关于分布式电源接入对配网继电保护的影响研究

2014-12-11陈国忠

中国科技纵横 2014年18期

关键词：保护装置继电保护短路

陈国忠

(国华(通辽)风电有限公司,内蒙古通辽 028000)

关于分布式电源接入对配网继电保护的影响研究

陈国忠

(国华(通辽)风电有限公司,内蒙古通辽 028000)

介绍常规配网的保护设置和分布式电源接入模式下的保护设置,包括分布式电源接入模式和继电保护装置的配置原则。通过对这些模式的研究和探讨,以及对配网继电保护的影响研究,为分布式电源接入到配电网提供了理论依据和合理方案。

分布式电源配网继电保护影响

随着新能源发电行业的不断发展，电网框架问题、就地消纳问题、电力调峰问题、电量交易政策问题、省间地方保护、大规模新能源电源点集中布置等问题也在逐渐显露出来，为了能够解决这些问题，分布式电源接入电网成为至关重要的事。分布式电源作为发电的一项，能够解决新能源进一步发展中的一部分问题。本文将分析分布式电源接入配电网对于继电保护所产生的影响，并从这个影响中探讨一种最佳方案。

1 配电网继电保护的传统设置方法介绍

我国的配电系统电压大部分是中低压配电，且采用较为简易的单侧电源辐射型网络。一般来说，为了能够简单有效地控制和保护系统电路，通常将保护装置配置在靠近母线馈线断路器处。对于断路器处配置的保护装置，主要是进行三段式电流保护装置，即电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。对于终端线路来说，通常采用电流速断保护和定时限过电流保护这两种方法进行保护，而对于非终端线路来讲，则是采用三段式电流保护装置与其他保护装置并用的方法进行电流保护。

对于三段式电流保护装置，其一电流速断保护，可以切断电流实现零秒动作，当检测和判断线路终端处有短路情况时，能够躲过线路末端故障产生的最大三相短路电流，适用于不需要与相邻线路配合的终端线路，但由于其运行方式变化较大，不能够用于保护整条线路，存在弊端。其二定时限过电流保护需要延时切除故障，通常与上一种方法联用，能够弥补电流速断保护不能保护全线路的缺陷，与其形成完整的保护系统。其三过电流保护动作时限按“阶梯型”原则进行整定，动作电流按躲开本线路最大负荷电流进行整定。这三种方法作为传统继电保护的设置，存在着诸多不足和弊端，但在适合分布式新能源电源布置建设的地方，这种保护配置使用的普遍需要不断进行改进。

2 分布式电源的特点和产生影响的原因

2.1 分布式电源的特点

作为新产业的分布式电源，接入配电网进行电能资源保护、改善电网环境，有四大特点：第一：分布式电源不同于一般电源，可以四散分开，这样就可以靠近用电户接地消纳，节省了长距离输送的线路费用，也不会在长距离的线路上过多损耗电量。第二：分布式电源具有联网运行和孤岛运行两种方式。既能提高本身的供电可能性，还能为大电网提供辅助性服务。第三：分布式电源由于其具有随机性等特点，因其靠近用户而不集中在一起，这样就无法联合在一起检测其投切时间；第四：分布式电源会受到风力、水力、潮汐等外界条件的影响，不同种类的分布式电源有不一样的电力输出容量。分布式电源的特点给传统的配电网带来新的问题，需要不断探索。

2.2 分布式电源接入对继电保护产生影响的原因

传统的配电网具有流向单一、辐射性等特点，这就导致了配电网装置的保护装置也适应于传统配电网的模式，如若分布式电源接入电网，配电网的流向将不再单一而是多种多样，配电网的结构也随之发生了改变，传统的保护装置将不再适用于分布式电源接入下的配电网。传统的保护装置以三段式电流保护为主，当发生故障时会及时进行切断保护，而分布式电源也会因故障而进行短路保护，系统和分布式电源都会向故障点提供短路电流，改变了配电网的节点短路水平，因而影响配电网继电保护设备的正常运行。分布式电源又因其不确定的特点，造成了电网方向流入不一，保护装置无从选择以及配电网运行困难等问题，这些都是分布式电源接入配电网之后，将会对继电保护措施产生影响的主要原因。

图1 DG支路接入配网馈线非末端母线时对继电保护的影响

图2

3 DG不同接入位置对配网继电保护的影响

当DG接入到配电网时，对于配电网的结构将产生很大的影响，当发生系统故障时，系统与分布式电源都有可能对线路提供短路电流，导致保护措施进行误动作，保护系统紊乱。因此分布式电源的接入对继电保护措施影响很大，当不同的分布式电源接入位置不同时，也会产生不一样的效果。所以，本文就以不同接入位置为主，简单介绍在这些情况下，DG接入对于配网继电保护所产生的影响。

