光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護的影響及對策

周 潔，耿 鵬

1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000

2.北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司，北京 100085

0 引言

對于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)而言，繼電保護裝置是用來保護電流在輸電線路中單一流向穩(wěn)定運行的重要裝置。通常情況下，安裝在大于10 kV電壓上的繼電保護裝置的主要功能是保護階段式電流，且不會安裝任何引導電流方向的元件?；诖?，文章主要分析光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護的影響，并提出相關解決對策。

1 光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)繼電保護的影響

對于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)而言，繼電保護裝置是用來保護電流在輸電線路中單一流向穩(wěn)定運行的重要裝置。通常情況下，安裝在大于10 kV電壓上的繼電保護裝置的主要功能是保護階段式電流，且不會安裝任何引導電流方向的元件。分布式光伏接入原有的配電網(wǎng)后，原有的配電網(wǎng)構(gòu)成會發(fā)生一定程度的變化，其結(jié)構(gòu)會從原來的簡單結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成多電源共用的復雜體系，其流向會具有多元化的特征。一旦并網(wǎng)后的系統(tǒng)出現(xiàn)小規(guī)模的短路或其他故障，會導致系統(tǒng)或光伏電站中的電流流向故障點，使故障區(qū)域的短路電流逐漸增大，進而導致配電網(wǎng)的繼電保護裝置無法及時發(fā)揮出自身的保護作用，造成電路問題[1]。

1.1 對三段式電流保護的影響

三段式電流是我國電路建設初期最為常見的電路保護裝置，而當光伏發(fā)電接入含有三段式配電系統(tǒng)時，會改變原有配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。光伏發(fā)電并網(wǎng)后對三段式電力線路的影響如下。

（1）光伏并網(wǎng)會影響電路保護的敏感度。在光伏發(fā)電線路接入配電系統(tǒng)后，如果原有線路的故障點在光伏發(fā)電的下游線路，那么流經(jīng)該故障點的電流將由光伏發(fā)電和配電系統(tǒng)共同提供，在發(fā)生電力事故時繼電保護裝置只能分辨出一種電流，從而降低了保護設備的敏感度。

（2）光伏并網(wǎng)后會造成電路保護動作失去原有的準確性。如果原有的輸電線路沒有接入光伏發(fā)電，則在發(fā)生饋線故障時，流經(jīng)故障點的電流只會是由原系統(tǒng)提供，繼電保護可以及時對其進行處理，而光伏接入的電網(wǎng)，在發(fā)生饋線故障時短路電流會瞬間增加，不但會造成輸電線路的損毀現(xiàn)象，還會造成繼電保護設備的擊穿，從而引發(fā)輸電線路火災災害。

（3）光伏并網(wǎng)會造成臨近的電路發(fā)生假故障保護動作。接入光伏發(fā)電線路后，如果出現(xiàn)線路故障，那么線路故障點處的電阻就會增大，導致本該流經(jīng)該線路的電流轉(zhuǎn)向別的線路中，進而造成臨近線路的繼電保護裝置出現(xiàn)假故障保護動作。

1.2 對自動重合閘的影響

現(xiàn)階段，我國的輸配電線路均屬于單側(cè)電源結(jié)構(gòu)，在發(fā)生輸電線路短路故障時可以進行自動重合閘，進而及時切除對故障點的供電，因此不會對整個配電網(wǎng)系統(tǒng)造成影響。在將光伏發(fā)電線路接入原輸電線路后，一旦配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，光伏發(fā)電線路的重合閘會將其從配電系統(tǒng)中切除，進而導致光伏發(fā)電線路將電流源源不斷地輸送至故障區(qū)域，進而導致該條線路的重合閘動作引起電弧現(xiàn)象，使自動重合閘不成功，從而對光伏發(fā)電線路造成巨大的影響[2]。

