分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護的影響解析

周升強，唐 慧，王 偉

（國網(wǎng)山東省電力公司莒縣供電公司，山東 日照 276500）

分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護的影響分析，是預防配電網(wǎng)運行故障，提高配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的重要策略。配電網(wǎng)接入分布式電源，打破了傳統(tǒng)故障電流分布規(guī)律，因此不可避免地會對繼電保護裝置造成影響，從而干擾到相間短路保護。基于此，相關人員應加大對分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護影響分析力度，尋找協(xié)調(diào)分布式電源接入與繼電保護裝置正常運行的關鍵點，并結合配電網(wǎng)容納空間，客觀應對分布式電源接入配電網(wǎng)條件下相間短路保護新課題。

1 研究背景

此次研究以分布式電源（DG）為主體，將其接入至規(guī)格為10kV 的配電網(wǎng)中，并且該配電網(wǎng)中應用電流速斷、重合閘搭配定時限過電流的模式保護主饋線。分布式電源配電網(wǎng)運行系統(tǒng)中，因為配備自動重合閘裝置，配電網(wǎng)運行故障的發(fā)生，DG 必然會遭受故障電流沖擊，繼而產(chǎn)生不利影響，所以分布式電源配電網(wǎng)運行設計中，對分布式電源配電網(wǎng)組合提出明確要求，即：

若配電網(wǎng)故障定位于DG 接入相關饋線，則DG 必須終止供電行為。DG 接入饋線根據(jù)配電網(wǎng)自動重合閘動作變化，精準判斷跳離配電網(wǎng)節(jié)點。

雖然DG 接入配電網(wǎng)及系統(tǒng)運行嚴格按照規(guī)定要求設計，但是實際運行中，依然頻繁出現(xiàn)故障，并且DG跳離配電網(wǎng)的節(jié)點選擇與操作存在問題，不利于配電網(wǎng)的安全運行與DG 接入作用的發(fā)揮[1]。面對這種情況，必須端正DG 接入配電網(wǎng)研究態(tài)度，分析跳離異常原因，并梳理配電網(wǎng)保護裝置、DG 之間的運行協(xié)調(diào)思路。結合分布式電源接入配電網(wǎng)研究相關經(jīng)驗，對保護運行方式反復思考，假設以配電系統(tǒng)中電流速斷以主饋線斷路器支撐完成，并實現(xiàn)對電流的定時限過保護為前提條件，不僅如此，支線保護由高壓熔絲完成，搭配對應的加速裝置，如重合閘，針對性地對DG 對配電網(wǎng)相間短路保護的影響展開研究。

2 DG 對配電網(wǎng)相間短路保護影響具體研究

2.1 DG 對配電網(wǎng)兩段保護與重合閘的影響

結合上述對DG 接入配電網(wǎng)相關條件整理，假設配電網(wǎng)中電流速斷保護必須以配電網(wǎng)整條配電線路瞬時跳閘為前提完成，并且根據(jù)配電網(wǎng)運行線路規(guī)劃與最大負荷電流，對定時限過電流進行保護，則需要配電系統(tǒng)中重合閘的重合方式必須采取前加速一次實現(xiàn)。這種情況下，若配電網(wǎng)運行中任意線路或者位置出現(xiàn)運行故障，系統(tǒng)均可以瞬間啟動電流速斷保護模式，立即將故障線路或位置切斷，將故障對配電系統(tǒng)運行的不利影響降到最低。觀察配電網(wǎng)故障切除后的狀態(tài)與處理情況，確定風險排除后通過重合閘恢復配電網(wǎng)的供電運行。如果DG 配電網(wǎng)出現(xiàn)永久性故障，那么電流保護會根據(jù)實況選擇將故障線路永久性斷開，借此保證配電網(wǎng)的正常運行。具體影響如下。

2.1.1 配電網(wǎng)相鄰線路故障影響

DG 對配電網(wǎng)相間短路保護影響中，針對相鄰線路故障，配電系統(tǒng)運行期間，以母線為載體，DG 輸送反向短路電流(I)至系統(tǒng)故障點。