3.1 DG支路接入配网馈线首端

当分布式电源接入在配电网馈线首段A母线处时，并不会对保护线路产生大的影响。因为分布式电源接入在开端时，对于整个线路来讲，仅仅是增大了系统的电量容量，而没有对保护线路产生不一样的影响。因此在各个线路处发生故障时，分布式电源都不会对保护措施产生影响，所以各个保护装置和方向元件等都不需要进行改变。

3.2 DG支路接入配网馈线非末端母线

当分布式电源接入配网馈线非末端母线时，在不同的供电区间发生短路时，分布式电源接入对该线路继电保护配置和整定值都有影响。下面将对四种短路故障进行分析：(图1）

F1发生故障：如上图1所示，以安装在线路首端的保护1为例，当F1点发生故障时，可能对保护1的灵敏度造成影响，保护2、3、4将不会受到任何的影响。原因为：分布式电源DG接入之前，当F1点发生故障时，保护1感受到的故障电流仅由系统S提供，当分布式电源DG接入后，当F1点发生故障时，故障电流不仅由系统S提供，分布式电源DG也会向F1点提供故障电流，而对保护1来说，它能够感受到的电流仅为系统S提供，因此，DG的接入将起到助增作用，导致保护1的灵敏度降低。并且，当接入的分布式电源DG容量越大，提供给F1的故障电流越多，对保护1的灵敏度影响越大，其动作越缓慢，最严重的情况下，可能导致保护1在F1故障时出现拒动。

F2发生故障：当F2发生故障时，保护4并不会受到影响，发挥正常作用，而保护2则在分布式电源流入范围之内，这就导致保护2线路上流过的电流会明显地增强。保护2线路上流过的故障电流增强之后，假设这个短路处电流为26．5KA，抗阻1050欧姆，这时保护2的灵敏度就会随之增强，不仅如此，保护2的保护范围也会加大，甚至有可能会增长到保护3的范围之内，扰乱保护3的保护秩序。这样以后，整个保护系统有可能会发生混乱，同时分布式电源接入容量不断增大时，更有可能会增强短路电流，造成线路毁坏等问题。分布式电源除了对保护2线路有增强作用，还对保护1线路上的电流存在一定的削弱作用。不同于增强时，有可能导致保护1灵敏度下降，保护范围缩小，若是影响较大的话，更有可能会导致保护1失去保护作用，整个线路都处于不安定的状况下，情况严重时就会酿成祸端。此时，保护1的限时电流速断保护就不再能够作为下游相邻线路的后备保护措施，而需要另外进行保护装置的配置。因此需要对保护1，2，3的整定值重新进行修改，而保护1，2，3处继电保护配置不需重新配置。

F3发生故障：当F3发生故障时，与F2发生故障时一致，对于保护4并不会受到影响，仍发挥正常作用，此时的分布式电源对于下游处线路的故障电流具有增强作用，保护2的灵敏度都会增加，保护范围随之扩大。保护2方向感缺失，不再具备选择性保护能力。对于保护1的电流削弱作用，保护1灵敏度降低，保护范围缩小，失去保护的作用。在这些方面，F3与F2发生故障时情况几乎是相同的，所以对于继电保护的装置配置不需要进行重新整定，而需要对保护1、2、3的整定值进行重新判定，重新进行选择。

F4发生故障：当F4发生故障时，保护2、3并不受到影响，仍能发挥其正常作用。而保护1则会受到影响，因其分布式电源提供的反向故障电流而产生误导，做出错误的动作。当分布式电源的电量逐渐增大时，保护1的措施会失去作用，甚至产生反效果，往反方向提供故障电流。在这种情况下，应当在保护1处添加方向元件，构成方向性电流保护。同时，为了加固保护措施，在此处还应当加设一个保护装置，与方向元件联用，形成双重保障。

3.3 DG支路接入配网馈线末端

当分布式电源接入配网馈线末端时，在不同的供电区间发生短路时，分布式电源接入对该线路继电保护配置和整定值的影响。下面将对四种短路故障进行分析。

F1发生故障：如图2所示，当F1发生故障时，保护1和保护4应该发挥正常作用，不受到分布式电源的影响。保护2和保护3则会检测到分布式电源提供的反向故障电流，护能够感受到的故障电流将增大，保护灵敏度变大，在故障时可能导致保护2、3的误动作。当分布式电源的电量不断增大时，保护2、3往反方向提供故障电流，产生反效果，失去保护作用。此时，需要在保护2、3处添加一个方向元件，构成方向性电流保护。同时，为了加固保护措施，在此处还应当加设一个保护装置，与方向元件联用，形成双重保障。除此以外，为了确保发生故障时，系统和分布式电源不会不断给故障线路提供短路电流，所以需要在AB线路处，特别是靠近B线处增加方向元件和保护装置，当F1发生故障时，能够准备报故障，进行故障切断修复。

