含分布式电源的配电网保护配置研究

方永毅，赵拥华，王 娜，李 信

(1.国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050051；2.华北电力大学，河北 保定 071003)

含分布式电源的配电网保护配置研究

方永毅1，赵拥华2，王 娜2，李 信1

(1.国网河北省电力公司石家庄供电分公司，石家庄 050051；2.华北电力大学，河北 保定 071003)

介绍传统配电网的继电保护配置情况，针对分布式电源接入配电网后保护配置存在的问题，分析分布式电源接入对三段式电流保护及自动重合闸的影响，提出适用于含分布式电源配电网的保护配置方案，并说明该方案的应用情况。

分布式电源；配电网；保护配置

近年来，分布式电源(Distributed Generation, DG)技术以其独有的环保性和经济性越来越受到人们的广泛应用和关注。DG是指区别于集中发电、距离传输、大互联网络的传统发电形式，其功率在数十千瓦到几十兆瓦范围内，分布在负荷附近的一种清洁能源发电方式。分布式电源的应用对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义，因此，越来越多的学者开始对分布式电源进行分析、研究。按照其并网技术类型可以分为直接与系统相连和通过逆变器与系统相联两大类。由于DG的接入位置不同、容量不同，也会对电网产生不同的影响，如电压稳定，频率稳定，电能质量，有功功率和无功功率控制，继电保护等[1]。以下分析DG接入对配电网继电保护的影响，并找到解决方案，保证保护能够可靠灵敏的动作。

1 传统配电网的继电保护配置

配电网分为高压配电网(35～110 kV)、中压配电网(6～10 kV)和低压配电网(220 V/380 V)。通常所说的配电网是指35 kV及以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站各类用电负荷供给电源，配电网一般采用闭环设计、开环运行，其结构成辐射状。基于配电网的以上特点，目前我国配电网主要采用2种保护配置方案：三段式电流保护和反时限过流保护。

1.1 三段式电流保护

三段式电流保护，即采用瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。其中，电流速断保护按照躲过该线路末端短路时流过保护的最大短路电流整定，瞬时动作切除故障，但不能保护线路全长；定时限电流速断保护按照该线路末端故障时有足够灵敏度并与相邻线路的瞬时电流保护配合的原则整定，能保护该线路全长；过电流保护按照躲过该线路最大负荷电流并与相邻线路过电流保护配合的原则整定，能保护该线路及相邻线路的全长。此外，对于不需要与相邻线路配合的终端线路，电流速断保护按照该线路末端短路有足够灵敏度的原则整定，能保护线路全长。

1.2 反时限过流保护

反时限过电流保护是保护动作时限与被保护线路中短路电流大小相关的一种保护。目前，国内外常用的反时限保护的通用数学模型的基本形式为：

式中：I为故障电流；Ip为保护启动电流；r为常数，取值通常为0～2；k为常数[2]。

反时限过流保护在原理上和很多负载的故障特性相接近，因此保护特性更为优越。短路电流越大，保护的动作时限越短，即近处故障时保护动作时限短，稍远处故障时保护动作时限较短，而远处故障时动作时限较长，该保护可以同时满足速动性和选择性的要求，在配电网继电保护中应用较广泛。

2 DG接入对配电网保护的影响

由于DG的接入，在电源与DG之间的线路变成了双端供电网络，使得配电网的结构以及潮流分布产生了很大的变化，进而对配电网的保护产生了很大的影响。下面分别讨论DG接入对三段式电流保护及自动重合闸的影响。

2.1 DG接入对三段式电流保护的影响

如图1所示，线路中间位置接入DG，系统与DG之间的线路为双端供电线路，其他线路仍然为单端供电线路。显然，故障点不同，DG对配电网保护的影响也将不同。下面针对不同位置的故障进一步分析DG接入对配电网继电保护的影响。

