關于分布式電源接入對配網繼電保護的影響研究

陳國忠

(國華(通遼)風電有限公司,內蒙古通遼 028000)

關于分布式電源接入對配網繼電保護的影響研究

陳國忠

(國華(通遼)風電有限公司,內蒙古通遼 028000)

介紹常規配網的保護設置和分布式電源接入模式下的保護設置,包括分布式電源接入模式和繼電保護裝置的配置原則。通過對這些模式的研究和探討,以及對配網繼電保護的影響研究,為分布式電源接入到配電網提供了理論依據和合理方案。

分布式電源 配網 繼電保護 影響

隨著新能源發電行業的不斷發展，電網框架問題、就地消納問題、電力調峰問題、電量交易政策問題、省間地方保護、大規模新能源電源點集中布置等問題也在逐漸顯露出來，為了能夠解決這些問題，分布式電源接入電網成為至關重要的事。分布式電源作為發電的一項，能夠解決新能源進一步發展中的一部分問題。本文將分析分布式電源接入配電網對于繼電保護所產生的影響，并從這個影響中探討一種最佳方案。

1 配電網繼電保護的傳統設置方法介紹

我國的配電系統電壓大部分是中低壓配電，且采用較為簡易的單側電源輻射型網絡。一般來說，為了能夠簡單有效地控制和保護系統電路，通常將保護裝置配置在靠近母線饋線斷路器處。對于斷路器處配置的保護裝置，主要是進行三段式電流保護裝置，即電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。對于終端線路來說，通常采用電流速斷保護和定時限過電流保護這兩種方法進行保護，而對于非終端線路來講，則是采用三段式電流保護裝置與其他保護裝置并用的方法進行電流保護。

對于三段式電流保護裝置，其一電流速斷保護，可以切斷電流實現零秒動作，當檢測和判斷線路終端處有短路情況時，能夠躲過線路末端故障產生的最大三相短路電流，適用于不需要與相鄰線路配合的終端線路，但由于其運行方式變化較大，不能夠用于保護整條線路，存在弊端。其二定時限過電流保護需要延時切除故障，通常與上一種方法聯用，能夠彌補電流速斷保護不能保護全線路的缺陷，與其形成完整的保護系統。其三過電流保護動作時限按“階梯型”原則進行整定，動作電流按躲開本線路最大負荷電流進行整定。這三種方法作為傳統繼電保護的設置，存在著諸多不足和弊端，但在適合分布式新能源電源布置建設的地方，這種保護配置使用的普遍需要不斷進行改進。

2 分布式電源的特點和產生影響的原因

2.1 分布式電源的特點

作為新產業的分布式電源，接入配電網進行電能資源保護、改善電網環境，有四大特點：第一：分布式電源不同于一般電源，可以四散分開，這樣就可以靠近用電戶接地消納，節省了長距離輸送的線路費用，也不會在長距離的線路上過多損耗電量。第二：分布式電源具有聯網運行和孤島運行兩種方式。既能提高本身的供電可能性，還能為大電網提供輔助性服務。第三：分布式電源由于其具有隨機性等特點，因其靠近用戶而不集中在一起，這樣就無法聯合在一起檢測其投切時間；第四：分布式電源會受到風力、水力、潮汐等外界條件的影響，不同種類的分布式電源有不一樣的電力輸出容量。分布式電源的特點給傳統的配電網帶來新的問題，需要不斷探索。

2.2 分布式電源接入對繼電保護產生影響的原因

傳統的配電網具有流向單一、輻射性等特點，這就導致了配電網裝置的保護裝置也適應于傳統配電網的模式，如若分布式電源接入電網，配電網的流向將不再單一而是多種多樣，配電網的結構也隨之發生了改變，傳統的保護裝置將不再適用于分布式電源接入下的配電網。傳統的保護裝置以三段式電流保護為主，當發生故障時會及時進行切斷保護，而分布式電源也會因故障而進行短路保護，系統和分布式電源都會向故障點提供短路電流，改變了配電網的節點短路水平，因而影響配電網繼電保護設備的正常運行。分布式電源又因其不確定的特點，造成了電網方向流入不一，保護裝置無從選擇以及配電網運行困難等問題，這些都是分布式電源接入配電網之后，將會對繼電保護措施產生影響的主要原因。

圖1 DG支路接入配網饋線非末端母線時對繼電保護的影響

圖2

3 DG不同接入位置對配網繼電保護的影響

當DG接入到配電網時，對于配電網的結構將產生很大的影響，當發生系統故障時，系統與分布式電源都有可能對線路提供短路電流，導致保護措施進行誤動作，保護系統紊亂。因此分布式電源的接入對繼電保護措施影響很大，當不同的分布式電源接入位置不同時，也會產生不一樣的效果。所以，本文就以不同接入位置為主，簡單介紹在這些情況下，DG接入對于配網繼電保護所產生的影響。