配電網(wǎng)系統(tǒng)中，雖然配備CB、CB1、CB2 保護系統(tǒng)，但是其中只有CB 具有識別故障方向功能，因此DG 接入CB1、CB2 饋線，因為無法對故障方向識別，所以會產(chǎn)生保護誤動作，從而影響到配電網(wǎng)正常運行，甚至出現(xiàn)供電中斷的情況。這種情況下，若在同一母線載體基礎上，配電系統(tǒng)運行期間相鄰線路出現(xiàn)異常，在DG 輸送反向短路電流的條件下，不能對CB1、CB2 保護動作有效激發(fā)。結合配電網(wǎng)基本設定，配電系統(tǒng)中相鄰線路運行異常，極易出現(xiàn)三相短路故障，受到異常故障的影響，導致DG 短路電流數(shù)值增大，同時CB2 速斷保護未啟動。不考慮DG 容量值前提下，必須對DG短路斷流進行調(diào)整：I≤IR。調(diào)整公式包括CB2 電流速斷保護整定值，即IR?；贑B1、CB2 時延特點，以時間為切入點，對CB 速斷保護有效調(diào)整。其間可忽略電流保護過程中可能出現(xiàn)的協(xié)調(diào)性矛盾?；贒G 暫態(tài)電勢，對并網(wǎng)阻抗、運行參數(shù)值等進行計算，并判斷故障類型。如果屬于瞬時性類型，應及時將配電網(wǎng)中重合閘重合，靜待幾分鐘后重啟，配電系統(tǒng)恢復運行。如果屬于永久性類型，則需要利用電流保護，將故障點及時切除，迅速恢復系統(tǒng)運行。如果故障點臨近母線，必須調(diào)整時間延時，即t，并判斷t 與CB1、CB2 動作時間大小，隨后進行過電流保護操作。經(jīng)過故障處理，隨后保證DG 輸送反向短路電流小于CB1/CB2 整定值最小值(Ir)，即I≤Ir。

通過DG 短路斷流調(diào)整、DG 輸送反向短路電流小于CB1/CB2 整定值最小值(Ir)的實現(xiàn)，取得理想的故障處理效果[2]。結合斷路器CB 保護情況，若DG 加入配電網(wǎng)后總故障電流大于未接入DG 的配電網(wǎng)故障電流，并故障點定位配電系統(tǒng)的終端線，證明DG 對配電網(wǎng)相間短路保護為積極影響，可提升配電網(wǎng)保護靈活性。

2.1.2 配電網(wǎng)本線路故障影響

結合DG 接入配電網(wǎng)后，基于重合閘前加速原理，CB2 位置必須與重合閘R 裝置相鄰設置。若CB1、CB2分別加入DG1、DG2，并且DG1 位于配電網(wǎng)終端線路，其間配電網(wǎng)故障發(fā)生于CB2、DG2 位置，那么DG 電流與配電系統(tǒng)電流均經(jīng)過故障點，故障切除必須由CB2完成。故障若屬于永久性類型，那么需借助CB2 過流保護動作保障系統(tǒng)運行安全，具體詳見圖1。

