探討改進分布式電源的繼電保護配置

摘????要：近年來，風電和光伏等分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)的規(guī)模越來越大，對配電網(wǎng)的繼電保護造成嚴重影響，其所應有的繼電保護也被人們重視起來。本文主要介紹對于分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響，進而提出含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護的改進措施。

關(guān)鍵詞：分布式電源;?繼電保護;?繼電保護配置

0 引言

分布式電源一般是利用風能、太陽能等綠色清潔能源發(fā)電，因低碳環(huán)保得到政策支持，其容量和投資小，發(fā)展快。分布式電源一般就近在用戶端進行布置，具有不少優(yōu)勢：能降低線損，能源可利用效率高;為電網(wǎng)末端提供電壓支持，提高電能質(zhì)量;電網(wǎng)故障時，部分配電網(wǎng)利用微網(wǎng)運行來給重要負荷供電，提高了系統(tǒng)供電的可靠性。但是，常規(guī)配電網(wǎng)是單電源的放射狀鏈式結(jié)構(gòu)，正常運行時的潮流和故障電流方向單一，分布式電源接入后，配網(wǎng)的潮流可能會雙向流動，短路時短路電流分布將發(fā)生變化，另外，可再生能源具有不確定性，這些都會導致配電網(wǎng)出現(xiàn)繼電保護誤動或拒動等問題，甚至會影響到配電網(wǎng)的安全運行。隨著分布式電源接入規(guī)模的擴大，有必要分析其對配電網(wǎng)的繼電保護及自動化裝置的影響，確保配電系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定地向用戶供電。

1 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響

1.1 分布式電源對變電站繼電保護的影響分析

將分布式電源接入電網(wǎng)， 完成了從單端電源到多端電源的轉(zhuǎn)換， 但電網(wǎng)的繼電保護裝置會難以實現(xiàn)它的選擇性， 110 kV變電站的主要繼電保護配置分別是變壓器與電容器保護、線路保護和備自投裝置。繼電保護的方向性對于過流保護、低壓保護和不平衡電壓保護等電容器保護不產(chǎn)生影響， 因此電容器保護配置是不受分布式電源接入的影響的。本章所針對的問題是10 kV與110 kV系統(tǒng)的電壓等級的分析， 在研究主變壓器的保護、備自投裝置和兩個電壓等級系統(tǒng)的傳統(tǒng)繼電保護配置的同時。

1.2 110 kV線路保護配置方式

在配電網(wǎng)中， 110 kV的變電站是其一不可忽視的關(guān)鍵， 它是配電網(wǎng)與主網(wǎng)連接的橋梁。分布式電源尚未接入電網(wǎng)時， 110 kV變電站是作為純負荷工作的變電站運行的。110 kV變電站側(cè)通常不對110 kV線路進行線路保護， 僅在電源側(cè)配置零序電流保護及距離保護。即使110 kV變電站側(cè)沒有對110 kV的線路配置線路保護， 然而其線路間隔的智能組件將會進行相對完整的配備。

1.3 分布式電源對110k V線路保護常規(guī)配置的影響分析

配電網(wǎng)是單電源、放射式結(jié)構(gòu)， 接入分布式電源后改變了這一現(xiàn)狀并使潮流呈現(xiàn)多樣化。110 kV進線分別接110kV的母線， 經(jīng)過#1主變壓器和#2主變壓器， 帶動兩條10 kV母線， 在變電站的終端， 每兩條10 kV線路接一段母線。當線路上發(fā)生故障時， 在電源側(cè)配置的零序電流保護和距離保護將會發(fā)揮作用， 電源側(cè)的2號斷路器不變， 在1秒的延遲后， U kV電源側(cè)架空線路故障清除后， 在短時間內(nèi)閉合斷路器， 如果線路的故障是瞬時的， 重合閘動作便會成功。若分布式電源與110 kV變電站10 kV的線路系統(tǒng)相連， 此時的純負荷變電站就變成了多電源110 kV變電站。由于分布式電源接入10 kV線路系統(tǒng)， 在1秒延遲后， 電源側(cè)進行重合動作， 分布式電源電壓與線路側(cè)的相位無法判斷， 此時會出現(xiàn)的問題在于兩個電源側(cè)的重合閘時間有可能不同。

