分布式發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響

1、隨著集中式供電的一些問題的出現(xiàn)，分布式發(fā)電是一種新興的發(fā)電技術，近年來獲得飛速發(fā)展。本文介紹了分布式發(fā)電系統(tǒng)的接入對配電網(wǎng)的繼電保護造成影響。分析了分布式發(fā)電對饋線的兩段式保護和自動重合閘以及分支線的熔斷器保護產生的各種可能影響，對分布式發(fā)電的廣泛推廣具有一定的意義。關鍵詞：分布式發(fā)電；電力系統(tǒng)；繼電保護0引言分布式發(fā)電(DistriutedGenemtion，簡稱DG)技術是一種新興的發(fā)電技術。它是指為了滿足一些特殊用戶的需求，支持原有配電網(wǎng)的經濟運行而設計和安裝的在用戶處或者其附近的小型發(fā)電機組（容量一般小于30MW)1。分布式發(fā)電按照所使用的技術不同，可分為：小水電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、

2、燃料電池發(fā)電和燃氣輪機發(fā)電等等。分布式發(fā)電在減少環(huán)境污染、降低終端用戶的費用等方面具有明顯的優(yōu)勢，同時又具有靈活性、高效性和能源來源多樣化等優(yōu)點，因此，隨著分布式發(fā)電技術的深入研究和設備成本的逐漸降低。其在電力系統(tǒng)中的應用逐漸增加。分布式發(fā)電并網(wǎng)運行是其發(fā)展的趨勢，由于其容量較小，一般是通過配電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)。分布式電源接入配電網(wǎng)之后。將深刻影響配電網(wǎng)絡的結構以及配電網(wǎng)中的短路電流大小、流向及分布，必然給電力系統(tǒng)的運行和調度帶來了一系列問題2-5。配電網(wǎng)的繼電保護裝置是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定和可靠運行的重要設備，不可避免的要受到分布式發(fā)電并網(wǎng)的影響3。1配電網(wǎng)的特點和保護的配置配電網(wǎng)的拓撲結構

3、類型比較多，主要包括放射式接線、樹干式接線和環(huán)網(wǎng)式接線，其形式主要取決于對供電可靠性的要求，我國城鄉(xiāng)大多數(shù)的配電系統(tǒng)采用放射式結構。因為這種結構具有接線可靠、保護整定及擴充容易等優(yōu)點。放射式配電網(wǎng)結構簡單并且由單側電源供電。我國配電網(wǎng)的繼電保護是以此為基礎設計和配置的。目前，我國的中低壓配電網(wǎng)大都是單側電源、放射式配電網(wǎng)絡。配電網(wǎng)的繼電保護相對于高壓大電網(wǎng)的繼電保護而言，屬于簡單保護。在配電網(wǎng)中常用的繼電保護有電流保護、電壓保護、過電流保護和距離保護等。由于放射式的配電網(wǎng)的潮流是單向流動的，且考慮8090的故障都是瞬時性故障，所以為了簡化保護配置，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的典型保護設計方案通常是主饋線斷路器

4、采用電流速斷保護和過電流保護組成的兩段式保護。并配置三相一次重合閘(前加速)裝置，其中電流速斷保護按照線路末端故障有靈敏度的方法整定，不能保護線路全長；過電流保護不僅可以保護本線路的全長。而且可以保護相鄰線路的全長，可以起到遠后備保護的作用；而對分支線路則采用高壓熔斷器保護5。2分布式發(fā)電對主饋線保護的影響21對兩段式電流保護的影晌在配電網(wǎng)中接入分布式發(fā)電，當故障發(fā)生時，配電網(wǎng)中的故障電流的大小和分布明顯與不接分布式電源時不同，這將影響配電網(wǎng)原有繼電保護裝置的正常運行。含分布式電源的配電網(wǎng)在故障發(fā)生時，由于分布式電源對電流的助增或者分流作用，流過保護裝置的故障電流可能增大也可能減小6。它將改變

