分布式發(fā)電在配電網(wǎng)繼電保護(hù)中的作用研究

盧春萍

摘 要：隨著可再生能源的日趨緊張，國家大力鼓勵使用可再生資源發(fā)電，由于可再生能源裝機(jī)規(guī)模小，較為分散，只能用作分布式發(fā)電。分布式發(fā)電給國家電網(wǎng)帶來重大變革，也對電網(wǎng)的運(yùn)行控制帶來影響。文章主要探討分布式發(fā)電機(jī)對電網(wǎng)中繼電器保護(hù)的影響，并提出相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電；可再生能源；電力運(yùn)行與控制；繼電器保護(hù)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）14-0075-02

隨著集中供電暴露出來的投資大、建站周期長、調(diào)節(jié)不靈活、停電影響范圍大、環(huán)境污染大的缺點(diǎn)日益凸顯，國家開始重視分布式發(fā)電的發(fā)展，從2012年后半年，我國政府先后出臺了一系列分布式發(fā)電方面的政策，如2013年11月國家能源局發(fā)布《關(guān)于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目管理暫行辦法的通知》，首次針對居民分布式提出了針對個人利用自有住宅在住宅區(qū)域內(nèi)建設(shè)的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，鼓勵“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的政策，并給予0.42元每度電的補(bǔ)貼，期限20年。2013年12月9日國家能源局又發(fā)布了《光伏發(fā)電運(yùn)營監(jiān)管暫行辦法》，規(guī)定電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)光伏發(fā)電項(xiàng)目的上網(wǎng)電量，隨后又公布了《分布式電源并網(wǎng)意見和規(guī)范》。

1 分布式發(fā)電的概述

1.1 分布式發(fā)電的概念

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG），是在用戶現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配置較小的發(fā)電機(jī)（35 kW以下），滿足局部用戶的使用，也可以并入國家電網(wǎng)，電網(wǎng)公司提供補(bǔ)助電量和補(bǔ)助資金結(jié)算服務(wù)。

1.2 分布式發(fā)電的分類

分布式發(fā)電形式有小水電、燃料電池、地?zé)岚l(fā)電、光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、生物能發(fā)電、潮汐發(fā)電等。其中燃?xì)獍l(fā)電、小型水電、太陽能熱發(fā)電、生物能發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、潮汐發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電（交流電機(jī)），輸出交流電，可以直接并網(wǎng)；風(fēng)力發(fā)電（直流發(fā)電機(jī)）、燃料電池、光伏電池輸出的為直流電壓，需要經(jīng)過逆變器變?yōu)榻涣鞑拍懿⒕W(wǎng)。

1.3 分布式發(fā)電的特點(diǎn)

1.3.1 節(jié)能環(huán)保投，能量利用效率高

分布式發(fā)電利用太陽能、風(fēng)能、水的勢能和動能、生物能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉矗鍧嵀h(huán)保，且發(fā)電只供給附近局部用戶，電路損失能量小。提高電網(wǎng)的可靠性，當(dāng)集中供電電網(wǎng)發(fā)生故障時，立即斷開電網(wǎng)，由分布式發(fā)電獨(dú)立進(jìn)行局部供電，避免大規(guī)模停電事故，提高電網(wǎng)的安全可靠性。當(dāng)用戶用電出現(xiàn)故障時，立即與用戶斷開，減少對用戶的干擾。

1.3.2 投資小，風(fēng)險小，受益周期長

分布式發(fā)電由于發(fā)電規(guī)模小，投資小，易維護(hù)，運(yùn)營成本低。國家出臺了用于光伏發(fā)電的政策，光伏發(fā)電補(bǔ)貼0.42元，且補(bǔ)貼期為20，投資風(fēng)險小，受益周期長。

