多电源下配电网继电保护若干问题的探讨

彭灵

(中铁21局电务电化工程公司，甘肃 兰州 730030)



多电源下配电网继电保护若干问题的探讨

彭灵

(中铁21局电务电化工程公司，甘肃 兰州 730030)

典型的放射状链式配电网由于大量电源的接入，使其继电保护及安全自动装置难以正确动作；归纳并分析了多电源的接入对原有的配电网继电保护和安全自动装置运行的存在重要影响的若干问题，探讨了系统电源联络线路保护装置和备自投装置正确的动作逻辑；并在介绍Agent的基础上，搭建解决配网馈线保护装置误动或拒动的简易保护系统架构。

多电源；继电保护；动作逻辑；代理架构

1 引言

分布式电网DG(Distributed Generation)中各类电源大量接入配电网后，致使区域供电系统的网络结构，由无源放射状链式结构变为具有分布中小电源的有源拓扑结构。传统的继电保护定值是在前者的基础上整定的，但由于潮流流向的变化，可能造成继电保护及安全自动装置不能正确动作[1]。因此有必要相应地调整电网的保护系统，讨论其对电网保护的影响及解决方案。

2 多电源并网存在的问题

2.1 分布式电源典型接线方式

目前各类配电网中接入的多电源主要为中小型发电机组(含小水电、风能、光伏等)，一般是通过110kV终端变电站的110kV或10kV母线接入。图(1)为分布式电源在110kV变电站并网的典型接线图，三绕组变压器接线为Y0/Y/△型，S1及S2为大电源系统，互为明备用电源，由进线备自投装置(BZT)完成互投及本站负荷联切，110kV线路L1～L3保护B配置常规距离保护，DG1和DG2为中小上网电源系统，110kV分段断路器正常处于合闸状态，本文以此图为例对其并网存在的问题进行分别讨论，并探讨解决方案。

2.2 对电源备自投装置(BZT)的影响

针对本区域电网分布式电源系统上网运行的规程规定，在任何故障情况下，先断开所有的分布式电源，然后采取原来的保护措施。

典型分布式电源上网系统(如图1)，直配线MN为分布式电源的并网联络线，保护A配置为检线路无压自动重合闸，保护B加装检同期重合闸。并网运行后110kV线路L1处于运行状态，线路L2处于备用状态，当MN上发生瞬时性故障时，保护A和保护B动作跳开DL1和DL2，联络线失去电压，DL1处检线路无压ZCH重合成功，由于分布式电源稳定性较差，按检同期的检定条件DL2处ZCH重合成功的机率很小。

当110kV线路L1发生永久性故障时，需启动进线备自投装置(BZT)，使电源S2系统迅速投入。根据进线备自投装置启动条件可知，母线电压降低同时进线无电流，由于DG1电源并网运行，备自投装置将因电压闭锁而拒动，使得包含DG1的电网与主电网分离，而DG1仍然向所在的独立电网供电，形成孤岛运行。由于孤岛内功率不平衡，分布式电源很快被压垮，系统失去所有负荷，需按调度命令重新逐级手动同期并网运行。

同时上网电源DG1被切除时，必须在保护B DL4动作合闸时间间隔内快速切除，否则会引起分布式电源DG1不同期合闸，产生很大的冲击电流和电磁力矩，造成发电机绕组出现变形和松动，严重时引起发电机轴承断裂。

图1 分布式电源典型接线图

2.3 对联络线保护的影响

如图1所示，并网联络线N侧，保护B配置距离和零序保护，由于分布式电源归算至并网变110kV母线侧的阻抗过大，在最小运行方式下，其提供的短路电流很小，当MN发生故障时，可能使距离保护和零序保护的启动元件难以启动，造成保护B拒动，由此引起下列主要问题：

(1)如果三绕组变压器110kV侧为星型中性点不接地方式运行，保护B拒动使得分布式电源系统变为小电流接地系统，发生单相接地故障后变压器中性点电压升高，变压器长期承受绝缘安全风险。

