多電源下配電網(wǎng)繼電保護(hù)若干問題的探討

彭靈

(中鐵21局電務(wù)電化工程公司，甘肅 蘭州 730030)

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多電源下配電網(wǎng)繼電保護(hù)若干問題的探討

彭靈

(中鐵21局電務(wù)電化工程公司，甘肅 蘭州 730030)

典型的放射狀鏈?zhǔn)脚潆娋W(wǎng)由于大量電源的接入，使其繼電保護(hù)及安全自動裝置難以正確動作；歸納并分析了多電源的接入對原有的配電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動裝置運行的存在重要影響的若干問題，探討了系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線路保護(hù)裝置和備自投裝置正確的動作邏輯；并在介紹Agent的基礎(chǔ)上，搭建解決配網(wǎng)饋線保護(hù)裝置誤動或拒動的簡易保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)。

多電源；繼電保護(hù)；動作邏輯；代理架構(gòu)

1 引言

分布式電網(wǎng)DG(Distributed Generation)中各類電源大量接入配電網(wǎng)后，致使區(qū)域供電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由無源放射狀鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)變?yōu)榫哂蟹植贾行‰娫吹挠性赐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)定值是在前者的基礎(chǔ)上整定的，但由于潮流流向的變化，可能造成繼電保護(hù)及安全自動裝置不能正確動作[1]。因此有必要相應(yīng)地調(diào)整電網(wǎng)的保護(hù)系統(tǒng)，討論其對電網(wǎng)保護(hù)的影響及解決方案。

2 多電源并網(wǎng)存在的問題

2.1 分布式電源典型接線方式

目前各類配電網(wǎng)中接入的多電源主要為中小型發(fā)電機(jī)組(含小水電、風(fēng)能、光伏等)，一般是通過110kV終端變電站的110kV或10kV母線接入。圖(1)為分布式電源在110kV變電站并網(wǎng)的典型接線圖，三繞組變壓器接線為Y0/Y/△型，S1及S2為大電源系統(tǒng)，互為明備用電源，由進(jìn)線備自投裝置(BZT)完成互投及本站負(fù)荷聯(lián)切，110kV線路L1～L3保護(hù)B配置常規(guī)距離保護(hù)，DG1和DG2為中小上網(wǎng)電源系統(tǒng)，110kV分段斷路器正常處于合閘狀態(tài)，本文以此圖為例對其并網(wǎng)存在的問題進(jìn)行分別討論，并探討解決方案。

2.2 對電源備自投裝置(BZT)的影響

針對本區(qū)域電網(wǎng)分布式電源系統(tǒng)上網(wǎng)運行的規(guī)程規(guī)定，在任何故障情況下，先斷開所有的分布式電源，然后采取原來的保護(hù)措施。

典型分布式電源上網(wǎng)系統(tǒng)(如圖1)，直配線MN為分布式電源的并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，保護(hù)A配置為檢線路無壓自動重合閘，保護(hù)B加裝檢同期重合閘。并網(wǎng)運行后110kV線路L1處于運行狀態(tài)，線路L2處于備用狀態(tài)，當(dāng)MN上發(fā)生瞬時性故障時，保護(hù)A和保護(hù)B動作跳開DL1和DL2，聯(lián)絡(luò)線失去電壓，DL1處檢線路無壓ZCH重合成功，由于分布式電源穩(wěn)定性較差，按檢同期的檢定條件DL2處ZCH重合成功的機(jī)率很小。

當(dāng)110kV線路L1發(fā)生永久性故障時，需啟動進(jìn)線備自投裝置(BZT)，使電源S2系統(tǒng)迅速投入。根據(jù)進(jìn)線備自投裝置啟動條件可知，母線電壓降低同時進(jìn)線無電流，由于DG1電源并網(wǎng)運行，備自投裝置將因電壓閉鎖而拒動，使得包含DG1的電網(wǎng)與主電網(wǎng)分離，而DG1仍然向所在的獨立電網(wǎng)供電，形成孤島運行。由于孤島內(nèi)功率不平衡，分布式電源很快被壓垮，系統(tǒng)失去所有負(fù)荷，需按調(diào)度命令重新逐級手動同期并網(wǎng)運行。

同時上網(wǎng)電源DG1被切除時，必須在保護(hù)B DL4動作合閘時間間隔內(nèi)快速切除，否則會引起分布式電源DG1不同期合閘，產(chǎn)生很大的沖擊電流和電磁力矩，造成發(fā)電機(jī)繞組出現(xiàn)變形和松動，嚴(yán)重時引起發(fā)電機(jī)軸承斷裂。