3.1 DG支路接入配網饋線首端

當分布式電源接入在配電網饋線首段A母線處時，并不會對保護線路產生大的影響。因為分布式電源接入在開端時，對于整個線路來講，僅僅是增大了系統的電量容量，而沒有對保護線路產生不一樣的影響。因此在各個線路處發生故障時，分布式電源都不會對保護措施產生影響，所以各個保護裝置和方向元件等都不需要進行改變。

3.2 DG支路接入配網饋線非末端母線

當分布式電源接入配網饋線非末端母線時，在不同的供電區間發生短路時，分布式電源接入對該線路繼電保護配置和整定值都有影響。下面將對四種短路故障進行分析：(圖1）

F1發生故障：如上圖1所示，以安裝在線路首端的保護1為例，當F1點發生故障時，可能對保護1的靈敏度造成影響，保護2、3、4將不會受到任何的影響。原因為：分布式電源DG接入之前，當F1點發生故障時，保護1感受到的故障電流僅由系統S提供，當分布式電源DG接入后，當F1點發生故障時，故障電流不僅由系統S提供，分布式電源DG也會向F1點提供故障電流，而對保護1來說，它能夠感受到的電流僅為系統S提供，因此，DG的接入將起到助增作用，導致保護1的靈敏度降低。并且，當接入的分布式電源DG容量越大，提供給F1的故障電流越多，對保護1的靈敏度影響越大，其動作越緩慢，最嚴重的情況下，可能導致保護1在F1故障時出現拒動。

F2發生故障：當F2發生故障時，保護4并不會受到影響，發揮正常作用，而保護2則在分布式電源流入范圍之內，這就導致保護2線路上流過的電流會明顯地增強。保護2線路上流過的故障電流增強之后，假設這個短路處電流為26．5KA，抗阻1050歐姆，這時保護2的靈敏度就會隨之增強，不僅如此，保護2的保護范圍也會加大，甚至有可能會增長到保護3的范圍之內，擾亂保護3的保護秩序。這樣以后，整個保護系統有可能會發生混亂，同時分布式電源接入容量不斷增大時，更有可能會增強短路電流，造成線路毀壞等問題。分布式電源除了對保護2線路有增強作用，還對保護1線路上的電流存在一定的削弱作用。不同于增強時，有可能導致保護1靈敏度下降，保護范圍縮小，若是影響較大的話，更有可能會導致保護1失去保護作用，整個線路都處于不安定的狀況下，情況嚴重時就會釀成禍端。此時，保護1的限時電流速斷保護就不再能夠作為下游相鄰線路的后備保護措施，而需要另外進行保護裝置的配置。因此需要對保護1，2，3的整定值重新進行修改，而保護1，2，3處繼電保護配置不需重新配置。

F3發生故障：當F3發生故障時，與F2發生故障時一致，對于保護4并不會受到影響，仍發揮正常作用，此時的分布式電源對于下游處線路的故障電流具有增強作用，保護2的靈敏度都會增加，保護范圍隨之擴大。保護2方向感缺失，不再具備選擇性保護能力。對于保護1的電流削弱作用，保護1靈敏度降低，保護范圍縮小，失去保護的作用。在這些方面，F3與F2發生故障時情況幾乎是相同的，所以對于繼電保護的裝置配置不需要進行重新整定，而需要對保護1、2、3的整定值進行重新判定，重新進行選擇。

F4發生故障：當F4發生故障時，保護2、3并不受到影響，仍能發揮其正常作用。而保護1則會受到影響，因其分布式電源提供的反向故障電流而產生誤導，做出錯誤的動作。當分布式電源的電量逐漸增大時，保護1的措施會失去作用，甚至產生反效果，往反方向提供故障電流。在這種情況下，應當在保護1處添加方向元件，構成方向性電流保護。同時，為了加固保護措施，在此處還應當加設一個保護裝置，與方向元件聯用，形成雙重保障。

3.3 DG支路接入配網饋線末端

當分布式電源接入配網饋線末端時，在不同的供電區間發生短路時，分布式電源接入對該線路繼電保護配置和整定值的影響。下面將對四種短路故障進行分析。

F1發生故障：如圖2所示，當F1發生故障時，保護1和保護4應該發揮正常作用，不受到分布式電源的影響。保護2和保護3則會檢測到分布式電源提供的反向故障電流，護能夠感受到的故障電流將增大，保護靈敏度變大，在故障時可能導致保護2、3的誤動作。當分布式電源的電量不斷增大時，保護2、3往反方向提供故障電流，產生反效果，失去保護作用。此時，需要在保護2、3處添加一個方向元件，構成方向性電流保護。同時，為了加固保護措施，在此處還應當加設一個保護裝置，與方向元件聯用，形成雙重保障。除此以外，為了確保發生故障時，系統和分布式電源不會不斷給故障線路提供短路電流，所以需要在AB線路處，特別是靠近B線處增加方向元件和保護裝置，當F1發生故障時，能夠準備報故障，進行故障切斷修復。

