分布式電源配電網(wǎng)繼電保護(hù)的優(yōu)化措施

楊慢慢，高明亮，朱亞軍

（冀北承德供電公司，河北 承德 067000）

分布式發(fā)電指的是利用非可再生能源或可再生能源構(gòu)成的各種小規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)。不僅可直接連入到配電網(wǎng)中并網(wǎng)運(yùn)行，而且可為當(dāng)?shù)赜脩籼峁╇娔?。在?shí)際使用過(guò)程中，如果直接在原有的配電網(wǎng)絡(luò)上接入分布式電源，會(huì)使配電網(wǎng)上的潮流發(fā)生變化，在出現(xiàn)短路時(shí)也會(huì)使母線短路電流發(fā)生變化，導(dǎo)致配電網(wǎng)出現(xiàn)保護(hù)定值不配合、繼電保護(hù)失效等問題。為了保證配電網(wǎng)可以穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)繼電保護(hù)的優(yōu)化措施進(jìn)行探討。

1 分布式電源的概念

分布式發(fā)電又叫分布式功能或分散式發(fā)電，一般將小型發(fā)電裝置布置在用戶附近，然后利用風(fēng)能、生物質(zhì)能、太陽(yáng)能等分散存在的可再生能源進(jìn)行發(fā)電。一般情況下，分布式發(fā)電容量可達(dá)到幾千萬(wàn)和幾十兆瓦。分布式電源優(yōu)點(diǎn)如下。

（1）分布式電源輸配電比較簡(jiǎn)單，能耗較低，可以直接向用戶進(jìn)行供電，不需要重新搭建輸電線路，建設(shè)更加簡(jiǎn)單，投入成本小。

（2）分布式電源需要投資的單機(jī)容量小，并且不需要建設(shè)大的配電站、變電站和電廠，安裝成本低，投資小，施工工期短。

（3）分布式電源一般都是利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、氧氣、天然氣等對(duì)環(huán)境污染比較小的能源來(lái)進(jìn)行發(fā)電的，屬于綠色清潔能源。

（4）能源可利用效率高。在布置分布式電源時(shí)，一般是根據(jù)實(shí)際情況就近在用戶端進(jìn)行布置，布置的安全性和靈活性更高，既可以并網(wǎng)運(yùn)行，又可以孤島運(yùn)行，不僅保證了供電的可靠性，同時(shí)也提高了電網(wǎng)的服務(wù)能力。

2 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的影響

當(dāng)前，我國(guó)配電網(wǎng)主要采用輻射狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對(duì)于城區(qū)來(lái)說(shuō)，配網(wǎng)設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，為了保證供電可靠性，有些地區(qū)已經(jīng)逐步形成環(huán)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。但目前運(yùn)行的配電網(wǎng)系統(tǒng)并沒有考慮在配網(wǎng)和用戶終端中接入分布式電源，而且配網(wǎng)的二次保護(hù)也主要基于沒有分布式電源接入的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。一旦有大量的分布式電源接入到配電網(wǎng)系統(tǒng)，勢(shì)必會(huì)對(duì)配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)造成影響，甚至?xí)绊懙脚潆娋W(wǎng)的安全運(yùn)行。一般情況下，分布式電源接入配電網(wǎng)后主要會(huì)產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的影響。

2.1 對(duì)電流保護(hù)產(chǎn)生影響

在分析分布式電源繼電保護(hù)對(duì)電流保護(hù)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析時(shí)，利用電網(wǎng)模型進(jìn)行分析，同時(shí)將模型分成了3段來(lái)進(jìn)行電流保護(hù)。在引進(jìn)分布式電源之前提前將數(shù)值設(shè)置好，連接圖見圖1。從圖1可看出，在分布式電源接入模型中，將分布式電源連接到饋線2末端母線C點(diǎn)，此時(shí)配電網(wǎng)由單電源供電轉(zhuǎn)變成了多電源供電，在一定程度上影響了配電網(wǎng)絡(luò)電流保護(hù)。總的來(lái)說(shuō)，主要包括C點(diǎn)故障、E點(diǎn)故障和F點(diǎn)故障3個(gè)方面。

