分布式電源的接入對配電網三段式電流保護的影響

程杰　李昕

摘? ?要：在低壓配電網中的保護主要是以三段式電流保護為主，可以快速正確地切除故障。隨著分布式電源（Distribution Generator， DG）的接入，傳統配電網的保護受到了嚴重的影響，針對這一問題，分析了DG接入對配電網三段式電流保護的影響，分別討論了DG上游、下游和相鄰饋線發生故障時的情況。

關鍵詞：三段式電流保護? 配電網? 分布式電源

中圖分類號：TM773.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0016-02

電流保護具備簡單、可靠、經濟等特點，在大多數的情況下可以迅速地切除故障，在配電網中是最常用的保護方式[1-2]。三段式電流保護分為三段：電流速斷保護、限時電流速斷保護和定時限過電流保護。隨著DG接入配電網，系統的運行方式和潮流的方向也會發生改變，流過保護的電流也會隨之變化，此時可能會引起三段式電流保護的拒動或者誤動[3]。因此，研究DG接入對配電網三段式電流保護的影響對于配電網繼電保護方案的改進與升級具有重要意義[4]。

1? 傳統配電網三段式電流保護

如圖1所示，配電網中的任意點發生了三相或兩相短路時，其短路工頻周期分量的計算式為：

式中，ES為系統等效電源的相電動勢;Zk為短路點到保護安裝處之間的阻抗;Zs為系統等效電源到保護安裝處之間的阻抗;Kk為短路類型系數。

（1）電流速斷保護的整定。

電流速斷保護一般只能保護本段線路的一部分，當BC段線路上發生短路故障時，對保護R2來講，希望其能夠瞬時動作，即速斷保護的動作時限，則其整定的動作電流要大于母線C上短路時產生的最大短路電流，即大于在最大運行方式下C母線上發生三相短路時的電流值，則保護R2的動作電流為：

引入可靠系數=1.2～1.3是由于非周期分量的影響、實際的短路電流也許會大于計算得到的值、保護實際動作得值可能小于其整定值和相應的裕度的影響等。

（2）限時電流速斷保護的整定。

限時電流速斷保護在所有情況下都可以保護線路的全長，其保護的范圍延伸到相鄰的下級線路上，以保護R1為例，為了保證其選擇性，其動作時限比下級線路速斷保護的動作時限要多一個時間階梯?t，引入可靠性配合系數，一般取為1.1～1.2，則得到保護R1的動作電流為：

（3）定時限過電流保護的整定。

定時限過電流保護能夠作為本段線路主保護拒動時候的近后備保護，也可以作為下級線路主保護拒動或斷路器拒動時候的遠后備保護，也可以作為過負荷時的保護，其保護出口的動作時間是固定的整定時間。其按照躲過線路正常運行時的最大負荷電流的方法來整定，則其整定電流為：

式中，為可靠系數，通常采用1.15～1.25;Kss為自啟動系數，數值大于1，應該由網絡具體接線和負荷性質來確定;Kre為電流繼電器的返回系數，通常采用0.85～0.95;為正常運行時的最大負荷電流。

保護R3位于線路的末端，故障時能夠瞬時動作，其動作時限即為保護裝置固定的動作時間。對保護R2而言，為了保證動作的選擇性，可以引入時間階段?t，通常取?t= 0.5s，則保護R2的動作時間：

以此類推，保護R1的動作時限應該比相鄰元件的保護動作時限多一個?t，這樣能夠充分體現出保護動作的選擇性。

2? DG接入對配電網電流保護的影響和仿真分析

分布式電源接入系統之后，處于各個位置的保護會受到不同的影響，因此為了方便研究，可以將系統分為3個區域：DG接入點和系統電源母線之間稱為DG上游，饋線末端到DG接入點之間稱為DG下游，沒有接入DG的那一側饋線稱為相鄰饋線[5]。含DG的配電網示意圖如圖2所示。

（1）DG上游故障。

故障發生在分布式電源的上游時，如圖2所示，DG接入母線C處，此時DG的上游也就是AC段區域是雙端供電，當BC段線路發生故障F2時，故障點兩側的系統電源和DG同時向故障點提供故障電流，此時對于保護R2而言，無論DG接入與否，其短路時的線路的結構沒有發生改變，短路的阻抗也沒有變化，它的感應的故障電流仍然只由系統側提供，所以其故障電流大小不會發生變化，則保護R2仍然會正常動作，不受DG接入的影響。

當AB段線路發生故障F1時，其對應的保護R1感應的故障電流只由系統電源提供，大小不變，所以保護R1會正常動作。但是此時的保護R2會感應到來自DG向故障點提供的反向故障電流，如果感應到的故障電流值大于保護R1的整定值，保護R1將會誤動作。

（2）DG下游故障。

故障發生在分布式電源的下游時。如圖2所示，此時DG的下游也就是CE段區域是單側電源供電，當DE段線路發生故障F3時，由系統電源和DG一起向故障點提供短路電流，使得此時流過保護R3和保護R4的電流增大，保護R3和R4的靈敏度也增加了，提高了其保護動作的可靠性，有利于其保護對故障的切除，并且DG離保護越近，其增流的作用越大，保護的靈敏度也會增加。但是若是DG的增流作用過大，使得在發生F3故障時流過保護R3的電流過大，超過其電流整定值的話，保護R3可能會誤動作。

（3）DG相鄰饋線故障。

故障發生在相鄰饋線時，如圖2所示，此時相鄰饋線AG段區域是單側電源供電，當FG段線路發生故障F5時，由系統電源和DG一起向故障點提供短路電流，使得此時流過保護R5、R6的電流增大，保護R5和R6的靈敏度也增加了，有利于其保護對故障的切除。但是若是DG的增流作用過大，使得在發生F5故障時流過保護R5的電流過大，超過其電流整定值的話，保護R5可能會誤動作。當保護R5的出口處發生故障F4時，流過保護R5的保護電流由系統電源和DG共同提供，流過保護R5的電流會有所增加，保護R5的靈敏度也會有所提高，此時保護R1能夠感應到由DG流向故障F4的故障電流，當這個故障電流足夠大時，可能會造成保護R1的誤動作。

3? 結語

本文主要研究分析了DG對配電網三段式電流保護的影響。先就未接入DG時的傳統三段式電流保護進行分析，然后再對DG接入對配電網的電流保護的影響進行分析。經分析得出，DG接入之后，處于不同位置的保護會受到不同的影響，其可分為三個區域：DG上游、DG下游和相鄰饋線，DG的接入會使其下游和相鄰饋線的發生短路故障時的短路電流增加，會增加保護動作的靈敏性，但其短路電流的增加也可能會導致保護的誤動作，對于其上游的保護，故障時可能會流過反向的故障電流從而導致保護的誤動作。DG的接入會使配電網保護的選擇性、靈敏性和可靠性發生一定的變化，有時會造成保護的誤動作。

參考文獻

[1] 陳健斌.淺析分布式電源對配電網三段式電流保護的影響[J].機電信息，2014（18）.

[2] 魯宗相，王彩霞，閔勇，等.微電網研究綜述[J].電力系統自動化，2007，31（19）：100-107.

[3] 黨存祿，吳青峰.分布式電源對配電網電能質量的影響及其改善[J].電力電子技術，2013，47（11）：58-60.

[4] 武星，殷曉剛，宋昕，等.中國微電網技術研究及其應用現狀[J].高壓電器，2013，49（9）：142-149.

[5] 郭建勇，李瑞生，李獻偉.微電網繼電保護的研究與應用[J].電力系統保護與控制，2014，42（10）：135-140.