图1 含DG的配电网

a. F1点发生短路故障。当F1点短路时，保护3、5、6均不会感受到短路电流，不会受到影响，而对于保护1来说，虽然因为DG的接入使得短路点的短路电流增大，但是流过保护1的故障电流仍然是仅由系统提供的短路电流，因此保护1不会受到影响，可以可靠切除故障。但对于保护2将会流过由DG提供的短路电流，若DG的容量足够大，将会使保护2动作。

b. F2点发生短路故障。当F2点短路时，保护3、5、6均不会感受到短路电流，不会受到影响，而对于保护1、2来说，虽然因为DG的接入使得短路点的短路电流增大，但是流过保护1的故障电流仍然是仅由系统提供的短路电流，因此保护1不会受到影响，可以可靠切除故障。

c. F3点发生短路故障。当F3点短路时，保护5、6不会感受到短路电流，不会受到影响。而对于保护1、2来说，由于DG的分流作用将使流过保护1、2的故障电流减小，因而会降低保护1、2的灵敏度。当DG容量很大时还有可能会拒动。

d. 其他馈线上F4点、F5点发生短路故障。当F5点发生短路故障时，保护3不会感受到故障电流，不受影响。由于DG的接入，会使得保护1、2流过故障电流注入短路点，因此保护5、6流过的故障电流变大。当DG容量小时，影响较小，但当容量大时会使得保护1、2误动。当F4点发生短路故障时，分析方法与F5点发生短路故障时相同。

2.2 DG接入对自动重合闸的影响

由于DG的接入使得配电网由单端供电变为局部双端供电，必然会对重合闸装置带来影响。DG的接入对自动重合闸的影响主要是会造成故障点持续电弧和非同期重合闸。如图1所示，当F1点发生短路，保护1跳闸切除故障，但是DG仍然会向短路点提供短路电流，造成故障点持续电弧。并且在重合时还会出现非同期重合，因而对电网造成冲击[3]。

3 含DG的配电网保护配置方案

3.1 配电网中有1个DG接入时的保护配置

由于DG的接入使得配电网局部出现了双端供电的情况，如图2所示，系统与DG之间为双端供电，这种情况必然会对保护及其与重合闸的配合有较大的影响。该线路其他部分以及母线的其他馈线仍为单端供电，但由于DG的接入，使得流入保护的电流有不同程度的改变，因此也对保护有一定的影响。

图2 配电网仅有1个DG接入时保护配置

对于系统与DG之间的线路，将这一区域算作是DG的上游区域，在这一部分区域的保护上装设电流差动保护，并且配备“一端检无压，另一端检同期”的重合闸，这样既可以保证保护的可靠动作，同时也可以在保护动作后快速可靠的启动重合闸，及时切除故障，保证供电的可靠性。如图2所示，当F1点发生短路故障时，保护1、2动作切除故障，并且在保护1段装设检无压重合闸，在保护2侧装设检同期重合闸，可靠动作并可靠重合，消除了DG对其的影响[4]。纵联电流差动保护的原理为：

Ir=|I1+I6|>Iunb

Iunb=0.1KstKnpIk.max

正常情况或区外故障时I1=-I6,而在区内故障时，|I1+I6|较大，故而电流差动保护能够可靠动作切出故障。而当在DG退出运行时，如光伏发电在夜间停止供电时，原来的双端供电变为单端供电，此时在区外故障或正常状态时仍为I1=-I6，而在区内故障时，I6=0 ，I1即为系统提供的故障电流，|I1+I6|=|I1|>Iunb，所以保护依然可以可靠动作。在这种情况下，依照“一端检无压，另一端检同期”的重合闸依然能够可靠重合。当母线上其他馈线上的F4点短路时，对于保护5，由于DG的接入，使得在短路时流过的电流变大，保护5可以可靠动作切除故障并进行重合闸，但是当F5点短路时，当DG容量较大，并且线路阻抗较小时，保护4可能会误动，此时就要提高保护4的电流Ⅰ段的定值，但是当DG在夜间退出运行时，由于保护4的定值过大，可能会以损失此时保护4Ⅰ段的保护范围为代价而换取在DG并网运行时保护4的可靠不误动。当DG容量较小，并且线路阻抗较大时，当F5点短路时，DG对保护4注入的电流较小，不会使保护4误动，此时可以不必调整保护4的定值。由于在DG上游区域装设了电流差动保护，因此在F4点、F5点出故障时，对于保护1、2均视为区外故障而不会动作。