圖1 分布式電源

（1）如圖1所示，如果C點(diǎn)產(chǎn)生故障，在這一情況下，分布式電源位置流入的電流和短路點(diǎn)流入的主電源電路電流沒有發(fā)生過(guò)大的變化。同時(shí)，保護(hù)點(diǎn)3不會(huì)受到主電源短路電流的的影響，短路點(diǎn)依然會(huì)有分布式電流流入。因?yàn)橹麟娫措妷哼h(yuǎn)遠(yuǎn)大于分布式單電壓，出現(xiàn)故障后會(huì)使線路電壓變小，進(jìn)而使電網(wǎng)局部位置出現(xiàn)了崩潰的情況。

（2）當(dāng)圖1中E點(diǎn)產(chǎn)生故障后，很容易使分布式電源和主電源同時(shí)出現(xiàn)短路電流，可利用式（1）進(jìn)行表達(dá)。

式（1）中：Is為主電源短路電流；Ig為分布式電源單路電流；If為產(chǎn)生故障后的短路電流。

短路電流進(jìn)入到保護(hù)1后，會(huì)直接導(dǎo)致電路電流變大。為了保護(hù)配電網(wǎng)安全運(yùn)行，此時(shí)保護(hù)1點(diǎn)的配電網(wǎng)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求將故障線路切斷，并使電網(wǎng)中的電路電流迅速增加，隨著短路電流的不斷增加，電流值會(huì)超過(guò)保護(hù)點(diǎn)1能承擔(dān)的最大電流值，一般情況下，會(huì)啟動(dòng)保護(hù)點(diǎn)2，并自動(dòng)切斷故障線路，導(dǎo)致停電范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

針對(duì)上述問題，在處理的過(guò)程中，可以考慮在分布式電源連接的位置布置斷路器，并使用保護(hù)點(diǎn)3進(jìn)行控制。如果產(chǎn)生故障，會(huì)將分布式電源立即切斷。

當(dāng)圖1中故障點(diǎn)F產(chǎn)生了故障，分布式電源會(huì)將電路電流送至保護(hù)點(diǎn)3、4、6，一旦短路電流值超出了允許的電流值，保護(hù)點(diǎn)4和6就有可能會(huì)進(jìn)一步出現(xiàn)誤動(dòng)，并進(jìn)一步使停電故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。經(jīng)過(guò)進(jìn)行深入的分析后證明，將分布式電源接入到電網(wǎng)中后，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)中的電流造成比較大的負(fù)面影響。如果沒有處理好這個(gè)負(fù)面影響，很容易產(chǎn)生故障，并使電網(wǎng)出現(xiàn)大面積崩潰或停電的情況。

2.2 對(duì)重合閘裝置產(chǎn)生影響

配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，考慮到配電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)故障，一般會(huì)將重合閘裝置安裝到配電網(wǎng)上，如果有故障，在配電網(wǎng)中安裝的重合裝置則馬上重合，從而使電網(wǎng)快速進(jìn)入正常運(yùn)行的狀態(tài)下。該裝置主要包括前、后兩種重合閘裝置。通常情況下，會(huì)在符合＜35kV的發(fā)電站和發(fā)電廠導(dǎo)出支配線路上布置前合閘裝置，重合閘裝置見圖2。

圖2 重合閘示意圖

（1）從圖2可看出，如果配電網(wǎng)中未能接入分布式電源，一旦故障在饋線2出現(xiàn)，保護(hù)點(diǎn)4則會(huì)自動(dòng)切除故障線路，同時(shí)會(huì)在4min以內(nèi)自動(dòng)開啟重合閘，然后自動(dòng)重合保護(hù)點(diǎn)4，進(jìn)而使配電網(wǎng)重新進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)下。不過(guò)這種故障只對(duì)瞬時(shí)故障有效。一旦接入分布式電源以后產(chǎn)生故障，雖然保護(hù)點(diǎn)4會(huì)自動(dòng)切斷出現(xiàn)故障的線路，但依然會(huì)有短路電流從分布式電源輸出，并使故障點(diǎn)位置不斷的出現(xiàn)電弧，使絕緣保護(hù)層被損壞，逐步形成永久性故障。