圖1 DG 對配電網(wǎng)線路保護靈敏度的降低影響示意圖

配電網(wǎng)接入DG1、DG2 后，對CB2 保護造成影響，故障電流的提供載體以配電系統(tǒng)為主，并且電流定值不會發(fā)生變化，正因為如此，DG1、DG2 不會影響到CB2保護行為。此外，故障電流不會干擾其他出線保護，故保護動作行為不會發(fā)生變化。因為同時接入DG1、DG2，所以配電系統(tǒng)中CB1 保護動作會受到DG2 接入影響而出現(xiàn)保護誤動。為保證I≤IR1，其中IR1代表DG1接入后CB1 過流保護定值。CB2 發(fā)生跳閘必然會引發(fā)重合閘異常，出現(xiàn)非同期合閘現(xiàn)象，若DG 不能及時將其解列，那么非同期合閘必然會對配電系統(tǒng)、DG 機組造成運行沖擊，以此解列保護動作[3]。因為在重合閘前加速方式的影響下，DG 接入后與配電網(wǎng)保持協(xié)調(diào)性，所以DG1、DG2 與配電網(wǎng)融合，如果CB2 斷開，DG2 隨之斷開，但是不會影響到CB1 的運行。根據(jù)此條件與配電網(wǎng)整定性基本要求，判斷CB1 短路電流與過電流保護整定值大小，若整定值大于短路電流，則符合CB1接入配電網(wǎng)后整定值標準，即Ir1，公式為I≤Ir1。

配電網(wǎng)故障如果定位于DG2、CB1 連接位置，配電網(wǎng)運行故障需借助CB2 電流速斷保護動作操作完成。在此基礎上，應用CB2 銜接的重合閘，對配電網(wǎng)進行重合操作，保證故障迅速解決。結合分布式電源接入配電網(wǎng)運行原理，CB2 保護檢測方面，必然會受到DG2接入影響，檢測靈敏度下降。若干擾因素比較復雜，會增加配電網(wǎng)保護動作拒動風險。DG2 接入配電網(wǎng)，系統(tǒng)運行一旦發(fā)生線路短路問題，最小短路電流I2 在CB2 系統(tǒng)檢測中被鎖定，借此激發(fā)電流速斷保護動作，從而為系統(tǒng)提供故障瞬時切除條件，在此基礎上，保證配電網(wǎng)正常運行。綜合對分布式電源接入配電網(wǎng)與短路故障分析具體情況，發(fā)現(xiàn)DG 接入配電網(wǎng)后若發(fā)生線路末端短路故障，并且以短路電流最小值I2 為前提，得到公式I2≤IR。觀察圖1 可發(fā)現(xiàn)，DG2 接入配電網(wǎng)系統(tǒng)后，不會影響到除與DG2 連接線之外的其他母線出現(xiàn)電流運行，并且對保護動作不會造成威脅。此外，DG1 為CB1 輸送反向短路電流，并保護CB1 正常運行。

如果配電網(wǎng)運行故障定位于DG1、CB1 連接位置，那么故障切斷需借助CB2 保護動作完成，待故障切除后由重合閘加速恢復配電網(wǎng)供電運行。與此同時，因為配電網(wǎng)接入DG2，CB2 故障電流受到影響而減小，CB2 保護靈敏度下降，這種情況下，必須以I2≤IR公式為基礎，對保護動作做出調(diào)整。CB2 不會因為DG1 接入而保護動作異常，并且故障電流不會降低，所以CB1不會受到DG1 的影響。但是，如果DG1 下游發(fā)生短路故障，則需要通過CB2 電流速斷對故障采取切除保護，并迅速恢復配電網(wǎng)供電。

2.1.3 配電網(wǎng)分支線故障影響

配電網(wǎng)分支線故障影響，基于上述DG 接入配電網(wǎng)實況，設計配電網(wǎng)支線與熔斷器協(xié)調(diào)關系示意圖。作為配電網(wǎng)常見保護系統(tǒng)，一旦支線出現(xiàn)運行故障，F(xiàn) 未被損傷的情況下，配電網(wǎng)運行會通過對故障的判斷立即跳閘，并對故障位置定位，以此降低F 被損傷的風險，F(xiàn) 即配電網(wǎng)熔斷器[4]。DG 接入配電網(wǎng)，熔斷器接觸電流量增加，尤其是短路斷流，很大程度上增加了熔斷器熔斷風險。這種情況下，就需要從F 保護角度出發(fā)，增加CB 保護裝置應用安全性與系統(tǒng)運行可靠性，并滿足下述公式條件：