(2)保护B的拒动使得DL1处的检线路无压重合闸无法启动。如果联络线MN发生的是瞬时性故障，在故障消失后仍然不能恢复系统供电并导致备用电源自动投入无法启动。

(3)变压器中性点配置的过电压保护可能会跳开变压器各侧，DL1自动重合闸启动，重合到空线路上。

2.4 对配网馈线的影响

如图(2)所示，现有配电系统引入DG之后，配电网络线路发生故障时，网络短路电流的大小、流向、分布以及重合闸的动作行为都会受到DG的影响，主要表现如下：

(1)配电网络线路F1发生故障时，DG和系统对故障点提供短路电流，但保护只能检测到系统短路电流，此故障电流比引入DG前小，导致保护的灵敏度降低，严重时甚至拒动。

(2)配电网络系统F2发生故障时，本馈线的保护将检测到DG提供的故障电流，如电流足够大，当保护不经方向闭锁时，将导致保护误动。

(3)配电网络系统F3发生故障时，DG和系统都会对故障点提供短路电流，相邻故障线路的保护检测到的故障电流增大，可能导致其速断保护躲不开线末故障而误动。

图2 10kV系统等效电路图

3 保护装置正确动作分析

3.1 联络线保护配置正确动作分析

图1中分布式电源典型接线系统化简为如图3所示的系统等效接线图，根据上述存在的问题，就联络线MN故障保护动作原理进行分析，探讨正确的动作方案：

根据图3所示，以潮流从Es和ER流向母线M及N为保护正极性。当并网联络线MN上发生瞬时性故障时，两侧保护都检测到电流为正方向，可互发允许信号，两侧断路器跳闸切除故障；若分布式电源提供的短路电流难以达到N侧方向纵联保护动作门槛值，2DL拒绝动作，1DL处检线路无压自动重合闸检测到线路有压，自动重合闸不启动，因此需由N侧根据M侧所发允许信号，由所设弱馈保护通过手跳信号启动本侧断路器跳闸，并联跳高、低压侧上网电源，同时转发允许信号给M侧使对方跳闸。由于2DL不启动重合闸，母线失压。

图3 系统等效电路图

1DL处检线路无压自动重合闸检测到线路无压重合闸重合成功，为线路L2故障提供备投电源。备自投装置检测母线无压，线路L2有压无流，投入系统电源S2，恢复系统电源供电。上网电源DG1、DG2中，保护B及保护A都配有自动同期合闸装置，同期合闸成功，恢复变电站分布式电源恢复并网运行。若主保护拒动，则由后备保护经延时跳开2DL并联跳高、低压侧上网电源，备自投装置启动完成上述相同操作。

3.2 配网馈线故障正确动作分析

根据10kV系统等效(图2)及相关论述，配电网络线路发生故障时，保护装置误动或拒动的根本原因是分布式小电源对故障电流的助增或助减作用。因此，传统的单向梯级式保护是难以适应的，需探索新的保护方法。

3.2.1 Agent简介

代理(Agent)是一种能连续、独立、自主地感知环境并实现其功能的计算单元或软硬件实体[2]。通常Agent具有如下主要特性[3]：

(1)自治性：Agent组成的系统中没有推理和控制的中心，各个Agent直接连接传感器和执行器，自主地完成任务，通过简单的消息传递来通信。

(2)交互性：具有自学习能力，能向上级或同级学习，互相协作。

(3)反应性：能感知外界环境的变化，并做出必要的反应。

(4)主动性：有自己的目标，不是被动地针对环境变化反应，能主动地组织行为实现目标。

在电力系统继电保护应用时，Agent视为分布合作的解决问题的智能节点，作为一个检测单元或一个保护装置，它具备执行任务必需的知识、Agent交互的接口、与环境进行交互的手段，能自治地完成一系列任务，或通过网络与其他Agent的协作来解决问题[4]。

3.2.2 基于Agent的配网保护系统架构

根据Agent的技术功能、特点及分布式上网小电源对配网继电保护的影响，利用Agent系统在多端电源、双回线以及环网等情况下，从网络拓扑中找到故障隔离点。为此，将Agent系统划分为下列几个代理模块：

(1)分布电源代理：含分布式电源设备信息，电功率、电压、电流、频率，连接状态。

(2)客户代理：主要监视重要和非重要负荷的电能消费状态，控制负荷优先级别状态。

(3)控制代理：包括监视系统各间隔电压和频率、断路器状态、故障特征量。线路故障时，本线路Agent根据分布电源代理、客户代理提供的关键信息，及自身检测到的故障特征量，综合判断，快速判别故障类型和故障区，根据故障的严重程度，按照最优方案决定保护的动作方式。

图4 Agent保护系统简易架构图

4 结语

通过详细的分析分布式上网电源对配网典型接线网络中备自投装置、系统电源联络线路保护装置及配网馈线保护装置的影响，提出了系统电源联络线路保护装置和备自投装置正确的动作逻辑；并在介绍Agent的主要特性基础上，搭建解决配网馈线保护装置误动或拒动的简易保护系统架构。

[1] Ackerman T，Anderson G，Seder L.Distributed Generation：a Definition[J].Electric Power System Research，2001，57(6)：195-204.

[2] 盛万兴，杨旭升.多Agent系统及其在电力系统中的应用[M].北京：中国电力出版社，2007.

[3] 陈艳霞，尹项根,等.基于多Agent技术的继电保护系统[J].电力系统自动化，2002，31(7):94-98.

[4] 付闯，叶鲁卿，余刃，等.基于多智能体和人工神经网络的水电厂预知维护系统的研究[J].中国电机工程学报，2005，25(6)：81-87.

[5] 葛耀中，杜兆强，刘浩芳.自适应速断保护的动作性能分析[J].电力系统自动化，2001，25(18).

[6] 黄新华.小发电机组对系统安全的影响及解决措施的探讨[J].电网技术，2002，26(6).

Discussion on Several problems of a Distribution Network Relay Protection for Multiple Power Sources

PENGLing

(China Railway 21st Bureau,Lanzhou 730030,China)

A typical radial distribution network due to a large number of supply chain access,make it difficult to relay protection and automatic safety devices operate correctly,This paper summarizes and analyzes the multiple power of the original distribution network access protection and security several important problems affecting the operation of the automatic device,contact discusses system power line protection devices and device considering the correct action logic;and on the basis of introducing Agent,built to solve the distribution network feeder protection device malfunction or refuse to move simple protection system architecture.

multi power source;relay protection,action logic,communication protocol

1004-289X(2015)04-0009-03

TM71

B

2015-04-20