討論分布式電源對配網繼電保護的影響

閻凱

摘要：本文分析了某固定位置接入DG對三段式過電流保護動作行為的影響，并簡要論述了DG對自動重合閘的影響，及對熔斷器之間配合的影響。目前國內外專家學者針對這一問題已開展了相關研究，如：有人就提出利用串聯電抗器限制短路電流，從而消除分布式電源對原繼電保護協調性的問題；另外有人根據廣域保護的概念提出了基于多Agent的廣域電流差動保護系統，對含有分布式電源的配電網有很好的應用前景，但還需要完善的通信網絡。

關鍵詞：分布式電源；配電網；繼電保護；自動重合閘；熔斷器

中圖分類號： U224 文獻標識碼： A

前言：分布式電源(distributedgeneration，DG)是指分布在配電網中功率為10kW～50Mw，小型模塊化并布置在用戶附近的高效、可靠的電源系統，本文以10KV饋線保護為例，通過

在配網不同位置加入DG，探析分布式電源的加入對配網繼電保護的影響，供大家參考。

1、傳統配電網的結構及保護介紹

目前，我國大部分的中低壓配電網都是單側電源、輻射型網絡。保護裝置裝設在靠近母線的饋線斷路器處，一般需設置三段式電流保護，即：電流速斷保護、限時電流速斷保護、定時限過電流保護。而在非全電纜線路，還配置了三相一次重合閘裝置，保證線路在發生瞬時故障時，盡可能快地恢復供電，保證供電可靠性。

電流速斷保護可以瞬時切除故障，根據被保護線路末端發生短路時，產生最大短路電流使電流保護不應該動作為原則，即按躲開本線路末端最大短路電流進行整定，但不能保護線路全長，運行方式變化很大時，有可能沒有保護范圍；定時限過電流保護需要延時切除故障，按躲開下一條線路電流速斷保護的動作電流為原則，保護能夠完全保護本線路全長，與電流速斷保護構成主保護；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。

2、各種類型分布式電源提供短路電流的大小

各種容量的分布式電源接人配電網中，在發生故障時分布式電源將對故障點提供故障電流。對繼電保護而言，我們只需要將分布式電源模型用一個電源串聯一個電抗的模型表示。因此需要研究的重點是，在發生故障時分布式電源能提供多大的故障電流。而不同的類型的分布式電源有著不同的電抗值，它表征了該不同電源的故障電流注入能力。Barker等對各種類型分布式電源的故障電流注入能力進行了深入研究，如表l所示。

3、DG接入對原配電網保護的影響

電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護，因構成保護原理簡單，可靠性高，在低電壓等級電網中能快速切除故障元件，故在配電網中有廣泛的應用，但本身受系統運行方式和故障類型影響很大。當配電網中接入DG后，原有的單電源輻射型網絡變成了多電源網絡，系統潮流也隨之改變，在發生短路時，短路電流和短路電流方向也發生很大變化(圖1)。

K2點發生短路

B3沒有短路電流流過，不會影響相鄰饋線保護。B2流過的短路電流不僅由系統s提供，DG也提供短路電流，助增電流會使保護距離延伸，保護可能會失去選擇性。B1感受的短路電流雖然只由系統s提供，但故障電流比接人DG之前K2點短路要小，而且隨著接人的DG容量越大，B1感受到的故障電流越小，故Bl的靈敏性降低，保護可能拒動。

K1點發生短路

B2和B3感受不到故障電流，對其保護沒有影響。B1短路電流雖然是系統s提供，但是電流大小要比未接人DG時小(和接入DG容量有關)，Bl靈敏性降低，嚴重時可能使保護出現拒動。(3)K3點發生短路

B2感受不到故障電流，對其保護沒有影響。Bl感受到DG提供的短路電流，若接人DG容量大，短路電流過大，可能會引起B1誤動作，失去選擇性，系統和DG也會解列。B3感受到系統S和DG共同提供的短路電流，B3保護距離延伸，可能會引起保護的誤動。

因此，通過以上分析，配電系統并入DG之后對三段式電流保護的影響主要表現如下：導致本線路保護靈敏性降低，嚴重時使保護發生拒動；導致非故障線路保護范圍延伸到下一條線路，保護誤動，從而使得保護失去選擇性，擴大事故影響范圍。

4、DG對自動重合閘的影響

根據以往經驗，在配電網故障中，瞬時故障所占比例高達80％以上，自動重合閘裝置的使用對提供供電可靠性，減少停電次數起到了至關重要的作用，特別是對配電網單電源輻射型網絡尤其如此，故在非全電纜線路必須加裝三相一次重合閘裝置。

在DG引入配電網之前，自動重合閘在恢復瞬時性故障線路供電時，不會對系統產生很大的沖擊，故障線路一般都能恢復正常供電。但當DG引入后，線路因故障而跳閘，故障線路部分不再和電網相連。DG很有可能在故障后沒有和配電網斷開，繼續向負荷供電，形成電力孤島。電力孤島保持功率和電壓在額定值附近運行，但這些看似正常運行的孤島對自動重合閘造成很大影響。

非同期重合閘。

當DG與系統解列之后，DG很有可能不能和電網繼續保持同步，出現了較大的相位差，非同期重合閘時會產生很大的沖擊電流或電壓，這在現代電力系統中是不允許發生的。

故障點持續電弧。

在DG脫離系統之后，可能繼續對故障點輸送電流，產生持續性電弧，最終導致自動重合閘失敗。

因此，DG的并人使得自動重合閘對瞬時性故障恢復產生很大的影響。DG側需裝設低周、低壓解列裝置，在重合閘動作之前，將DG從故障線路中切除，而且為了避免故障點持續電弧的影響，重合閘動作時限應適當延長。

5、DG對熔斷器保護的影響

熔斷器能夠在線路中出現不被允許的大電流時，由電流流過流體產生熱量將熔絲熔斷，從而對故障線路進行隔離，它是不可逆的。通常熔斷器安裝在配變高壓側或者線路末端和線路分支處。如圖2，熔斷器F1與F2相互協調配合實現線路的保護。當線路末端K5點發生故障時，流過F2和F1的故障電流相等，但是F2的熔斷時間要小于Fl的熔斷時間，F1還沒有開始動作F2就已經熔斷，實現了對故障線路的隔離，進而保證了選擇性。

但如果在線路上引人DG(如圖3)，配電網變成了一個多電源網絡。當K4點發生故障時，流過熔斷器F2和Fl的短路電流相等。但為了保護選擇性，K4點故障時，要求F1要先于F2動作，即F1的熔斷時間要小于F2；而當K5點發生故障時，要求F2要先于F1動作，即F2的熔斷熔斷時間要小于F1，這樣使得上下游熔斷器不能實現配合，無法保護選擇性。

6、結束語

分布式發電是電力系統發展的一個主要方向，但是大量的分布式電源的并網運行，將深刻影響配電網絡結構以及配電網巾短路電流的大小和流向，給配電網絡繼電保護帶來很多不利影響。

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