1.3 對熔斷器保護的影響

熔斷器是現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中最為常見的一種電力系統(tǒng)自我保護裝置，該設備的主要功能是監(jiān)控流經(jīng)自身線路電流的大小，當電流超過熔斷器本身所能夠承受的額定電流后，熔斷器內(nèi)部的保險絲會自動熔斷，進而形成該條線路的斷路，實現(xiàn)保護配電系統(tǒng)安全的目的。通常情況下，熔斷器的主要安裝區(qū)域會在配電變壓器電壓較高的一側(cè)，或者輸電線路的各級電路的分支處，如果輸電線路的末端發(fā)生電路故障，熔斷器可以第一時間作出相應的反應，進而實現(xiàn)熔斷器對電力線路的保護作用。但是，如果在光伏并網(wǎng)后沒有對線路中熔斷器進行適當?shù)母?，將造成整條輸電線路電流紊亂，導致輸電終端電器的損毀[3]。

2 光伏并網(wǎng)電網(wǎng)繼電保護影響的對策

2.1 利用半導體材料

現(xiàn)階段，我國的光伏發(fā)電模式通常是分布式光伏發(fā)電，利用太陽能板收集太陽光并將其轉(zhuǎn)化成電能，進而投入使用。為了解決光伏并網(wǎng)后光伏發(fā)電線路對原有輸電線路的繼電保護的影響，電力企業(yè)設計利用半導體材料代替輸電線路中某些元件，進而避免并網(wǎng)之后兩種線路之間產(chǎn)生沖突。例如，在日常的太陽能發(fā)電建設過程中，利用特殊材料將電能轉(zhuǎn)化裝置進行替換。雖然使用這種方式能夠有效地幫助光伏并網(wǎng)順利開展，但是替換之后的光伏發(fā)電可能會造成一定程度上的電力浪費，或者發(fā)生對收集的電能轉(zhuǎn)化效率過低的現(xiàn)象。同時，電力企業(yè)可以將現(xiàn)代科學技術融入光伏并網(wǎng)工作中，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)之后光伏發(fā)電線路更加柔性化的接入方式，并通過對實際接入線路的不同而選擇不同種類的接口，進而實現(xiàn)對光伏發(fā)電線路的電流濾波的目的，降低其對繼電保護的影響，提高輸電線路整體運行的穩(wěn)定性。

2.2 控制電壓等級

在光伏并網(wǎng)工程中，技術人員應提前對接入線路的信息進行考察，避免錯誤的選擇電機，進而避免對整個并網(wǎng)工作產(chǎn)生影響。光伏并網(wǎng)時不同電壓等級下電機的選擇可參考以下幾點：第一，在光伏發(fā)電較為分散且距離當?shù)鼐用裆顓^(qū)域較近時，技術人員應當了解其發(fā)電電壓是否小于10 kV，同時需結(jié)合當?shù)鼐用裼秒娝絹砼袛鄳斶x擇何種電機進行電壓濾波，進而實現(xiàn)準確判斷并網(wǎng)后對電網(wǎng)繼電保護裝置的影響。第二，在進行光伏并網(wǎng)工作前，技術人員應當對發(fā)電站的發(fā)電等級進行優(yōu)化設計，在發(fā)電功率小于或等于8 kV的電網(wǎng)接入配電網(wǎng)時，應當按照10 kV安全設計規(guī)定進行設計，進而提高繼電保護設備的保護效果。在發(fā)電功率為8～400 kV時，技術人員可以選擇380 kV的設計標準進行必要的電壓調(diào)節(jié)。