綜合以上描述， 分布式電源的接入對110 kV線路所造成的影響在于， 線路達到重合閘動作條件時， 電源側(cè)重合閘時間不一致的問題。

1.4 分布式電源對變壓器保護的影響

110 kV變電站會為主變壓器配置電氣量和非電氣量保護。差動保護是變壓器的主保護， 按循環(huán)電流原理， 比較變壓器兩側(cè)電流的矢量差來判定是否進行繼電保護。非電氣量保護判斷的根據(jù)不是電量， 因此不影響分布式電源的保護。主變壓器會配置零序電壓保護， 在110 kV的母線上安裝電壓互感器可以為其提供是否進行保護動作的根據(jù)， 雙端式電源會對零序電壓分布產(chǎn)生影響， 因此主要分析了零序電壓保護對主變壓器的作用。

1.5 分布式電源對備自投裝置的影響

就10 kV線路系統(tǒng)的單母線分段接線來看， 10 kV備自投裝置通常被作為110 kV變電站的保護配置， 線路L1為帶電工作狀態(tài)， 線路L2為熱備用狀態(tài)， 10 kV母線1和2上都有電壓存在。如果斷路器QF1與斷路器QF3都在合閘狀態(tài)， 斷路器QF2在開閘狀態(tài)， 此時斷路器QF1、QF2、QF3所處的位置滿足備自投裝置的充電條件， 一定時間的延遲后， 備自投裝置將會完成充電。如果線路L1出現(xiàn)線路故障或者因為其他因素斷開， 10 kV母線、Ⅱ上均無電壓。裝置的動作規(guī)律在于如果判斷線路L2上有電壓存在， 裝在L1線路上的電流互感器未能檢測到電流， 備自投裝置達到動作條件， 跳出QF1， QF2處于關(guān)閉狀態(tài)， 能自動使線路L2開始工作。

2 含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護的改進措施

分布式電源的接入使配電網(wǎng)的潮流由單向流動變成雙向流動，而傳統(tǒng)的三段式保護已經(jīng)不適應配電網(wǎng)的發(fā)展需要。為了提高配網(wǎng)的可靠性和供電質(zhì)量，需要對傳統(tǒng)的繼電保護配置進行改進和優(yōu)化，為實際配電網(wǎng)的繼電保護及自動化配置提供參考。

（1）分布式電源接入配電網(wǎng)后，原來的單輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成雙電源或者多電源網(wǎng)絡(luò)，當分布式電源容量相對較大，提供短路電流較大時，為了防止繼電保護裝置因反方向的電流而產(chǎn)生誤動，可以考慮在保護裝置加裝方向元件。同時還要綜合考慮成本因素。

（2）當分布式光伏接入后，整定時考慮其助增和分流影響，需要對分布式光伏所在饋線的相鄰饋線以及上游饋線保護定值進行調(diào)整，這樣才能保證對系統(tǒng)可靠的動作。

（3）分布式電源接入配網(wǎng)后，配網(wǎng)出現(xiàn)故障時，當系統(tǒng)電源和分布式電源被斷路器切除后，兩側(cè)可能出現(xiàn)一個相角差，當差值達到一定的界限后，自動重合閘會造成強大的沖擊電壓或者電流，破壞重合閘的運行狀態(tài)。為此，如果在分布式電源側(cè)配置重合閘功能，重合閘裝置需要配置檢同期功能，保證重合閘成功率。

（4）對于規(guī)模很大的分布式電源，并網(wǎng)電壓等級高、容量大，考慮線路速動保護來提高保護性能，采用縱聯(lián)保護作為主保護。不僅可以改善本線路保護性能，而且能改善整個電網(wǎng)保護性能。

3 結(jié)語

分布式電源大規(guī)模發(fā)展對附近配電網(wǎng)帶來影響，接入的配網(wǎng)運行方式、短路電流分布也發(fā)生變化，導致配電網(wǎng)出現(xiàn)繼電保護誤動或拒動、重合閘失敗等，本文結(jié)合案例探討實際配電網(wǎng)中光伏電站的繼電保護配置改進方案，保障配電系統(tǒng)安全可靠地運行。

參考文獻

[1]李俊林.含分布式電源的110 kV變電站繼電保護關(guān)鍵問題及其優(yōu)化研究[D].濟南：山東大學， 2018.

[2]馬曉菲， 白湘瑋.分布式電源并網(wǎng)的繼電保護及安全自動裝置配置研究[J].南方農(nóng)機， 2018， 49 （22） ：107.

[3]李毅然， 李杰， 李旭暉.配電網(wǎng)引入分布式電源對繼電保護的影響[J].機電信息， 2018 （24） ：13-14.

作者信息：楊婷婷，國網(wǎng)福建省電力有限公司安溪縣供電公司，工程師

郵件地址：福建省安溪縣龍湖電力大廈二樓，楊婷婷收，聯(lián)系方式：15159806573