分布式电源接入下的配网故障定位分析

马斌

国网河南省电力公司新乡县供电公司 河南新乡 453000

分布式电源指的是一种功率在10kW-30MW的小型独立电源，在电网运行中具有调峰、提高供电可行性的特点，且具有性价比高、能量利用效率高等优点，因此目前被广泛应用于配网系统中，以此保证供电系统的可靠性和稳定性。虽然分布式电源接入配电网系统中，能够提高供电的可靠性和降低系统的损耗，但是也有其局限性所在，主要是会对配电网的拓扑结构、故障电流大小和方向进行改变，容易引起保护装置误操作的情况，同时还会增加配网故障定位的难度。为此，以下通过建立分布式电源接入配网系统模型，结合电压电流、接入前后等值阻抗变化量的计算依据，以此有效进行配网故障区段的定位[1]。

1 分布式电源接入前故障区段的等值阻抗变化

以10kV配电网线路拓扑结构为例，在接入分布式电源前，通过对其故障区段和非故障区段的等值阻抗进行分析，从而明确分布式电源接入前故障发生前后各线路段的等值阻抗变化。

首先，设10kV配电网系统的线路为S，阻抗为Zs，则各线路段AB、BC、CD、DE的阻抗分别是Z1、Z2、Z3、Z4，E为下游线路等值阻抗ZE，短路过度电阻为Rg。

其次，以BC线路为故障区段，并对非故障区段CD进行分析检测，以此获得等值阻抗。在正常运行的情况下，设B处保护测量的电压和电流分别为UB、IB，故障前B点的等值阻抗为：ZB=UB/IB；发生故障后B处保护测量的电压和电流为U’B、I’B，故障后Z’B=U’B/I’B，且无论故障点是在BC的首段还是末端，，因此根据B点故障前后的电压电流对比其等值阻抗大小可得：，即在BC段故障发生之后，等值阻抗沿着B点向线路下游逐渐变小。

最后，由于C点在故障点B的下游，沿着C点向线路下游进行观测，等值阻抗基本没有变化，因此可获得结论：在线路故障发生后，故障区段的等值阻抗会变小，而非故障区段的等值阻抗基本不变。

2 分布式电源接入后故障区段的等值阻抗变化

将分布式电源接入配电网系统后，对发生故障的区段的等值阻抗变化进行测量，需要考虑两种情况，一种是分布式电源位于故障点的上游，另一种是分布式电源位于故障点的下游[2]。

2.1 分布式电源位于故障点的上游

首先，仍是以10kV配网线路为例，在C点接入分布式电源，此时AC线路段成为双电源供电方式，其与线路保持单一电源供电方式不变。

其次，在分布式电源位于故障点上游时，需要考虑继电保护装置的整定情况，为了确保电流断路保护动作的选择性，应保证B点的保护整定动作电流大于C点的最大短路电流，这样一旦CD区段出现故障，则C点作保护动作，而B点不作保护动作。

最后，对分布式电源位于故障点上游时故障区段的等值阻抗变化进行测量。由于是在C点接入分布式电源，因此在C点的下游电流主要是由分布式电源和系统电源两个部分提供，即，则在CD段发生故障后，分布式电源并不会对C2处的短路电流产生影响，因此 。因为B点的保护整定动作电流大于C点的最大短路电流，所以非故障区段BC的电流值要比B点保护整定值小，通过此方法可区分出故障区段和非故障区段。

2.2 分布式电源位于故障点下游

首先，在C点接入分布式电源，设BC段为故障区段，则C点的分布式电源仍然为故障点提供电流。同时，通过上述可得知，无论故障点是在BC段的首段还是末端，此时B点的电压和电流主要是由系统电源提供，接入的分布式电源并不会对B点的电压电流产生影响。

其次，设分布式电源阻抗为ZDC，则BC段的C1处在正常运行和故障后测量的电压和电流分别是UC1、UC2和U’C1、U’C2，故障前后C点的等值阻抗分别是ZC1=UC1/UC2、Z’C1=U’C1/U’C2。

最后，由于BC段为双电源供电，因此无论故障点是在BC区段的首段还是末端，故障前后的电流电压等值阻抗大小关系为：，因此从C点向线路下游看去，CD段、DE段等非故障区段的等值阻抗基本没有发生变化。

3 分布式电源接入后配网系统故障定位分析

基于上述10kV配网在接入分布式电源前后的故障区段等值阻抗变化量分析结果可得知，可根据各个检测点的等值阻抗变化量大小差异进行故障区段的识别，且并不会受到分布式电源输出电流的影响，只需要对故障区段和非故障区段的等值阻抗变化量值进行计算，便可完成故障定位工作[3]。另外，在分布式电源接入配网系统后，需要考虑在不同故障条件下各检测点的等值阻抗变化量，如果是发生三相接地故障，则分布式电源接入前后对故障区段的电压电流及阻抗值影响为以下几点：

在分布式电源未接入之前，设BC段发生三相对称短路故障，此时B点电压会有所降低，而电流反之增大，从B点向线路下游看去等值阻抗值也会变小。C点下游电压电流及等值阻抗不变。

在C点接入分布式电源后，正常运行情况下，各检测点电压电流会随着分布式电源输出电流增大而增大。

在C点接入分布式电源后，BC段处于三相接地故障情况下，故障区段的B和C1两个检测点的电压会减小，并且故障产生的部分电流会被分布式电源吸收，随着分布式电源输出电流的增大，吸流效果更明显，此时线路的电流就会变小，等值阻抗也会相比较故障前更小。

由于分布式电源位于故障点下游时，此时经故障点上游保护电流变小，所以可能会导致现有的保护不适用。针对这一情况，可借助上述判断对区段首段等值阻抗大小的关系进行故障区段的判断。