2.3 合理選擇電網(wǎng)接入方式

（1）應用專線接入方式。在進行光伏并網(wǎng)的組網(wǎng)過程中，使用專線接入的方式能夠有效提高電網(wǎng)接入的有效性和安全性。在設計光伏并網(wǎng)前，設計人員應當在接入前對分布式光電進行優(yōu)化，選擇介于光電與配電網(wǎng)之間的調(diào)節(jié)電源進行緩存，避免光電直接并入配電網(wǎng)。同時，采用分布式整合方法以提高整個光電之間的連續(xù)性，方便電力工作人員在光伏并網(wǎng)的過程中對變電站、開關柜等設備進行有效調(diào)節(jié)。在光電接入配電網(wǎng)的過程中，要對整條線路的母線和接地線等安全保護裝置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，充分結(jié)合電網(wǎng)能力判斷出母線和接地線的位置，進而更好地發(fā)揮母線和接地線的功能。另外，光伏并網(wǎng)還要充分考慮對周邊環(huán)境的影響，充分結(jié)合并網(wǎng)區(qū)域的氣候環(huán)境、地質(zhì)情況以及周邊野生動物數(shù)量等，避免光伏并網(wǎng)之后電網(wǎng)會受到自然環(huán)境的影響而發(fā)生設備故障。同時，需對整條配電網(wǎng)進行智能化改造工作，在合適的地方安裝智能化檢測設備，在檢測電路自身穩(wěn)定運行的同時，監(jiān)控周邊環(huán)境，進而實現(xiàn)技術人員對電網(wǎng)實時監(jiān)控的目的。

（2）末端接入方式。在并網(wǎng)條件允許的情況下，技術人員在設計光伏并網(wǎng)工作時應當首先考慮末端并網(wǎng)的方法。該方法能夠有效降低并網(wǎng)之后發(fā)生故障的概率，加強對電流流向的故障排查以及相鄰線路之間的自我保護，避免施工人員出現(xiàn)錯誤操作，影響整個線路的整體性與安全性。同時，技術人員在選擇末端接入的方法時，需全面考慮原配電網(wǎng)的各項指標，做好并網(wǎng)之后的故障規(guī)避工作，并通過科學的故障管理制度建立并網(wǎng)后的有限元分析法則。另外，技術人員需對已經(jīng)完成并網(wǎng)工作的配電網(wǎng)進行實時故障檢測，一方面在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時能夠及時進行故障搶修工作，避免造成大范圍停電事故的發(fā)生；另一方面對配電網(wǎng)進行監(jiān)控可以及時收集故障發(fā)生前、中、后期的各項數(shù)據(jù)，從而為技術人員提供故障檢測分析參考依據(jù)。通過對故障數(shù)據(jù)進行計算和分析，技術人員可以制訂預防此類故障的規(guī)避方案，實現(xiàn)對光伏并網(wǎng)的繼電保護，降低電力企業(yè)的經(jīng)濟損失。

（3）間歇性切斷方式。在光伏并網(wǎng)時可以選擇面向大電流或者綜合型電流的變壓器，但是在進行光伏并網(wǎng)的過程中，應注意并網(wǎng)方面存在的差異，技術人員應通過在中間點配置必要的接地控制，使中間點可以不受間隙的影響而正常工作，進而實現(xiàn)提高整個配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全價值與穩(wěn)定性。同時，在對光伏并網(wǎng)進行保護的過程中，應考慮到光電線路對變壓器中性點間隙的影響，特別是在配電網(wǎng)電壓持續(xù)升高的情況下，變壓器的部分絕緣體可能會受到傷害，因此技術人員應設置一個警戒值，當配電網(wǎng)的電壓增大到警戒值時就會自主切斷電源的供電，實現(xiàn)對整個光伏并網(wǎng)裝置的保護。

3 結(jié)束語

綜上所述，在對光伏電源進行并網(wǎng)整合時，需要將原有配電網(wǎng)的供電模式進行改造，將光伏發(fā)電融入其中，形成新的供電模式，但是在進行光伏并網(wǎng)時，原有電網(wǎng)的繼電保護裝置會發(fā)生故障，從而影響整個配電網(wǎng)絡的正常工作。光伏并網(wǎng)工程會對電網(wǎng)繼電保護產(chǎn)生較大的影響，在光伏并網(wǎng)的發(fā)展過程中，電力技術人員需對并網(wǎng)問題進行不斷的分析與研究，探究出科學有效的并網(wǎng)措施，進而提高光伏并網(wǎng)之后配電網(wǎng)的運行可靠性與安全性。同時，技術人員應從并網(wǎng)的實際角度出發(fā)，結(jié)合光伏發(fā)電未來的發(fā)展方向設計出相應的繼電保護措施，實現(xiàn)推動我國光伏并網(wǎng)建設快速發(fā)展的目的。