F2發生故障：當F2發生故障時，保護2并不會受到影響，發揮正常作用，保護1、2、4不會受到分布式電源的影響，依然能行駛其正確的措施。而保護3線路則會檢測到分布式電源提供的反向故障電流，誤導保護3的動作。當分布式電源的電量不斷增大時，假設此時的電流為66KA，抗阻為550歐姆，那么此時的短路線路電流很大，而保護3卻往反方向提供故障電流，產生反效果，失去保護作用。此時，需要在保護3處添加一個方向元件，構成方向性電流保護。同時，為了加固保護措施，在此處還應當加設一個保護裝置，與方向元件聯用，形成雙重保障。除此以外，為了確保發生故障時，系統和分布式電源不會不斷給故障線路提供短路電流，也為了能夠電源持續進行母線線路的供電，所以需要在BC線路處，特別是靠近C線處增加方向元件和保護裝置，當F2發生故障時，保護2還能正常工作，能夠準備報故障，進行故障切斷修復。

F3發生故障：當F3發生故障時，保護3不會受到分布式電源的影響，發揮正常作用，而且保護1、2、3、4都不會受到分布式電源的影響，能夠維持原有的工作模式。但是為了增加安全起見，為了確保發生故障時，系統和分布式電源不會不斷給故障線路提供短路電流，也為了能夠電源持續進行母線線路的供電，需要在CE線路處，特別是靠近E線處增加方向元件和保護裝置，當F3發生故障時，保護3還能正常工作，能夠準備報故障，進行故障切斷修復。

F4發生故障：當F4發生故障時，保護4并不受到影響，仍能發揮其正常作用。而保護1、2、3則會受到影響，因其分布式電源提供的反向故障電流而產生誤導，做出錯誤的動作。當分布式電源的電量逐漸增大時，假設此時電流為56．5KA，而抗阻卻比較小，那么保護1、2、3的措施會失去作用，甚至產生反效果，往反方向提供故障電流，特別是保護3處，最有可能發生這類問題，需要嚴加提防。在這種情況下，應當在保護1、2、3處添加方向元件，構成方向性電流保護。同時，為了加固保護措施，在此處還應當加設一個保護裝置，與方向元件聯用，形成雙重保障。

4 DG對自動重合閘的影響

在傳統的保護裝置中，除了上文提過的三段式電流保護以外，還有就是自動重合閘類的保護裝置。自動重合閘通常與三段式電流保護并用，在非全電纜線路上起著至關重要的作用。在傳統的電路中，自動重合閘的作用主要是在恢復瞬時性故障線路供電，使用自動重合閘不易對電路產生大沖擊，線路一般都能夠及時恢復供電。而當分布式電源接入到配電網中之后，對自動重合閘產生了很大的影響。主要是有兩方面：第一就是非同期重合閘：當分布式電源與系統分開時，產生的沖擊較大，非同期重合閘無法降低沖擊力度，電流或是電壓過強，就會對線路造成損害，因此帶來的危害不小。第二就是自動供電，分布式電源接入后，在發生故障時，很可能會繼續對故障點進行電流輸送，自動重合閘因此無法關閉，失去作用。所以，分布式電源的并入使得自動重合閘對瞬時性故障恢復產生很大的影響，導致其不能準確進行重合，失去原有的作用。在分布式電源接入的地方，需要安裝低周、低壓解列裝置，并在發生故障之后，及時切斷分布式電源對于故障點的電流輸送，使得自動重合閘能夠在短時間內迅速地進行重合。

5 建模分析

從前文可以得出，當分布式電源接入到配電網的母線中時，分布式電源與接入線路上游的各個供電區的保護裝置都需要進行重新配置，其整定值也需要重新計算，而下游的保護整定值也需要進行重新計算?，F在將以兩個情況為例，建模進行分析。

當分布式電源接入配網末端時，需要在線路前段增加方向元件，構成方向性電流保護。而在線路后段，則需配置三段式電流保護措施，以及方向元件。而對于整定值來說，只需要對線路后半段進行重新修改，前半段不需要修改。當分布式電源接入配網非末端母線時，需要對線路前端和末端進行三段式電流保護，對于中間段則只需配置瞬時電流速斷保護和過電流保護的兩段式電流保護即可。而對于整定值來說，線路前段整定值需重新計算，而線路末端整定值則因保護措施重置而需重新給出。

6 結語

分布式電源作為電力系統發展的前景產業，也依然存在著諸多不足。通過上文的分析，分布式電源接入配電網對其產生的影響，大量電流流入對于繼電保護所產生的影響都不容小覷。通過建模分析來計算最佳方案，對于電網安全運行和分布式電源接入電網都有著重要意義。

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陳國忠(1970—),男,內蒙古通遼人,職稱:副高,研究方向:電氣設備運行與維護。