電力線路過電流保護及自動重合閘技術

聶鳳歧

【摘要】本文在介紹分布式電源概念及傳統配電網結構和繼電保護配置的基礎上，以包含分布式電源（DG）的配電系統為例，討論了DG并入配電網對原有配電網繼電保護及安全自動裝置的影響，分析了DG對三段式過流保護和反時限過電流保護配合特性及動作行為的影響，并論述了DG對自動重合閘的影響，為并入DG后的配電網繼電保護研究提供了一定的理論依據。

【關鍵詞】分布式電源；過電流保護；自動重合閘

1.引言

目前我國的供電系統都是以大機組、大電網、高電壓為主要特征的集中式單一供電系統，大電網中任何一點故障所產生的擾動都會對整個電網造成較大影響，局部事故極易擴大為大面積電網事故，嚴重時可能引起大面積停電甚至是全網崩潰，造成災難性后果。此外，集中式大電網不能跟蹤電力負荷的變化，而為了短暫的峰荷建造發電廠其花費是巨大的，經濟效益也非常低。因此國內外專家學者提出了分布式發電（Distributed Generation，DG）的概念。

DG是相對于傳統的集中式供電方式而言的，是指將發電系統以小規模（數千瓦至50MW的小型模塊式）、分散式的方式布置在用戶附近，既可獨立于公共電網直接為少量用戶提供電能，也可將其接入配電網絡，與公共電網一起共同為用戶提供電能。DG主要用以提高供電可靠性，可在電網崩潰和意外災害情況下維持重要用戶的可靠供電。此外，DG還具有調峰、再生能源利用、節省輸變電投資、降低網損等效益。

傳統的配電網一般都是單一電源的輻射型網絡，繼電保護也是按照輻射型網絡進行設計和整定的；DG接入后，單輻射網絡變成雙端或多端網絡，配電網中的潮流分布及故障時短路電流的大小和流向會發生根本性變化，從而給繼電保護的設置和動作值的整定增加一定的難度。

2.DG對三段式電流保護的影響及對策

由瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護組成的三段式電流保護具有保護原理簡單、可靠性高的優點，并且在一般情況下也能夠滿足快速可靠切除故障的要求，因而在配電網保護中應用較廣，但它受電網的接線方式及系統運行方式影響較大。配電網絡中并入DG后，系統的潮流將重新分布，發生短路故障時，故障電流的大小和流向也會發生很大變化。顯然，DG的接入位置不同，故障電流的大小和流向也會有所不同，從而對保護動作行為的影響也就不同。配電系統中并入DG對三段式電流保護的影響主要表現如下：

（1）導致非故障線路保護誤動，從而使保護失去選擇性，擴大事故影響范圍。

（2）導致本線路保護靈敏度降低，嚴重時保護拒動。

同時，DG對三段式過流保護的影響與DG的容量大小及接入配電系統的位置有關，因此，并入系統的DG容量不宜過大，在DG容量一定的情況下，并入線路末端時對保護的影響較小，在DG容量較大時，可以事先校驗各極端情況下的電流保護定值及靈敏度，必要時還可以考慮為電流保護加設方向元件。

3.DG對反時限過電流保護的影響及對策

反時限過電流保護是動作時限與被保護線路中故障電流大小有關的一種保護，與三段式電流保護相比，它只用一個繼電器即可實現，且當系統發生短路故障時，實際切除各點故障的時間均較短，因而也常用于配電系統線路的保護。顯然，DG接入點的位置不同對反時限過流保護的影響也不同。具體來說，配電系統中并入DG對反時限過流保護的影響主要有以下兩點：

（1）增大保護動作時限，不利于故障的快速切除。

（2）導致非故障線路保護誤動，從而使保護失去選擇性，擴大事故影響范圍。

同時，DG對反時限過流保護的影響與DG的容量大小及接入配電系統的位置有關，并入系統的DG容量不宜過大，在DG容量一定的情況下，并入線路末端時對保護動作行為的影響相對較小，在DG容量較大時，可以事先校驗各極端情況下的保護定值及靈敏度，必要時還可以考慮為保護加設方向元件。

4.DG對自動重合閘的影晌及對策

自動重合閘裝置應滿足下列基本要求：

（1）用控制開關手動操作或通過遙控裝置將斷路器斷開，重合閘裝置不應動作；

（2）當斷路器處于不允許實現自動重合閘的不正常狀態（例如氣壓、油壓降低）時或當系統頻率到按頻率自動減負荷裝置動作將斷路器跳閘時，能自動地將ZCH閉鎖；

（3）采用控制開關位置與斷路器位置不對應啟動自動重合閘裝置；

（4）在任何情況下，自動重合閘的動作次數應符合預先的規定，如果一次重合閘只應動作一次，當重合于永久性故障而后再次跳閘后，不允許再自動重合；

（5）自動重合閘裝置在動作以后應能自動復歸，準備好下次再動作；

（6）自動重合閘裝置應繼電保護配合以實現在重合閘之前或重合閘之后加速保護的動作回路。

經驗表明，配電網故障中，瞬時性故障所占的比例高達80%以上，自動重合閘（簡稱AR）的應用能大大提高系統供電可靠性、減少線路停電次數，特別是對單側電源供電的單回線路效果尤為顯著，因而AR在配電網中獲得了廣泛應用。

在并入DG前，自動重合閘在重合發生瞬時性故障線路的斷路器時，不會對系統造成太大的沖擊，故障線路一般能恢復正常供 電，可以很好的保證電網的可靠性。但當配電網中并入DG后，線路發生瞬時性故障時，DG很有可能在故障后并沒有脫離線路，而是繼續向故障點輸送電流，這樣就會導致故障點持續電弧，最終導致自動重合閘失敗。此外，在故障發生后，電力孤島與電網往往不能保持同步，在這種情況下非同期重合閘會引起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。

因DG的并入會對自動重合閘造成故障點持續電弧及非同期合閘等隱患，所以應在DG側裝設低周、低壓自動解列裝置，重合閘動作前，將DG從故障線路中切除，同時為避免故障點持續電弧的影響，重合閘的動作時限應適當延長。

5.結束語

分布式發電（DG）是電力系統發展的一個主要方向，然而大量分布式發電的并網運行，將深刻影響配電網絡結構以及配電網中短路電流的大小和流向，給配電網的繼電保護帶來諸多不利影響。本文闡述了DG并入配電網不同位置時對三段式過流保護及反時限過流保護動作行為的影響及對策，并論述了DG對自動重合閘的影響及對策，為針對分布式發電配網繼電保護的研究提供了一定的理論依據。

參考文獻

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