分布式電源對電網繼電保護的影響及對策

張靜芳

(廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516003)

0 引言

近年來，隨著傳統電源的發展面臨越來越大的壓力，分布式電源(distributed generation，簡稱DG)，這一新型能源供給方式因具有高效、節能、環保等優點，在多個國家快速發展。

歐美國家發展DG產業較早，現已初具規模。我國發展DG起步相對較晚，2010年國家電網發布了Q/GDW 480—2010《分布式電源接入電網技術規定》。預計到2020年，我國DG裝機占比將達到約9 %(去除小水電后，約占5 %)，將成為我國電力供應體系中的重要部分。

DG在電力系統中所占比重增加，對傳統電網提出了新的挑戰和要求，加劇了電網安全運行的復雜性和不確定性。在適當的DG布置和電壓調節方式下，DG可部分消除電網的過負荷和堵塞，增加電網裕度，提高可靠性。但是如果DG未能與系統的繼電保護配合，則可能使保護誤動作。近年已經出現多起DG導致重合閘失敗的事故。以下分析DG對電網繼電保護的影響及應對措施，重點研究優化DG上網線路重合閘的對策。

1 DG與繼電保護配合問題

1.1 DG對繼電保護的影響

DG并入電網后，對電網繼電保護裝置的動作可能產生如下幾個方面的不利影響。

(1) 短路電流增大。同步發電機型DG并網運行時，短路電流可能達到額定電流的十幾倍，尤其當DG數量較多時，需要考慮其集聚效應。

(2) 繼電保護裝置將會有反向短路電流流過，如原繼電保護不具備方向性，則并聯分支故障時，會引起本分支保護誤動。

(3) 影響繼電保護之間的配合關系。當故障點位于DG下級電網時，將導致流過DG下級保護的電流變大，流過DG上級保護的電流變小，可能導致下級保護誤動、上級保護拒動，DG輸出功率越大，影響越嚴重。當故障點位于DG上級電網時，假如沒有方向元件，DG上級的各保護之間可能會失去選擇性。

1.2 防止繼電保護不正確動作的措施

為防止DG接入后繼電保護不正確動作，可采取下列措施。

(1) 完善上網線路的保護配置。DG并網線路應優先采用光纖差動保護，在滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求時，也可采用距離保護或電流電壓保護。

(2) DG項目接入時，應對短路電流作出專門的計算分析，確認短路電流不會超標，校核系統的繼電保護裝置定值是否需要做相應修改。DG接入涉及大規模保護改造或更改定值時，應更改接入方案，盡可能選取對系統保護影響小的接入方案，優先采用專線直接接入母線的方式。

(3) DG側發電機、變壓器應配備電壓保護、頻率保護以及防孤島保護，DG側保護定值應與系統側保護定值配合整定，確保短路故障和缺相故障等情況發生時，DG能迅速從電網斷開。

2 DG上網線路重合問題

2.1 DG對重合閘的影響

自動重合閘裝置是提高供電可靠性的重要裝置。但DG上網線路故障跳閘后，小電網可能出現崩潰或失步，致使與大電網間存在較大的電壓及頻率差值，導致同期重合閘無法實現；而且由于DG的存在，使其上網的母線上仍有電壓，因而也無法實現檢母線無壓重合。這樣，即使是瞬時故障也會使重合閘失敗。

2.2 提高DG上網線路重合閘成功率的措施

2.2.1 延長重合閘整組復歸時間

電網從解列到瓦解，時間從幾毫秒到幾秒、幾十秒甚至更長。因此，重合閘整組復歸時間要足夠長，如滿足Q/CSG110035—2012《南方電網10 kV～110 kV線路保護技術規范》的要求，則不小于10 m in。

2.2.2 合理整定重合閘動作時間

合理整定重合閘時間，可以有效提高重合閘成功率。對于系統側，時間影響不大，可按照正常設置。對于DG側，應考慮不同運行工況下機組的調節性能和響應速度，建議采用慢速重合閘。

2.2.3 微電網運行

微電網(M icro Grid)是一種由DG、儲能和負荷共同組成的小型低壓系統。微電網通過控制實現網絡內部的電力電量平衡，可并網或獨立運行。理論上，并網線路故障跳閘后，可通過微電網實現孤島運行，再人工進行同期并網。微電網要考慮風/光/氣、冷/熱/電等不同形式能源的合理配置與科學調度，但由于成本較高、儲能技術不足、標準缺乏以及市場障礙等一系列因素限制，現在我國的微電網技術還處于探索階段。一般來說，目前DG上網線路跳閘后不允許孤島運行，不建議采取微電網運行再同期并網的做法。

2.2.4 解列重合閘

在DG上網線路故障后將DG解列，再通過檢母線無壓方式重合。解列將增加DG的跳閘幾率，對DG所帶負荷及機組都有影響，具體實施時應分析對DG及其所帶負荷的影響。如果要使DG始終保持運行必須有特殊的設計，確保DG的燃料或輔機電源不間斷供電。目前應用較普遍的可行方案是解列重合閘。