5、保護的保護范圍和靈敏度，給各個保護裝置的相互配合帶來問題。假設分布式發(fā)電接入的是l0kV配電網(wǎng)絡，并且將10kV變電站以上的電網(wǎng)等值為一個電壓源，根據(jù)此假設條件來分析分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響。分布式發(fā)電引入10kV配電網(wǎng)，將使配電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單側電源網(wǎng)絡變成雙側電源甚至是多側電源網(wǎng)絡，從而改變故障電流的大小、持續(xù)時間及其電流方向。結合圖l所示的典型配電網(wǎng)進行分析。圖1典型配電網(wǎng)絡結構分布式發(fā)電對配電網(wǎng)主饋線的兩段式電流保護的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)導致本饋線保護誤動作。如圖1所示，如果在饋線的CD段接入DG1，此時饋線將被分成兩段，其中母線A與DG1之間為雙側電源供電，而DGl下

6、游部分為單側電源供電。當BC段任意點k1發(fā)生故障時，保護R3將感受到由DG1流至k點的反向故障電流。由于保護R3沒有判斷電流方向的元件，若DG1容量足夠大時，反向故障電流將可能超過尺，處的電流速斷保護的整定值。此時CD段的保護R3就會誤動作。而對于保護R1、R2而言，其故障電流僅由系統(tǒng)側電源提供，這和不接DGl時的情況一樣，其動作不受DGl接入的影響。2)本饋線部分保護靈敏度降低甚至拒動，而部分保護靈敏度增加。如圖l所示，如果DGl未接入而在BC段接入DG2，此時若在k2發(fā)生故障，按照繼電保護的選擇性原則應由R2動作切除故障。故障點k2的故障電流由系統(tǒng)側電源和DG2共同提供，大于接入DG2前的

7、故障電流，而保護R2僅僅感受到從系統(tǒng)側流過來的故障電流，同時由于DG2的分流作用使得R2感受到的故障電流減小，這將影響保護R2的靈敏性嚴重時R2甚至拒絕動作。如果是k3點發(fā)生故障，則R3感受到的故障電流和故障點k3的故障電流相等，都是由系統(tǒng)側電源和DG2共同提供，這個電流比DG2接入前更大，保護尺的靈敏性增加。3)相鄰饋線故障時，反向故障電流可能導致本饋線保護誤動。如圖l所示，如果僅DG2接入配電網(wǎng)，當相鄰饋線AE上的k4點發(fā)生故障時，保護R4感受到的故障電流由系統(tǒng)側電源和DG2共同提供，其電流值大于未接入DG2時的值，保護的靈敏性將提高。而保護R1和R2也將感受到由DG2提供的反向故障電流，

8、當DG2容量較大時，這個電流有可能超過保護的整定值，使保護R2或R1誤動作。4)使一些保護的保護范圍增大。而另一些保護的保護范圍減小。如圖1所示，按照保護配置的選擇性原則，在未接入任何分布式電源，當k2點故障時，應由保護R2動作切除故障饋線，如果由于某種原因R2拒絕動作時，應由R2的遠后備保護R1動作切除故障?，F(xiàn)假設僅有DG3接入配電網(wǎng)，在k2點故障時，流過保護R2的故障電流隨著DG3容量的增大而增大，但是流過保護R1的故障電流卻因DG3的分流作用而小于未接DG3時的值。與接入DG3之前相比，對于k2點的故障，保護R2感受到的故障電流增加，保護R1感受到的故障電流減小，這將使得保護R2的保護范

9、圍增大，而保護R1(作為保護R2的遠后備保護)的保護范圍減小。5)當DG容量足夠大時，導致保護失去選擇性；如圖1所示，僅有DG3接入配電網(wǎng)。饋線CD段的首端k5點發(fā)生故障時，應由保護R3，動作切除故障饋線。但是當DG3的容量足夠大時，保護R2的保護范圍將可能延伸到CD段，這種情況下，如果k5點發(fā)生故障，保護R2、R3感受到的故障電流都達到甚至超過其各自的整定值，兩個保護都動作，繼電保護失去了選擇性。針對以上問題，應該采取適當?shù)拇胧┮员M量減小分布式發(fā)電對原有繼電保護裝置的影響。其中文獻8提出利用電抗器的高阻抗值特性限制分布式電源提供的短路電流。進而有效地解決分布式發(fā)電與保護之間的協(xié)調性問題。文獻