2 國內(nèi)分布式發(fā)電狀況

國內(nèi)分布式發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀我國分布式發(fā)電始于小水電自發(fā)自供，近年來，天然氣和新能源分布式發(fā)電才開始起步。根據(jù)中國城市燃?xì)鈪f(xié)會分布式能源專委會統(tǒng)計(jì)，截至2011年全國天然氣分布式能源項(xiàng)目總裝機(jī)容量近100萬 kV，主要分布在北京、上海和廣州等大城市的醫(yī)院、賓館、寫字樓和大學(xué)城等公共建筑。分布式光伏發(fā)電是2009年在光伏電站特許權(quán)招標(biāo)項(xiàng)目和金太陽示范工程的帶動下迅速發(fā)展起來的，到2013年底，分布式光伏累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到約200萬 kW，其中2013年新增分布式光伏約100萬 kW。國家能源局還推動了分散式接入風(fēng)電開發(fā)，在110 kV及以下電壓等級就近接入風(fēng)電機(jī)組，所發(fā)電力不考慮升壓外送，從試點(diǎn)效果看，可以有效提高風(fēng)電利用小時數(shù)。生物質(zhì)發(fā)電普遍規(guī)模較小，具備分布式特征。截至2013年底，全國生物質(zhì)直燃發(fā)電裝機(jī)850萬 kW，但大多作為發(fā)電廠運(yùn)行。

3 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

3.1 對三段式電流保護(hù)的影響

三段式電流是指瞬時電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)和定時限電流速斷。電力系統(tǒng)的線路或元件發(fā)生故障時，故障點(diǎn)越靠近電源，短路電流越大，利用這一特點(diǎn)，可構(gòu)成電流保護(hù)。電流速斷保護(hù)指電流發(fā)生變化，超過預(yù)先設(shè)置的保護(hù)定值范圍時而瞬間動作的電流保護(hù)。它的保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響較大，不可能保護(hù)線路的全長。所以為了保護(hù)線路全長，通常采用略帶時限的電流速斷與相鄰線路的速斷保護(hù)相配合，其保護(hù)范圍包括本線路的全部和相鄰線路的一部分，其時限比相鄰線路的速斷保護(hù)大△t；電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)可構(gòu)成線路的主保護(hù)。

過流保護(hù)是按躲開最大負(fù)荷電流來整定的一種保護(hù)裝置，可作為本線路和相鄰線路的后備保護(hù)，定時限過流保護(hù)的動作時限比相鄰線路的動作時限均大至少一個△t。以上三種保護(hù)組合在一起，構(gòu)成階段式電流保護(hù)。具體應(yīng)用時，只采用電流速斷保護(hù)和限時電流速斷保護(hù)，或限時電流速斷保護(hù)和定時限過流保護(hù)的方式，也可三者同時采用。

DG接入配電系統(tǒng)后，電網(wǎng)線路發(fā)生故障時，將會影響配電網(wǎng)中電流的大小、分布、流向、相位以及斷電動作，接入的位置不同，影響效果不同，流過保護(hù)裝置的電流可能增大或減小。若分布式發(fā)電接入點(diǎn)下游發(fā)生故障時，DG提供的電流負(fù)向流入檢測系統(tǒng)，而傳統(tǒng)電網(wǎng)的電流檢測元件不具備電流方向性檢測，對流入繼電器的故障電流和DG流入電流相加，當(dāng)故障電流超過繼電器的整定值時，過電流保護(hù)器動作，且DG的容量越大對過電流保護(hù)器靈敏度的影響越大。若分布電流上游發(fā)生故障時，DG起到分流作用，降低過電流保護(hù)器的靈敏度。通過以上分析，DG接入配電系統(tǒng)，DG下游發(fā)生短路故障，電網(wǎng)和DG都會向短路點(diǎn)提供電流，提高了電流繼電器的靈敏度，當(dāng)DG的容量足夠大時可能導(dǎo)致電流保護(hù)器的誤動；DG上游發(fā)生短路故障時，由于DG分流的影響，降低三段電流保護(hù)的靈敏度，當(dāng)DG容量足夠大時，可能產(chǎn)生拒動。

3.2 對反時限過流保護(hù)的影響

反時限過流保護(hù)指同一線路不同地點(diǎn)的短路時，由于短路電流不同，保護(hù)具有不同的動作的時限，不同接入點(diǎn)的繼電器都具有相同的特性曲線，其動作時間與故障電流為單調(diào)遞減函數(shù)，在線路靠近電源端短路電流較大，動作時間較短。當(dāng)DG接入后，DG下游故障時，DG上游線路電流因短路繼電器動作時間增長，下游線路反限時動作時間縮短；當(dāng)DG上游線路故障時，DG上游線路因電流短路繼電器動作時間增長，下游線路反限時繼電器動作時間縮短。