3 解列DG的方法

3.1 配置聯切回路聯切DG

如圖1所示，A為220 kV變電站，B，C為110 kV變電站，其中C站有DG，線路L2是其上網專線。為提高線路L1的重合成功率，可配置聯切回路聯切DG。

(1) 在QF2保護配置聯跳QF3的回路，L1故障跳QF2的同時聯跳QF3；或QF2僅配置跳QF3的回路，退出跳QF2的回路，L1故障不跳QF2只跳QF3。

(2) 在B站主變保護配置聯跳QF3的回路，L1故障通過B站主變零序過流或間隙過流和零序過壓保護聯跳QF3。

上述方法只需增加聯切回路，但僅適用于DG上網線路級數不超過2級的情況。

圖1 單DG單級上網線路

3.2 采用遠跳形式聯切DG

如圖2所示，A為220 kV變電站，B，C，D為110 kV變電站，其中D站有DG，線路L3是其上網專線。

圖2 單DG多級上網線路

在B站配置遠跳裝置，L1，L2故障通過遠跳聯切線路L3。

此方法能實現多級串供上網線路的聯切，但需要有遠跳裝置及通道的支持。

3.3 調整保護范圍

將解列點保護定值按保護多級串供線路全線范圍整定，保證任一線路故障時，先解列DG。

以圖2為例，D站QF6保護為解列點，靈敏度按線路L1+L2+L3總長整定。線路故障，先將DG解列；QF2保護按與QF6保護配合整定，QF4保護按與QF2保護配合整定；其余保護按正常配合整定。也可將上一級C站的QF4或QF5設為解列點，使用QF4解列時，QF4需增加聯跳QF5的回路；使用QF5解列時，QF5保多級線路靈敏段保護退出方向。

此方法適用單個DG多級串供上網的情況，只需增加聯跳回路，但整定較復雜。尤其是解列點存在既要保證多級串供線路全線靈敏度，又要躲220 kV站其余110 kV出線故障的矛盾，在復雜電網中往往難以實現定值配合。

3.4 退出保護

通過退出DG上網串供中間線路DG側的保護，保證上網線路或變壓器保護、發電機保護等將DG解列。

如圖3所示，A為220 kV變電站，B，C，D，E為110 kV變電站，其中C，D，E站DG2，DG1和DG3，為110 kV電源，DG2為10 kV電源。

圖3 多DG多級上網線路

退出串供的中間線路DG側QF2，QF4線路保護；對于110 kV并網的DG1和DG3，依靠上網專線DG側保護QF6，QF8，發電機保護等解列。對于10 kV或35 kV電壓等級上網的DG2，由其上網的110 kV變壓器T1的零序電流保護或間隙過流及零序過壓保護解列。

此方案可適用單個及多個DG多級串供上網的情況，且無需增加裝置和回路，但較為依賴DG側的保護裝置及管理。

3.5 配置自動解列裝置

在DG電廠或其第1級上網線路的變電站側配置自動解列裝置，在其上網的110 kV線路跳閘后，通過高(低)頻、高(低)壓判據對DG進行解列。

根據《電力系統安全穩定導則》，暫態和動態過程中系統中樞點母線電壓下降持續低于限定值(一般為0.75倍基準電壓Un)并且時間超過規定，或任何時刻頻率高于51.5 Hz、低于47.5 Hz，則電網失去穩定。因此，建議發電機組保護在電壓低于0.8Un或頻率低于47.8 Hz時，解列機組，加快電網恢復速度，為重合閘做準備。

以圖3為例，可在B或E站安裝自動裝置解列DG3，在C站安裝自動裝置解列DG2和DG1，在DG上網線路故障跳閘后，通過高(低)頻、高(低)壓判據進行解列。此方法適用于多個DG在不同110 kV站上網的情況，特別是多個DG通過10 kV或35 kV饋線接入110 kV主變的情況。但此方法需要增加自動裝置，實現周期較長。

上述解列方法短期通過保護聯切升級、退出保護，調整定值實現，中期通過增加遠跳回路實現，遠期通過增加高(低)頻、高(低)壓功能實現。這些方法可單獨使用，也可組合使用。

4 大容量DG上網分析

如圖4所示，A為220 kV變電站，T1，T2為A站主變。B，C為110 kV變電站，B站有大功率上網的DG，上網功率超過A站任一臺主變。在正常運行方式下，如DG機組跳閘或L1線路跳閘，將造成T1，T2負荷劇增，威脅主變的安全運行。如考慮DG機組跳閘等因素，不得不將T1，T2容量空出DG機組的負荷來運行，將造成主變容量的浪費。在這種情況下，需要在A站加裝過載切負荷裝置，在DG跳機，T1，T2負荷急增時，快速切除C站負荷，保證T1，T2運行安全。即便如此，加裝安全自動裝置也不能完全解決問題，特別當T1故障，同時由于故障電流沖擊造成DG跳機，將對T2造成危害。

因此，大容量DG在規劃時就應考慮通過電壓高一等級的線路上網。Q/GDW 480—2010規定：DG總容量原則上不宜超過上一級變壓器供電區域內最大負荷的25 %。

圖4 大電源上網線路

5 結束語

DG是未來電力發展的一個重要方向，采取切實有效的DG并網管理措施將非常重要。以上介紹了DG并網影響繼電保護的問題，并從規劃DG接入點、連接方式、自動解列裝置配置、定值配合等方面入手，給出了解決DG導致重合閘失敗等問題的多種措施和方法。近幾年來，我國對DG的研究逐漸增多、加深，但與世界前沿科技水平仍存在一定的差距，所以，挖掘DG技術的應用潛力，促進DG與系統繼電保護及安全自動裝置的協調配合仍是研究的重點。

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