中國城市燃氣協(xié)會分布式能源專委會統(tǒng)計，截至2011年全國天然氣分布式能源項目總裝機容量近100萬 kV，主要分布在北京、上海和廣州等大城市的醫(yī)院、賓館、寫字樓和大學城等公共建筑。分布式光伏發(fā)電是2009年在光伏電站特許權(quán)招標項目和金太陽示范工程的帶動下迅速發(fā)展起來的，到2013年底，分布式光伏累計裝機容量達到約200萬 kW，其中2013年新增分布式光伏約100萬 kW。國家能源局還推動了分散式接入風電開發(fā)，在110 kV及以下電壓等級就近接入風電機組，所發(fā)電力不考慮升壓外送，從試點效果看，可以有效提高風電利用小時數(shù)。生物質(zhì)發(fā)電普遍規(guī)模較小，具備分布式特征。截至2013年底，全國生物質(zhì)直燃發(fā)電裝機850萬 kW，但大多作為發(fā)電廠運行。

3 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響

3.1 對三段式電流保護的影響

三段式電流是指瞬時電流速斷保護、過電流保護和定時限電流速斷。電力系統(tǒng)的線路或元件發(fā)生故障時，故障點越靠近電源，短路電流越大，利用這一特點，可構(gòu)成電流保護。電流速斷保護指電流發(fā)生變化，超過預先設(shè)置的保護定值范圍時而瞬間動作的電流保護。它的保護范圍受系統(tǒng)運行方式的影響較大，不可能保護線路的全長。所以為了保護線路全長，通常采用略帶時限的電流速斷與相鄰線路的速斷保護相配合，其保護范圍包括本線路的全部和相鄰線路的一部分，其時限比相鄰線路的速斷保護大△t；電流速斷保護和限時電流速斷保護可構(gòu)成線路的主保護。

過流保護是按躲開最大負荷電流來整定的一種保護裝置，可作為本線路和相鄰線路的后備保護，定時限過流保護的動作時限比相鄰線路的動作時限均大至少一個△t。以上三種保護組合在一起，構(gòu)成階段式電流保護。具體應用時，只采用電流速斷保護和限時電流速斷保護，或限時電流速斷保護和定時限過流保護的方式，也可三者同時采用。

DG接入配電系統(tǒng)后，電網(wǎng)線路發(fā)生故障時，將會影響配電網(wǎng)中電流的大小、分布、流向、相位以及斷電動作，接入的位置不同，影響效果不同，流過保護裝置的電流可能增大或減小。若分布式發(fā)電接入點下游發(fā)生故障時，DG提供的電流負向流入檢測系統(tǒng)，而傳統(tǒng)電網(wǎng)的電流檢測元件不具備電流方向性檢測，對流入繼電器的故障電流和DG流入電流相加，當故障電流超過繼電器的整定值時，過電流保護器動作，且DG的容量越大對過電流保護器靈敏度的影響越大。若分布電流上游發(fā)生故障時，DG起到分流作用，降低過電流保護器的靈敏度。通過以上分析，DG接入配電系統(tǒng)，DG下游發(fā)生短路故障，電網(wǎng)和DG都會向短路點提供電流，提高了電流繼電器的靈敏度，當DG的容量足夠大時可能導致電流保護器的誤動；DG上游發(fā)生短路故障時，由于DG分流的影響，降低三段電流保護的靈敏度，當DG容量足夠大時，可能產(chǎn)生拒動。

3.2 對反時限過流保護的影響

反時限過流保護指同一線路不同地點的短路時，由于短路電流不同，保護具有不同的動作的時限，不同接入點的繼電器都具有相同的特性曲線，其動作時間與故障電流為單調(diào)遞減函數(shù)，在線路靠近電源端短路電流較大，動作時間較短。當DG接入后，DG下游故障時，DG上游線路電流因短路繼電器動作時間增長，下游線路反限時動作時間縮短；當DG上游線路故障時，DG上游線路因電流短路繼電器動作時間增長，下游線路反限時繼電器動作時間縮短。

