分布式電源配電網繼電保護的優化措施

楊慢慢，高明亮，朱亞軍

（冀北承德供電公司，河北 承德 067000）

分布式發電指的是利用非可再生能源或可再生能源構成的各種小規模的發電系統。不僅可直接連入到配電網中并網運行，而且可為當地用戶提供電能。在實際使用過程中，如果直接在原有的配電網絡上接入分布式電源，會使配電網上的潮流發生變化，在出現短路時也會使母線短路電流發生變化，導致配電網出現保護定值不配合、繼電保護失效等問題。為了保證配電網可以穩定運行，需對分布式電源接入電網時繼電保護的優化措施進行探討。

1 分布式電源的概念

分布式發電又叫分布式功能或分散式發電，一般將小型發電裝置布置在用戶附近，然后利用風能、生物質能、太陽能等分散存在的可再生能源進行發電。一般情況下，分布式發電容量可達到幾千萬和幾十兆瓦。分布式電源優點如下。

（1）分布式電源輸配電比較簡單，能耗較低，可以直接向用戶進行供電，不需要重新搭建輸電線路，建設更加簡單，投入成本小。

（2）分布式電源需要投資的單機容量小，并且不需要建設大的配電站、變電站和電廠，安裝成本低，投資小，施工工期短。

（3）分布式電源一般都是利用風能、太陽能、氧氣、天然氣等對環境污染比較小的能源來進行發電的，屬于綠色清潔能源。

（4）能源可利用效率高。在布置分布式電源時，一般是根據實際情況就近在用戶端進行布置，布置的安全性和靈活性更高，既可以并網運行，又可以孤島運行，不僅保證了供電的可靠性，同時也提高了電網的服務能力。

2 分布式電源對配電網的影響

當前，我國配電網主要采用輻射狀進行設計，但對于城區來說，配網設計更為復雜，為了保證供電可靠性，有些地區已經逐步形成環狀網結構。但目前運行的配電網系統并沒有考慮在配網和用戶終端中接入分布式電源，而且配網的二次保護也主要基于沒有分布式電源接入的結構上進行的結構設計。一旦有大量的分布式電源接入到配電網系統，勢必會對配網的結構造成影響，甚至會影響到配電網的安全運行。一般情況下，分布式電源接入配電網后主要會產生以下幾個方面的影響。

2.1 對電流保護產生影響

在分析分布式電源繼電保護對電流保護產生的影響進行分析時，利用電網模型進行分析，同時將模型分成了3段來進行電流保護。在引進分布式電源之前提前將數值設置好，連接圖見圖1。從圖1可看出，在分布式電源接入模型中，將分布式電源連接到饋線2末端母線C點，此時配電網由單電源供電轉變成了多電源供電，在一定程度上影響了配電網絡電流保護。總的來說，主要包括C點故障、E點故障和F點故障3個方面。

圖1 分布式電源

（1）如圖1所示，如果C點產生故障，在這一情況下，分布式電源位置流入的電流和短路點流入的主電源電路電流沒有發生過大的變化。同時，保護點3不會受到主電源短路電流的的影響，短路點依然會有分布式電流流入。因為主電源電壓遠遠大于分布式單電壓，出現故障后會使線路電壓變小，進而使電網局部位置出現了崩潰的情況。

（2）當圖1中E點產生故障后，很容易使分布式電源和主電源同時出現短路電流，可利用式（1）進行表達。

式（1）中：Is為主電源短路電流；Ig為分布式電源單路電流；If為產生故障后的短路電流。

短路電流進入到保護1后，會直接導致電路電流變大。為了保護配電網安全運行，此時保護1點的配電網可以根據設計要求將故障線路切斷，并使電網中的電路電流迅速增加，隨著短路電流的不斷增加，電流值會超過保護點1能承擔的最大電流值，一般情況下，會啟動保護點2，并自動切斷故障線路，導致停電范圍進一步擴大。

