分布式電源接入下的配網(wǎng)故障定位分析

馬斌

國網(wǎng)河南省電力公司新鄉(xiāng)縣供電公司 河南新鄉(xiāng) 453000

分布式電源指的是一種功率在10kW-30MW的小型獨立電源，在電網(wǎng)運行中具有調(diào)峰、提高供電可行性的特點，且具有性價比高、能量利用效率高等優(yōu)點，因此目前被廣泛應用于配網(wǎng)系統(tǒng)中，以此保證供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。雖然分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中，能夠提高供電的可靠性和降低系統(tǒng)的損耗，但是也有其局限性所在，主要是會對配電網(wǎng)的拓撲結構、故障電流大小和方向進行改變，容易引起保護裝置誤操作的情況，同時還會增加配網(wǎng)故障定位的難度。為此，以下通過建立分布式電源接入配網(wǎng)系統(tǒng)模型，結合電壓電流、接入前后等值阻抗變化量的計算依據(jù)，以此有效進行配網(wǎng)故障區(qū)段的定位[1]。

1 分布式電源接入前故障區(qū)段的等值阻抗變化

以10kV配電網(wǎng)線路拓撲結構為例，在接入分布式電源前，通過對其故障區(qū)段和非故障區(qū)段的等值阻抗進行分析，從而明確分布式電源接入前故障發(fā)生前后各線路段的等值阻抗變化。

首先，設10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)的線路為S，阻抗為Zs，則各線路段AB、BC、CD、DE的阻抗分別是Z1、Z2、Z3、Z4，E為下游線路等值阻抗ZE，短路過度電阻為Rg。

其次，以BC線路為故障區(qū)段，并對非故障區(qū)段CD進行分析檢測，以此獲得等值阻抗。在正常運行的情況下，設B處保護測量的電壓和電流分別為UB、IB，故障前B點的等值阻抗為：ZB=UB/IB；發(fā)生故障后B處保護測量的電壓和電流為U’B、I’B，故障后Z’B=U’B/I’B，且無論故障點是在BC的首段還是末端，，因此根據(jù)B點故障前后的電壓電流對比其等值阻抗大小可得：，即在BC段故障發(fā)生之后，等值阻抗沿著B點向線路下游逐漸變小。

最后，由于C點在故障點B的下游，沿著C點向線路下游進行觀測，等值阻抗基本沒有變化，因此可獲得結論：在線路故障發(fā)生后，故障區(qū)段的等值阻抗會變小，而非故障區(qū)段的等值阻抗基本不變。

2 分布式電源接入后故障區(qū)段的等值阻抗變化

將分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)后，對發(fā)生故障的區(qū)段的等值阻抗變化進行測量，需要考慮兩種情況，一種是分布式電源位于故障點的上游，另一種是分布式電源位于故障點的下游[2]。

2.1 分布式電源位于故障點的上游

首先，仍是以10kV配網(wǎng)線路為例，在C點接入分布式電源，此時AC線路段成為雙電源供電方式，其與線路保持單一電源供電方式不變。

其次，在分布式電源位于故障點上游時，需要考慮繼電保護裝置的整定情況，為了確保電流斷路保護動作的選擇性，應保證B點的保護整定動作電流大于C點的最大短路電流，這樣一旦CD區(qū)段出現(xiàn)故障，則C點作保護動作，而B點不作保護動作。

最后，對分布式電源位于故障點上游時故障區(qū)段的等值阻抗變化進行測量。由于是在C點接入分布式電源，因此在C點的下游電流主要是由分布式電源和系統(tǒng)電源兩個部分提供，即，則在CD段發(fā)生故障后，分布式電源并不會對C2處的短路電流產(chǎn)生影響，因此 。因為B點的保護整定動作電流大于C點的最大短路電流，所以非故障區(qū)段BC的電流值要比B點保護整定值小，通過此方法可區(qū)分出故障區(qū)段和非故障區(qū)段。

2.2 分布式電源位于故障點下游

首先，在C點接入分布式電源，設BC段為故障區(qū)段，則C點的分布式電源仍然為故障點提供電流。同時，通過上述可得知，無論故障點是在BC段的首段還是末端，此時B點的電壓和電流主要是由系統(tǒng)電源提供，接入的分布式電源并不會對B點的電壓電流產(chǎn)生影響。

其次，設分布式電源阻抗為ZDC，則BC段的C1處在正常運行和故障后測量的電壓和電流分別是UC1、UC2和U’C1、U’C2，故障前后C點的等值阻抗分別是ZC1=UC1/UC2、Z’C1=U’C1/U’C2。

最后，由于BC段為雙電源供電，因此無論故障點是在BC區(qū)段的首段還是末端，故障前后的電流電壓等值阻抗大小關系為：，因此從C點向線路下游看去，CD段、DE段等非故障區(qū)段的等值阻抗基本沒有發(fā)生變化。

3 分布式電源接入后配網(wǎng)系統(tǒng)故障定位分析

基于上述10kV配網(wǎng)在接入分布式電源前后的故障區(qū)段等值阻抗變化量分析結果可得知，可根據(jù)各個檢測點的等值阻抗變化量大小差異進行故障區(qū)段的識別，且并不會受到分布式電源輸出電流的影響，只需要對故障區(qū)段和非故障區(qū)段的等值阻抗變化量值進行計算，便可完成故障定位工作[3]。另外，在分布式電源接入配網(wǎng)系統(tǒng)后，需要考慮在不同故障條件下各檢測點的等值阻抗變化量，如果是發(fā)生三相接地故障，則分布式電源接入前后對故障區(qū)段的電壓電流及阻抗值影響為以下幾點：

在分布式電源未接入之前，設BC段發(fā)生三相對稱短路故障，此時B點電壓會有所降低，而電流反之增大，從B點向線路下游看去等值阻抗值也會變小。C點下游電壓電流及等值阻抗不變。

在C點接入分布式電源后，正常運行情況下，各檢測點電壓電流會隨著分布式電源輸出電流增大而增大。

在C點接入分布式電源后，BC段處于三相接地故障情況下，故障區(qū)段的B和C1兩個檢測點的電壓會減小，并且故障產(chǎn)生的部分電流會被分布式電源吸收，隨著分布式電源輸出電流的增大，吸流效果更明顯，此時線路的電流就會變小，等值阻抗也會相比較故障前更小。

由于分布式電源位于故障點下游時，此時經(jīng)故障點上游保護電流變小，所以可能會導致現(xiàn)有的保護不適用。針對這一情況，可借助上述判斷對區(qū)段首段等值阻抗大小的關系進行故障區(qū)段的判斷。