F2发生故障：当F2发生故障时，保护2并不会受到影响，发挥正常作用，保护1、2、4不会受到分布式电源的影响，依然能行驶其正确的措施。而保护3线路则会检测到分布式电源提供的反向故障电流，误导保护3的动作。当分布式电源的电量不断增大时，假设此时的电流为66KA，抗阻为550欧姆，那么此时的短路线路电流很大，而保护3却往反方向提供故障电流，产生反效果，失去保护作用。此时，需要在保护3处添加一个方向元件，构成方向性电流保护。同时，为了加固保护措施，在此处还应当加设一个保护装置，与方向元件联用，形成双重保障。除此以外，为了确保发生故障时，系统和分布式电源不会不断给故障线路提供短路电流，也为了能够电源持续进行母线线路的供电，所以需要在BC线路处，特别是靠近C线处增加方向元件和保护装置，当F2发生故障时，保护2还能正常工作，能够准备报故障，进行故障切断修复。

F3发生故障：当F3发生故障时，保护3不会受到分布式电源的影响，发挥正常作用，而且保护1、2、3、4都不会受到分布式电源的影响，能够维持原有的工作模式。但是为了增加安全起见，为了确保发生故障时，系统和分布式电源不会不断给故障线路提供短路电流，也为了能够电源持续进行母线线路的供电，需要在CE线路处，特别是靠近E线处增加方向元件和保护装置，当F3发生故障时，保护3还能正常工作，能够准备报故障，进行故障切断修复。

F4发生故障：当F4发生故障时，保护4并不受到影响，仍能发挥其正常作用。而保护1、2、3则会受到影响，因其分布式电源提供的反向故障电流而产生误导，做出错误的动作。当分布式电源的电量逐渐增大时，假设此时电流为56．5KA，而抗阻却比较小，那么保护1、2、3的措施会失去作用，甚至产生反效果，往反方向提供故障电流，特别是保护3处，最有可能发生这类问题，需要严加提防。在这种情况下，应当在保护1、2、3处添加方向元件，构成方向性电流保护。同时，为了加固保护措施，在此处还应当加设一个保护装置，与方向元件联用，形成双重保障。

4 DG对自动重合闸的影响

在传统的保护装置中，除了上文提过的三段式电流保护以外，还有就是自动重合闸类的保护装置。自动重合闸通常与三段式电流保护并用，在非全电缆线路上起着至关重要的作用。在传统的电路中，自动重合闸的作用主要是在恢复瞬时性故障线路供电，使用自动重合闸不易对电路产生大冲击，线路一般都能够及时恢复供电。而当分布式电源接入到配电网中之后，对自动重合闸产生了很大的影响。主要是有两方面：第一就是非同期重合闸：当分布式电源与系统分开时，产生的冲击较大，非同期重合闸无法降低冲击力度，电流或是电压过强，就会对线路造成损害，因此带来的危害不小。第二就是自动供电，分布式电源接入后，在发生故障时，很可能会继续对故障点进行电流输送，自动重合闸因此无法关闭，失去作用。所以，分布式电源的并入使得自动重合闸对瞬时性故障恢复产生很大的影响，导致其不能准确进行重合，失去原有的作用。在分布式电源接入的地方，需要安装低周、低压解列装置，并在发生故障之后，及时切断分布式电源对于故障点的电流输送，使得自动重合闸能够在短时间内迅速地进行重合。

5 建模分析

从前文可以得出，当分布式电源接入到配电网的母线中时，分布式电源与接入线路上游的各个供电区的保护装置都需要进行重新配置，其整定值也需要重新计算，而下游的保护整定值也需要进行重新计算。现在将以两个情况为例，建模进行分析。

当分布式电源接入配网末端时，需要在线路前段增加方向元件，构成方向性电流保护。而在线路后段，则需配置三段式电流保护措施，以及方向元件。而对于整定值来说，只需要对线路后半段进行重新修改，前半段不需要修改。当分布式电源接入配网非末端母线时，需要对线路前端和末端进行三段式电流保护，对于中间段则只需配置瞬时电流速断保护和过电流保护的两段式电流保护即可。而对于整定值来说，线路前段整定值需重新计算，而线路末端整定值则因保护措施重置而需重新给出。