10、9給出了幾種情況下消除分布式電源的接入對配電網(wǎng)繼電保護裝置影響的判斷條件。而文獻10則提出可以將系統(tǒng)分區(qū)，各個分區(qū)間通過斷路器連接，由變電站處的繼電器完成在線感應、識別故障類型和故障范圍、并向相應的短路器發(fā)送跳閘信號，切除故障區(qū)的分布式電源，實現(xiàn)故障的隔離。22對自動重合閘的影響分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)前，配電網(wǎng)為單側電源的放射式結構，自動重合閘在迅速恢復對瞬時性故障線路的供電時。不會對配電網(wǎng)產生任何沖擊和破壞。而DG接入后，如果線路因故障跳閘，故障部分不再與系統(tǒng)電源相連，由分布式電源和負荷所形成的電力孤島保持功率和電壓在額定值附近運行。然而，看似正常運行的電力孤島卻給自動重合閘產生了兩方面潛在的

11、威脅8。1) 非同期合閘。在系統(tǒng)側電源斷開至自動重合閘動作這段時間內，DG有可能加速或者減速運轉，電力孤島很難與系統(tǒng)側電源保持完全同步，兩者之間出現(xiàn)一個相角差。當相角差達到一定的大小時，非同期重合閘會引起很大的沖擊電流或電壓，圖2為某次非同期重合閘產生的沖擊電流的波形。在沖擊電流的作用下，饋線保護可能誤動作，使自動重合閘失去迅速恢復瞬時故障的能力。同時，沖擊電流也可能對配電網(wǎng)和DG設備帶來致命的沖擊。圖2非同期重合閘產生的沖擊電流波形圖2)故障點電弧重燃。在失去系統(tǒng)側電壓后，DG可能繼續(xù)對故障點供電，進行重合閘時，DG所提供的電流阻礙了故障點電弧的熄滅，引起故障點電弧重燃，導致絕緣擊

12、穿，此時瞬時性故障將進一步擴大為永久性故障11。因此，DG的接入對自動重合閘的正常工作產生了很大的影響。DG側應該安裝低周、低壓解列裝置，同時為了避免非同期重合閘給配電網(wǎng)和DG設備帶來的沖擊，系統(tǒng)側重合閘繼電器需檢線路無壓，DG側檢同期。3分布式發(fā)電對分支線路保護的影響31熔斷器保護的原理如圖3所示的局部配電網(wǎng)結構圖(不包括DG)，采用熔斷器保護是我國配電網(wǎng)經常采用的保護形式。熔斷器能夠在分支線出現(xiàn)不被允許的大電流時，由電流通過熔體產生的熱量將熔體或者熔絲熔斷，從而實現(xiàn)對故障線路的切除。DG接入前，當K1點故障時，應由熔斷器F4動作切除故障，F(xiàn)5不應動作。F5F4之間的時間一電流曲線如圖4所示

13、12，其中MM(MjnimumMe1ting)代表熔斷器的最小熔解曲線，Tc(T0talclearing)代表熔斷器的完全熔解曲線。由圖4可知，F(xiàn)5的MM和Tc曲線均在F4之上，當F5和F4感受到同樣的故障電流時，F(xiàn)4熔斷所需的時間小于F5，總是先于F5熔斷，這就實現(xiàn)了熔斷器保護的選擇性。同樣道理，F(xiàn)3F2之間、F2F1之間的配合與F5F4相似。圖3配電網(wǎng)熔斷器保護的設置圖4熔斷器F5-F4的配合曲線3.2DG對熔斷器保護的影響若在分支線引入DG，則熔斷器保護將受到影響。如圖3所示，在CD段接入DG，當k1點發(fā)生故障時，DG的接入對熔斷器保護構成了兩方面的威脅。一方面，DG和系統(tǒng)側電源都向故障點k1提供故障電流，當這個電流值過大時，由圖4可看到上級F5和下級F4可能會同時損壞或者熔斷，但是按照保護的選擇性原則只要求F4熔斷，F(xiàn)5不受影響，顯然，DG的引入破壞了熔斷器保護的配合關系。另一方面，DG通過F2和F3向故障點k1提供反向故障電流，由于熔斷器沒有判別方向的能力，當DG容量足夠大時，這個