DG下游区域的保护配置，对于保护3，DG的接入会使在F3点短路时流过其电流变大，可以可靠动作，并且在DG退运后，就变回到了原有配电网的结构，依然可以可靠动作。

3.2 配电网中有多个DG接入时的保护配置

配电网中有多个DG接入时，其配置办法与仅有1个DG接入时相似，只是将会划分出更多的区域。如图3所示。

图3 配电网中有多个DG接入时保护配置

将DG1的上游作为一个区域，DG1的下游与DG2的上游作为一个区域，这2个区域均为双端供电，故与图2中DG上游区域的保护及重合闸的配置相同，因此，当F1点故障时，保护1、6将会动作切除故障并可靠重合，同理F2故障时保护2、7将会动作并进行重合。当F3点发生短路时，由于DG的作用将会使流过保护3的电流增大，可以可靠动作。对于另一馈线上的保护4、5与仅有1个DG接入配电网时的分析相同。

4 方案应用情况

以石家庄市DG接入情况为例，目前中小型的DG项目大多接入到380 V配网中，例如新乐县的金太阳项目、河北省政协太阳能利用示范项目等，这一类工程的共同点之一即是接入容量较小，当配网故障时，DG提供的短路电流也较小，故而针对这一类DG接入项目的配网保护配置方案大多为通过保护定值的调整以及优化系统侧保护与DG侧保护动作时限的配合来实现配网保护的可靠动作。其中，以三相接入配电网的DG，容量相对较大的，在并网点电压暂降时，其退出对配电网安全稳定运行带来较大影响。因此，要求以三相接入配电网的DG应具备相应的低电压穿越能力，以支撑配电网的可靠运行。

但对于DG容量较大接入电压等级较高的DG接入工程来说，以上提出的保护配置方案应用较为广泛，例如赵县赵州热电有限公司热电联产及节能改造项目中，拟将2台25 MW背压机组通过110 kV电压等级并网。对于这类工程，通过调整定值与动作时限已很难实现保护的可靠动作，该方案经过实践能够很好的解决DG并网后对保护的影响问题，最终该工程的保护配置方案为在DG向电网送电的110 kV输电线路上配置1套微机型光纤电流差动保护，带有完整的阶段式后备保护功能，保护采用专用光纤通道。

5 结论

以上提出了一种DG接入配电网的保护配置方案，并对该方案的可行性进行了论述，分别对仅有1个DG接入配电网和有多个DG接入配电网2种情况进行讨论。通过分析得出，此种保护配置方案可以使保护正确快速的动作并能够迅速重合，使DG对保护的影响降到最低，提高供电的可靠性。并且通过分析实际的DG并网项目，验证了该方案的正确性和适用性。

[1] 吴 靖,江 昊.分布式发电系统的应用及前景[J].农村电气化,2003(7):19-20.

[2] 王 建,李兴源,邱晓燕.含有分布式发电装置的电力系统研究综述[J].电力系统自动化，2005,29(24)：90-97.

[3] 张 超,计建仁,夏 翔.分布式发电对配电网馈线保护的影响[J].继电器,2006,34(13):9-12.

[4] 孙景钌，李永丽，李盛伟，等.含分布式电源配电网保护方案[J].电力系统自动化，2009,33(1):81-84，89.

本文责任编辑：王丽斌

Research on Distribution Network Protection Configuration with Distributed Generation

The protection configuration of the traditional distribution network is introduced,in view of the problem of protection configuration of DG after connecting with distribution network,the influence of three-phase current protection and automatic reclosing by distribution generation is analyzed,apro-tection configuration applies to the distribution network with DG is proposed,and the application of the scheme is described.

distributed generated;distributed network;protection configuration

2013-01-14

方永毅(1980-)，男，工程师，主要从事电力系统继电保护专业管理工作。

TM77

B

1001-9898(2013)04-0014-03