分布式电源的接入对配电网三段式电流保护的影响

程杰　李昕

摘   要：在低压配电网中的保护主要是以三段式电流保护为主，可以快速正确地切除故障。随着分布式电源（Distribution Generator， DG）的接入，传统配电网的保护受到了严重的影响，针对这一问题，分析了DG接入对配电网三段式电流保护的影响，分别讨论了DG上游、下游和相邻馈线发生故障时的情况。

关键词：三段式电流保护  配电网  分布式电源

中图分类号：TM773.1                              文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）03（b）-0016-02

电流保护具备简单、可靠、经济等特点，在大多数的情况下可以迅速地切除故障，在配电网中是最常用的保护方式[1-2]。三段式电流保护分为三段：电流速断保护、限时电流速断保护和定时限过电流保护。随着DG接入配电网，系统的运行方式和潮流的方向也会发生改变，流过保护的电流也会随之变化，此时可能会引起三段式电流保护的拒动或者误动[3]。因此，研究DG接入对配电网三段式电流保护的影响对于配电网继电保护方案的改进与升级具有重要意义[4]。

1  传统配电网三段式电流保护

如图1所示，配电网中的任意点发生了三相或两相短路时，其短路工频周期分量的计算式为：

式中，ES为系统等效电源的相电动势;Zk为短路点到保护安装处之间的阻抗;Zs为系统等效电源到保护安装处之间的阻抗;Kk为短路类型系数。

（1）电流速断保护的整定。

电流速断保护一般只能保护本段线路的一部分，当BC段线路上发生短路故障时，对保护R2来讲，希望其能够瞬时动作，即速断保护的动作时限，则其整定的动作电流要大于母线C上短路时产生的最大短路电流，即大于在最大运行方式下C母线上发生三相短路时的电流值，则保护R2的动作电流为：

引入可靠系数=1.2～1.3是由于非周期分量的影响、实际的短路电流也许会大于计算得到的值、保护实际动作得值可能小于其整定值和相应的裕度的影响等。

（2）限时电流速断保护的整定。

限时电流速断保护在所有情况下都可以保护线路的全长，其保护的范围延伸到相邻的下级线路上，以保护R1为例，为了保证其选择性，其动作时限比下级线路速断保护的动作时限要多一个时间阶梯?t，引入可靠性配合系数，一般取为1.1～1.2，则得到保护R1的动作电流为：

（3）定时限过电流保护的整定。

定时限过电流保护能够作为本段线路主保护拒动时候的近后备保护，也可以作为下级线路主保护拒动或断路器拒动时候的远后备保护，也可以作为过负荷时的保护，其保护出口的动作时间是固定的整定时间。其按照躲过线路正常运行时的最大负荷电流的方法来整定，则其整定电流为：

式中，为可靠系数，通常采用1.15～1.25;Kss为自启动系数，数值大于1，应该由网絡具体接线和负荷性质来确定;Kre为电流继电器的返回系数，通常采用0.85～0.95;为正常运行时的最大负荷电流。

保护R3位于线路的末端，故障时能够瞬时动作，其动作时限即为保护装置固定的动作时间。对保护R2而言，为了保证动作的选择性，可以引入时间阶段?t，通常取?t= 0.5s，则保护R2的动作时间：

以此类推，保护R1的动作时限应该比相邻元件的保护动作时限多一个?t，这样能够充分体现出保护动作的选择性。

2  DG接入对配电网电流保护的影响和仿真分析

分布式电源接入系统之后，处于各个位置的保护会受到不同的影响，因此为了方便研究，可以将系统分为3个区域：DG接入点和系统电源母线之间称为DG上游，馈线末端到DG接入点之间称为DG下游，没有接入DG的那一侧馈线称为相邻馈线[5]。含DG的配电网示意图如图2所示。

（1）DG上游故障。

故障发生在分布式电源的上游时，如图2所示，DG接入母线C处，此时DG的上游也就是AC段区域是双端供电，当BC段线路发生故障F2时，故障点两侧的系统电源和DG同时向故障点提供故障电流，此时对于保护R2而言，无论DG接入与否，其短路时的线路的结构没有发生改变，短路的阻抗也没有变化，它的感应的故障电流仍然只由系统侧提供，所以其故障电流大小不会发生变化，则保护R2仍然会正常动作，不受DG接入的影响。

当AB段线路发生故障F1时，其对应的保护R1感应的故障电流只由系统电源提供，大小不变，所以保护R1会正常动作。但是此时的保护R2会感应到来自DG向故障点提供的反向故障电流，如果感应到的故障电流值大于保护R1的整定值，保护R1将会误动作。

（2）DG下游故障。

故障发生在分布式电源的下游时。如图2所示，此时DG的下游也就是CE段区域是单侧电源供电，当DE段线路发生故障F3时，由系统电源和DG一起向故障点提供短路电流，使得此时流过保护R3和保护R4的电流增大，保护R3和R4的灵敏度也增加了，提高了其保护动作的可靠性，有利于其保护对故障的切除，并且DG离保护越近，其增流的作用越大，保护的灵敏度也会增加。但是若是DG的增流作用过大，使得在发生F3故障时流过保护R3的电流过大，超过其电流整定值的话，保护R3可能会误动作。

（3）DG相邻馈线故障。

故障发生在相邻馈线时，如图2所示，此时相邻馈线AG段区域是单侧电源供电，当FG段线路发生故障F5时，由系统电源和DG一起向故障点提供短路电流，使得此时流过保护R5、R6的电流增大，保护R5和R6的灵敏度也增加了，有利于其保护对故障的切除。但是若是DG的增流作用过大，使得在发生F5故障时流过保护R5的电流过大，超过其电流整定值的话，保护R5可能会误动作。当保护R5的出口处发生故障F4时，流过保护R5的保护电流由系统电源和DG共同提供，流过保护R5的电流会有所增加，保护R5的灵敏度也会有所提高，此时保护R1能够感应到由DG流向故障F4的故障电流，当这个故障电流足够大时，可能会造成保护R1的误动作。

3  结语

本文主要研究分析了DG对配电网三段式电流保护的影响。先就未接入DG时的传统三段式电流保护进行分析，然后再对DG接入对配电网的电流保护的影响进行分析。经分析得出，DG接入之后，处于不同位置的保护会受到不同的影响，其可分为三个区域：DG上游、DG下游和相邻馈线，DG的接入会使其下游和相邻馈线的发生短路故障时的短路电流增加，会增加保护动作的灵敏性，但其短路电流的增加也可能会导致保护的误动作，对于其上游的保护，故障时可能会流过反向的故障电流从而导致保护的误动作。DG的接入会使配电网保护的选择性、灵敏性和可靠性发生一定的变化，有时会造成保护的误动作。

参考文献

[1] 陈健斌.浅析分布式电源对配电网三段式电流保护的影响[J].机电信息，2014（18）.

[2] 鲁宗相，王彩霞，闵勇，等.微电网研究综述[J].电力系统自动化，2007，31（19）：100-107.

[3] 党存禄，吴青峰.分布式电源对配电网电能质量的影响及其改善[J].电力电子技术，2013，47（11）：58-60.

[4] 武星，殷晓刚，宋昕，等.中国微电网技术研究及其应用现状[J].高压电器，2013，49（9）：142-149.

[5] 郭建勇，李瑞生，李献伟.微电网继电保护的研究与应用[J].电力系统保护与控制，2014，42（10）：135-140.