針對上述問題，在處理的過程中，可以考慮在分布式電源連接的位置布置斷路器，并使用保護點3進行控制。如果產生故障，會將分布式電源立即切斷。

當圖1中故障點F產生了故障，分布式電源會將電路電流送至保護點3、4、6，一旦短路電流值超出了允許的電流值，保護點4和6就有可能會進一步出現誤動，并進一步使停電故障范圍進一步擴大。經過進行深入的分析后證明，將分布式電源接入到電網中后，會對配電網中的電流造成比較大的負面影響。如果沒有處理好這個負面影響，很容易產生故障，并使電網出現大面積崩潰或停電的情況。

2.2 對重合閘裝置產生影響

配電網實際運行過程中，考慮到配電網會產生瞬時故障，一般會將重合閘裝置安裝到配電網上，如果有故障，在配電網中安裝的重合裝置則馬上重合，從而使電網快速進入正常運行的狀態下。該裝置主要包括前、后兩種重合閘裝置。通常情況下，會在符合＜35kV的發電站和發電廠導出支配線路上布置前合閘裝置，重合閘裝置見圖2。

圖2 重合閘示意圖

（1）從圖2可看出，如果配電網中未能接入分布式電源，一旦故障在饋線2出現，保護點4則會自動切除故障線路，同時會在4min以內自動開啟重合閘，然后自動重合保護點4，進而使配電網重新進入正常的運行狀態下。不過這種故障只對瞬時故障有效。一旦接入分布式電源以后產生故障，雖然保護點4會自動切斷出現故障的線路，但依然會有短路電流從分布式電源輸出，并使故障點位置不斷的出現電弧，使絕緣保護層被損壞，逐步形成永久性故障。

（2）分布式電源接入到線路中后，分布式電源會和作為主電源的饋線AC向兩端同時進行供電。如果AC段產生了故障，想要將這種故障解決，就需要安裝到兩端的斷路器一起進行保護，只有這樣才能完全切斷電源。但要想利用重合閘瞬時作用使供電恢復，如果AC兩端功能角過大，在AC段會產生非常大的沖擊電流，此電流會對電器元件和配電網造成非常大的破壞，嚴重時還有可能引發火災。

（3）分布式電源會影響保護器和重合閘之間的聯動配合。當分布式電源未接入配電網時，如果產生瞬時故障，只需要利用重合閘就可以將故障切除，并使供電恢復正常，并避免熔斷絲被熔斷。如果有分布式電源接入，出現故障時會使保護器中的電流值變大，并使重合閘電力降低，瞬時故障出現后，熔斷絲會立即熔斷，影響重合閘的正常作用，破壞保護器和重合閘之間的聯動。

2.3 對線路和繼電器穩定性產生影響

在配電網中接入分布電源后，分布式電源會導致電流增加，并使繼電器和線路的發熱量增大，進而對其熱穩定性產生影響。所以，需要提升設備性能，或者重新校驗設備的熱穩定性。在低頻甩負荷的過程中，要對分布電源能提供的功率進行分析和考慮，并對丟負荷的分配情況進行重新考慮。另外，接入分布式電源后會產生一系列的安全問題，對電網的穩定性以及操作人員的人身安全造成影響。

3 分布式電源配電網繼電保護優化措施

3.1 安裝方向性元件

在分布式電源網配電繼電保護系統中，通過使用方向性元件安裝到分布式電源兩側，可以保護安裝到配電網中的斷路器。一旦線路兩端功率產生正、負兩種情況時，可以準確地分析出故障點。對于下游電源線路，分布式電源接入后可以將其作為阻增電源，此時可以使用三段式電流實施保護，從而避免保護器電源產生誤動，并使兩個電源間供電保持相同。

3.2 在配電網中安裝故障限流器

在分布式電網中安裝故障限流器，會使電路中的短路電流變大，進而產生大面積局部停電或誤動的情況。為了降低故障率，需在配電網中安裝故障限流器。在配電網實際運行過程中，正常運行狀態下故障限流器并未發揮作用。但在出現故障時，故障限流器會馬上發揮出阻抗的作用，降低弱短路電流。而通過分布式電源提供電流時，故障限流器處于失效的狀態下針對這一情況，可以用超導故障限流器帶起故障限流器，從而提升阻抗效果。

4 結語

綜上所述，在配電網中接入分布式電源時除了要考慮其優勢以外，還需考慮接入分布式電源后對配電網繼電保護產生的影響。