分布式電源接入對繼電保護的影響

王 勝

(國網(wǎng)福建省電力有限公司廈門供電公司，福建廈門 361004）

分布式電源接入對繼電保護的影響

王 勝

(國網(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)電的特點和配電網(wǎng)繼電保護配置現(xiàn)狀，詳細分析了分布式電源接入對配網(wǎng)繼電保護所造成的影響。

分布式電源；繼電保護；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。

1 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1.5～3 s啟動重合），以確保線路以較大概率躲過瞬時性故障的影響。

2 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。

圖1 含DG和三段式保護的配網(wǎng)結構圖

(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未接入時要小(DG1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。

3 分布式發(fā)電對反時限保護的影響

3.1 DG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。

圖2 含DG和反時限保護的配網(wǎng)結構圖

(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。

3.2 DG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。

4 分布式發(fā)電對自動重合閘的影響

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

對于瞬時性故障，要求盡量避開，以提升供電可靠性。自動重合閘也正是基于此目的而專門設計的。但運行事實告訴我們，在DG引入配網(wǎng)后，重合成功率大大下降，其原因為:

(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。

5 DG機組失穩(wěn)對繼電保護的影響

分布式發(fā)電和配電網(wǎng)其實是相互影響的，即DG的電源輸出特性使配網(wǎng)故障時的短路電流分布、大小等要素發(fā)生變化。同時，配網(wǎng)故障造成的波動也會使DG機組產(chǎn)生失穩(wěn)。當然，這種失穩(wěn)反過來又會影響到配網(wǎng)的保護定值。歸納研究成果如下:(1）DG容量越大或接入點離故障處越遠，則其越不容易失穩(wěn)。(2）如果每次DG機組失穩(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Ⅰ段；如果DG機組在故障發(fā)生0.3 s之后才失穩(wěn)，那么其接入將同時影響電流保護的Ⅰ、Ⅱ段。

6 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。

[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）

2014-10-16

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