（2）分布式電源接入到線路中后，分布式電源會(huì)和作為主電源的饋線AC向兩端同時(shí)進(jìn)行供電。如果AC段產(chǎn)生了故障，想要將這種故障解決，就需要安裝到兩端的斷路器一起進(jìn)行保護(hù)，只有這樣才能完全切斷電源。但要想利用重合閘瞬時(shí)作用使供電恢復(fù)，如果AC兩端功能角過(guò)大，在AC段會(huì)產(chǎn)生非常大的沖擊電流，此電流會(huì)對(duì)電器元件和配電網(wǎng)造成非常大的破壞，嚴(yán)重時(shí)還有可能引發(fā)火災(zāi)。

（3）分布式電源會(huì)影響保護(hù)器和重合閘之間的聯(lián)動(dòng)配合。當(dāng)分布式電源未接入配電網(wǎng)時(shí)，如果產(chǎn)生瞬時(shí)故障，只需要利用重合閘就可以將故障切除，并使供電恢復(fù)正常，并避免熔斷絲被熔斷。如果有分布式電源接入，出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)使保護(hù)器中的電流值變大，并使重合閘電力降低，瞬時(shí)故障出現(xiàn)后，熔斷絲會(huì)立即熔斷，影響重合閘的正常作用，破壞保護(hù)器和重合閘之間的聯(lián)動(dòng)。

2.3 對(duì)線路和繼電器穩(wěn)定性產(chǎn)生影響

在配電網(wǎng)中接入分布電源后，分布式電源會(huì)導(dǎo)致電流增加，并使繼電器和線路的發(fā)熱量增大，進(jìn)而對(duì)其熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。所以，需要提升設(shè)備性能，或者重新校驗(yàn)設(shè)備的熱穩(wěn)定性。在低頻甩負(fù)荷的過(guò)程中，要對(duì)分布電源能提供的功率進(jìn)行分析和考慮，并對(duì)丟負(fù)荷的分配情況進(jìn)行重新考慮。另外，接入分布式電源后會(huì)產(chǎn)生一系列的安全問題，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性以及操作人員的人身安全造成影響。

3 分布式電源配電網(wǎng)繼電保護(hù)優(yōu)化措施

3.1 安裝方向性元件

在分布式電源網(wǎng)配電繼電保護(hù)系統(tǒng)中，通過(guò)使用方向性元件安裝到分布式電源兩側(cè)，可以保護(hù)安裝到配電網(wǎng)中的斷路器。一旦線路兩端功率產(chǎn)生正、負(fù)兩種情況時(shí)，可以準(zhǔn)確地分析出故障點(diǎn)。對(duì)于下游電源線路，分布式電源接入后可以將其作為阻增電源，此時(shí)可以使用三段式電流實(shí)施保護(hù)，從而避免保護(hù)器電源產(chǎn)生誤動(dòng)，并使兩個(gè)電源間供電保持相同。

3.2 在配電網(wǎng)中安裝故障限流器

在分布式電網(wǎng)中安裝故障限流器，會(huì)使電路中的短路電流變大，進(jìn)而產(chǎn)生大面積局部停電或誤動(dòng)的情況。為了降低故障率，需在配電網(wǎng)中安裝故障限流器。在配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，正常運(yùn)行狀態(tài)下故障限流器并未發(fā)揮作用。但在出現(xiàn)故障時(shí)，故障限流器會(huì)馬上發(fā)揮出阻抗的作用，降低弱短路電流。而通過(guò)分布式電源提供電流時(shí)，故障限流器處于失效的狀態(tài)下針對(duì)這一情況，可以用超導(dǎo)故障限流器帶起故障限流器，從而提升阻抗效果。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在配電網(wǎng)中接入分布式電源時(shí)除了要考慮其優(yōu)勢(shì)以外，還需考慮接入分布式電源后對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響。