圖1 分布式電源典型接線圖

2.3 對聯(lián)絡(luò)線保護(hù)的影響

如圖1所示，并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線N側(cè)，保護(hù)B配置距離和零序保護(hù)，由于分布式電源歸算至并網(wǎng)變110kV母線側(cè)的阻抗過大，在最小運行方式下，其提供的短路電流很小，當(dāng)MN發(fā)生故障時，可能使距離保護(hù)和零序保護(hù)的啟動元件難以啟動，造成保護(hù)B拒動，由此引起下列主要問題：

(1)如果三繞組變壓器110kV側(cè)為星型中性點不接地方式運行，保護(hù)B拒動使得分布式電源系統(tǒng)變?yōu)樾‰娏鹘拥叵到y(tǒng)，發(fā)生單相接地故障后變壓器中性點電壓升高，變壓器長期承受絕緣安全風(fēng)險。

(2)保護(hù)B的拒動使得DL1處的檢線路無壓重合閘無法啟動。如果聯(lián)絡(luò)線MN發(fā)生的是瞬時性故障，在故障消失后仍然不能恢復(fù)系統(tǒng)供電并導(dǎo)致備用電源自動投入無法啟動。

(3)變壓器中性點配置的過電壓保護(hù)可能會跳開變壓器各側(cè)，DL1自動重合閘啟動，重合到空線路上。

2.4 對配網(wǎng)饋線的影響

如圖(2)所示，現(xiàn)有配電系統(tǒng)引入DG之后，配電網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生故障時，網(wǎng)絡(luò)短路電流的大小、流向、分布以及重合閘的動作行為都會受到DG的影響，主要表現(xiàn)如下：

(1)配電網(wǎng)絡(luò)線路F1發(fā)生故障時，DG和系統(tǒng)對故障點提供短路電流，但保護(hù)只能檢測到系統(tǒng)短路電流，此故障電流比引入DG前小，導(dǎo)致保護(hù)的靈敏度降低，嚴(yán)重時甚至拒動。

(2)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)F2發(fā)生故障時，本饋線的保護(hù)將檢測到DG提供的故障電流，如電流足夠大，當(dāng)保護(hù)不經(jīng)方向閉鎖時，將導(dǎo)致保護(hù)誤動。

(3)配電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)F3發(fā)生故障時，DG和系統(tǒng)都會對故障點提供短路電流，相鄰故障線路的保護(hù)檢測到的故障電流增大，可能導(dǎo)致其速斷保護(hù)躲不開線末故障而誤動。

圖2 10kV系統(tǒng)等效電路圖

3 保護(hù)裝置正確動作分析

3.1 聯(lián)絡(luò)線保護(hù)配置正確動作分析

圖1中分布式電源典型接線系統(tǒng)化簡為如圖3所示的系統(tǒng)等效接線圖，根據(jù)上述存在的問題，就聯(lián)絡(luò)線MN故障保護(hù)動作原理進(jìn)行分析，探討正確的動作方案：

根據(jù)圖3所示，以潮流從Es和ER流向母線M及N為保護(hù)正極性。當(dāng)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線MN上發(fā)生瞬時性故障時，兩側(cè)保護(hù)都檢測到電流為正方向，可互發(fā)允許信號，兩側(cè)斷路器跳閘切除故障；若分布式電源提供的短路電流難以達(dá)到N側(cè)方向縱聯(lián)保護(hù)動作門檻值，2DL拒絕動作，1DL處檢線路無壓自動重合閘檢測到線路有壓，自動重合閘不啟動，因此需由N側(cè)根據(jù)M側(cè)所發(fā)允許信號，由所設(shè)弱饋保護(hù)通過手跳信號啟動本側(cè)斷路器跳閘，并聯(lián)跳高、低壓側(cè)上網(wǎng)電源，同時轉(zhuǎn)發(fā)允許信號給M側(cè)使對方跳閘。由于2DL不啟動重合閘，母線失壓。

圖3 系統(tǒng)等效電路圖

1DL處檢線路無壓自動重合閘檢測到線路無壓重合閘重合成功，為線路L2故障提供備投電源。備自投裝置檢測母線無壓，線路L2有壓無流，投入系統(tǒng)電源S2，恢復(fù)系統(tǒng)電源供電。上網(wǎng)電源DG1、DG2中，保護(hù)B及保護(hù)A都配有自動同期合閘裝置，同期合閘成功，恢復(fù)變電站分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)運行。若主保護(hù)拒動，則由后備保護(hù)經(jīng)延時跳開2DL并聯(lián)跳高、低壓側(cè)上網(wǎng)電源，備自投裝置啟動完成上述相同操作。