3.3 對距離保護(hù)的影響

距離保護(hù)是指反應(yīng)故障點(diǎn)至保護(hù)安裝處之間的距離，并根據(jù)該距離的大小確定動作時限的一種繼電保護(hù)裝置。距離保護(hù)由啟動元件、方向元件、測量元件（線路電壓、電流）、和執(zhí)行元件組成，當(dāng)DG接入后，其上游增加了一個分支，DG接入位置不變時，增大DG的容量時，上游保護(hù)處測量的阻抗也增加，下游的阻抗不變；當(dāng)DG容量不變，改變DG接入位置時，上游繼電器的靈敏度提高或降低，下游繼電器的靈敏度保持不變。

3.4 對自動重合閘的影響

在電力系統(tǒng)的故障中，輸電線路是發(fā)生故障幾率最多的元件，約占電力系統(tǒng)的90%，大多數(shù)是瞬時性故障，約占輸電線路故障的90%，而永久性故障約占10%。自動合閘是當(dāng)輸電線路跳閘或輸電線路故障由繼電器保護(hù)裝置動作使開關(guān)切除故障點(diǎn)，將斷路器按需要自動合閘投入，從而恢復(fù)線送電安全的自動裝置。當(dāng)DG接入配電系統(tǒng)后，當(dāng)電路發(fā)生故障后，如果DG沒從配電網(wǎng)中切除，就會繼續(xù)對故障點(diǎn)供電，從而延長故障點(diǎn)的游離時間，可能造成重合閘失敗。

4 降低分布式發(fā)電在配電網(wǎng)繼電保護(hù)中影響的對策

4.1 對三段式電流保護(hù)影響的對策

盡量把DG接入線路的末端，增大DG到相鄰線路保護(hù)電氣的距離，減少DG下游受影響保護(hù)器的數(shù)量，并在DG上游安裝方向元件，使DG上游線路故障時不產(chǎn)生誤動，同時對DG上游元件效驗(yàn)，確保接上DG后的靈敏度仍能滿足要求。分布式發(fā)電選擇入網(wǎng)方式時，優(yōu)先考慮逆變?nèi)刖W(wǎng)，減小對對電流保護(hù)的影響。由于分布式發(fā)電通常采用同步電機(jī)、異步電機(jī)或光伏發(fā)電，尤其是光伏和風(fēng)力發(fā)電受光照強(qiáng)度和風(fēng)的大小影響，發(fā)電不穩(wěn)定、具有一定的間歇性，造成電力體統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜和電路故障多變，需要投入新型、智能的電流保護(hù)電氣元件。

4.2 降低DG對反時限過流保護(hù)影響的對策

由于反時限電流保護(hù)，繼電器的動作時間是與電流有關(guān)的遞減函數(shù)，線路發(fā)生故障時，流過上級的故障電流不大于流過下級的電流，上級繼電器的動作時間比下級的時間長，上下級繼電器的保護(hù)仍然滿足要求，DG是否接入幾乎不影響反時限過電流保護(hù)器的工作，但為防止DG上游保護(hù)因方向電流而誤動，要為反時限過流加裝方向元件。

4.3 降低DG對距離保護(hù)影響的對策

長短線配合使用，調(diào)整繼電器的靈敏度，當(dāng)線路距離較短時，承受過度電阻的能力大大下降，通過使用多邊形距離繼電器來，可以有效提高抗過度電阻的能力，減小短路點(diǎn)過度電阻對測量阻抗的影響。

4.4 降低DG對自動重合閘影響的對策

為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)發(fā)生短路故障時，繼電器斷開，立即啟動修復(fù)措施，故障排除后啟動重合閘，DG必須在重合閘前退出電網(wǎng)。為保證重合閘不受DG接入的影響，需要延長重合閘的整定時間，如果是瞬時性故障，設(shè)定故障點(diǎn)有足夠的游離時間，使保護(hù)器有選擇動作，同時投入檢無壓同期功能，檢測重合閘前故障是否消失，重合閘后即可恢復(fù)正常供電，如果是永久性故障，在重合閘前檢測故障是否消失，如果整定時間內(nèi)故障不消失，則發(fā)出閉鎖信號，閉鎖DG側(cè)的重合閘，確保故障不損壞DG廠商。

5 結(jié) 語

綜上所述，文章簡述了分布式發(fā)電的特點(diǎn)，以及國內(nèi)外分布式發(fā)電的概況，詳細(xì)分析了DG對三段式電流保護(hù)、反限流保護(hù)、距離保護(hù)和自動重合閘的影響，并提出降低分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的有效措施。

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