公式中包括配電網(wǎng)發(fā)生速斷保護動作跳閘條件下溶解電流曲線最小電流值，即IF；CB 電流速斷保護整定值，即IR。特別是配電網(wǎng)運行中DG 容量逐漸增加，配電網(wǎng)熔斷器接觸故障電流同樣增加，加快熔斷速度，這種情況下，借助DG 的接入，對熔斷器熔斷矛盾進行緩解，同時保證配電網(wǎng)熔斷器配合關系正常發(fā)揮。

根據(jù)DG 接入配電網(wǎng)后DG 與熔斷器協(xié)調(diào)關系的局部變化，對兩個熔斷器，即F1、F2 變化特點進行觀察，并得到安秒特性。保證DG 容量基礎上，對F1、F2 熔斷風險進行辨別，確保其中一個熔斷器損傷情況下，另一個熔斷器能夠正常運行。為及時消除熔斷器故障，必須對DG短路電流進行限制設定，始終保持短路電流＜IF，這種情況下，調(diào)整F1、F2 溶解參數(shù)值，保證F1 ＞F2，并滿足以下公式條件，即IDG+Isys≤IF，F(xiàn)1 與F2 溶解曲線交叉點為IF。

2.2 DG 接入后兩段保護與重合閘后加速影響分析

配電網(wǎng)接入分布式電源后，還會對重合閘后加速產(chǎn)生影響，從而調(diào)整兩段保護模式。配電網(wǎng)中CB 的設置，必然搭配重合閘裝置，并設定針對性運行保護系統(tǒng)。短路故障的定位與切除，均通過電流保護時間差實現(xiàn)，由此可以看出，CB 與母線距離越近，電流保護時間差值越大[5]。這種情況下，一旦出現(xiàn)配電網(wǎng)相間短路現(xiàn)象，保護裝置會第一時間啟動保護模式，對短路故障精準定位與選擇性阻隔處理，隨后借助重合閘實現(xiàn)配電網(wǎng)供電恢復。DG 接入后，配電網(wǎng)相鄰線路故障的影響，必須遵循保護整定原則，結合重合閘后加速特點，及時切除限過電流對應的故障。判斷配電網(wǎng)中多個保護系統(tǒng)整定時間，科學規(guī)避由DG 接入引起的反向短路電流，造成配電網(wǎng)保護動作誤動。結合相鄰線路故障具體情況對過電流保護及時啟動，借此科學控制定時限過電流保護定值。

本線、轉(zhuǎn)送線路的短路故障影響，核心在于調(diào)節(jié)DG 與重合閘之間的協(xié)調(diào)性。若DG 接入后，配電網(wǎng)運行出現(xiàn)短路電流增加情況，保護系統(tǒng)受到影響而出現(xiàn)靈敏性下降?；谶@種情況，可通過擴大DG 容量，并明確短路電流限制參數(shù)，在此基礎上確定過電流保護整定值，故而延長電流動作時間，形成配電網(wǎng)、保護動系統(tǒng)、DG 穩(wěn)定配合關系，達到故障控制的目的。

3 結論

綜上所述，通過對分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護影響的分析，對分布式電源接入配電網(wǎng)有更全面的認識。目前DG 接入配電網(wǎng)運行系統(tǒng)越來越完善，從多方面減輕配電網(wǎng)運行壓力，幫助配電網(wǎng)突破供電瓶頸。DG 接入后改變了供電系統(tǒng)中的短路電流方向，并增強配電網(wǎng)保護配置功能性。當然，電網(wǎng)實際運行中，因為DG 的接入與配電網(wǎng)一系列調(diào)整，會引發(fā)保護動作靈敏性下降現(xiàn)象。面對這種情況，相關人員應深層次研究配電網(wǎng)相間短路，提高短路電流限制科學性，并設定配電網(wǎng)運行約束條件，對配電網(wǎng)支線與熔斷器協(xié)調(diào)關系科學處理等，在此基礎上更客觀地應對分布式電源對配電網(wǎng)相間短路保護的影響。