3.2 配網(wǎng)饋線故障正確動作分析

根據(jù)10kV系統(tǒng)等效(圖2)及相關(guān)論述，配電網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生故障時，保護(hù)裝置誤動或拒動的根本原因是分布式小電源對故障電流的助增或助減作用。因此，傳統(tǒng)的單向梯級式保護(hù)是難以適應(yīng)的，需探索新的保護(hù)方法。

3.2.1 Agent簡介

代理(Agent)是一種能連續(xù)、獨立、自主地感知環(huán)境并實現(xiàn)其功能的計算單元或軟硬件實體[2]。通常Agent具有如下主要特性[3]：

(1)自治性：Agent組成的系統(tǒng)中沒有推理和控制的中心，各個Agent直接連接傳感器和執(zhí)行器，自主地完成任務(wù)，通過簡單的消息傳遞來通信。

(2)交互性：具有自學(xué)習(xí)能力，能向上級或同級學(xué)習(xí)，互相協(xié)作。

(3)反應(yīng)性：能感知外界環(huán)境的變化，并做出必要的反應(yīng)。

(4)主動性：有自己的目標(biāo)，不是被動地針對環(huán)境變化反應(yīng)，能主動地組織行為實現(xiàn)目標(biāo)。

在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)用時，Agent視為分布合作的解決問題的智能節(jié)點，作為一個檢測單元或一個保護(hù)裝置，它具備執(zhí)行任務(wù)必需的知識、Agent交互的接口、與環(huán)境進(jìn)行交互的手段，能自治地完成一系列任務(wù)，或通過網(wǎng)絡(luò)與其他Agent的協(xié)作來解決問題[4]。

3.2.2 基于Agent的配網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)Agent的技術(shù)功能、特點及分布式上網(wǎng)小電源對配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，利用Agent系統(tǒng)在多端電源、雙回線以及環(huán)網(wǎng)等情況下，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲姓业焦收细綦x點。為此，將Agent系統(tǒng)劃分為下列幾個代理模塊：

(1)分布電源代理：含分布式電源設(shè)備信息，電功率、電壓、電流、頻率，連接狀態(tài)。

(2)客戶代理：主要監(jiān)視重要和非重要負(fù)荷的電能消費狀態(tài)，控制負(fù)荷優(yōu)先級別狀態(tài)。

(3)控制代理：包括監(jiān)視系統(tǒng)各間隔電壓和頻率、斷路器狀態(tài)、故障特征量。線路故障時，本線路Agent根據(jù)分布電源代理、客戶代理提供的關(guān)鍵信息，及自身檢測到的故障特征量，綜合判斷，快速判別故障類型和故障區(qū)，根據(jù)故障的嚴(yán)重程度，按照最優(yōu)方案決定保護(hù)的動作方式。

圖4 Agent保護(hù)系統(tǒng)簡易架構(gòu)圖

4 結(jié)語

通過詳細(xì)的分析分布式上網(wǎng)電源對配網(wǎng)典型接線網(wǎng)絡(luò)中備自投裝置、系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線路保護(hù)裝置及配網(wǎng)饋線保護(hù)裝置的影響，提出了系統(tǒng)電源聯(lián)絡(luò)線路保護(hù)裝置和備自投裝置正確的動作邏輯；并在介紹Agent的主要特性基礎(chǔ)上，搭建解決配網(wǎng)饋線保護(hù)裝置誤動或拒動的簡易保護(hù)系統(tǒng)架構(gòu)。

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Discussion on Several problems of a Distribution Network Relay Protection for Multiple Power Sources

PENGLing

(China Railway 21st Bureau,Lanzhou 730030,China)

A typical radial distribution network due to a large number of supply chain access,make it difficult to relay protection and automatic safety devices operate correctly,This paper summarizes and analyzes the multiple power of the original distribution network access protection and security several important problems affecting the operation of the automatic device,contact discusses system power line protection devices and device considering the correct action logic;and on the basis of introducing Agent,built to solve the distribution network feeder protection device malfunction or refuse to move simple protection system architecture.

multi power source;relay protection,action logic,communication protocol

1004-289X(2015)04-0009-03

TM71

B

2015-04-20