3.3 對距離保護的影響

距離保護是指反應故障點至保護安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護裝置。距離保護由啟動元件、方向元件、測量元件（線路電壓、電流）、和執(zhí)行元件組成，當DG接入后，其上游增加了一個分支，DG接入位置不變時，增大DG的容量時，上游保護處測量的阻抗也增加，下游的阻抗不變；當DG容量不變，改變DG接入位置時，上游繼電器的靈敏度提高或降低，下游繼電器的靈敏度保持不變。

3.4 對自動重合閘的影響

在電力系統(tǒng)的故障中，輸電線路是發(fā)生故障幾率最多的元件，約占電力系統(tǒng)的90%，大多數(shù)是瞬時性故障，約占輸電線路故障的90%，而永久性故障約占10%。自動合閘是當輸電線路跳閘或輸電線路故障由繼電器保護裝置動作使開關(guān)切除故障點，將斷路器按需要自動合閘投入，從而恢復線送電安全的自動裝置。當DG接入配電系統(tǒng)后，當電路發(fā)生故障后，如果DG沒從配電網(wǎng)中切除，就會繼續(xù)對故障點供電，從而延長故障點的游離時間，可能造成重合閘失敗。

4 降低分布式發(fā)電在配電網(wǎng)繼電保護中影響的對策

4.1 對三段式電流保護影響的對策

盡量把DG接入線路的末端，增大DG到相鄰線路保護電氣的距離，減少DG下游受影響保護器的數(shù)量，并在DG上游安裝方向元件，使DG上游線路故障時不產(chǎn)生誤動，同時對DG上游元件效驗，確保接上DG后的靈敏度仍能滿足要求。分布式發(fā)電選擇入網(wǎng)方式時，優(yōu)先考慮逆變?nèi)刖W(wǎng)，減小對對電流保護的影響。由于分布式發(fā)電通常采用同步電機、異步電機或光伏發(fā)電，尤其是光伏和風力發(fā)電受光照強度和風的大小影響，發(fā)電不穩(wěn)定、具有一定的間歇性，造成電力體統(tǒng)運行復雜和電路故障多變，需要投入新型、智能的電流保護電氣元件。

4.2 降低DG對反時限過流保護影響的對策

由于反時限電流保護，繼電器的動作時間是與電流有關(guān)的遞減函數(shù)，線路發(fā)生故障時，流過上級的故障電流不大于流過下級的電流，上級繼電器的動作時間比下級的時間長，上下級繼電器的保護仍然滿足要求，DG是否接入幾乎不影響反時限過電流保護器的工作，但為防止DG上游保護因方向電流而誤動，要為反時限過流加裝方向元件。

4.3 降低DG對距離保護影響的對策

長短線配合使用，調(diào)整繼電器的靈敏度，當線路距離較短時，承受過度電阻的能力大大下降，通過使用多邊形距離繼電器來，可以有效提高抗過度電阻的能力，減小短路點過度電阻對測量阻抗的影響。

4.4 降低DG對自動重合閘影響的對策

為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，繼電器斷開，立即啟動修復措施，故障排除后啟動重合閘，DG必須在重合閘前退出電網(wǎng)。為保證重合閘不受DG接入的影響，需要延長重合閘的整定時間，如果是瞬時性故障，設(shè)定故障點有足夠的游離時間，使保護器有選擇動作，同時投入檢無壓同期功能，檢測重合閘前故障是否消失，重合閘后即可恢復正常供電，如果是永久性故障，在重合閘前檢測故障是否消失，如果整定時間內(nèi)故障不消失，則發(fā)出閉鎖信號，閉鎖DG側(cè)的重合閘，確保故障不損壞DG廠商。

5 結(jié) 語

綜上所述，文章簡述了分布式發(fā)電的特點，以及國內(nèi)外分布式發(fā)電的概況，詳細分析了DG對三段式電流保護、反限流保護、距離保護和自動重合閘的影響，并提出降低分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的有效措施。

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