分布式電源接入下的配網故障定位分析

馬斌

國網河南省電力公司新鄉縣供電公司 河南新鄉 453000

分布式電源指的是一種功率在10kW-30MW的小型獨立電源，在電網運行中具有調峰、提高供電可行性的特點，且具有性價比高、能量利用效率高等優點，因此目前被廣泛應用于配網系統中，以此保證供電系統的可靠性和穩定性。雖然分布式電源接入配電網系統中，能夠提高供電的可靠性和降低系統的損耗，但是也有其局限性所在，主要是會對配電網的拓撲結構、故障電流大小和方向進行改變，容易引起保護裝置誤操作的情況，同時還會增加配網故障定位的難度。為此，以下通過建立分布式電源接入配網系統模型，結合電壓電流、接入前后等值阻抗變化量的計算依據，以此有效進行配網故障區段的定位[1]。

1 分布式電源接入前故障區段的等值阻抗變化

以10kV配電網線路拓撲結構為例，在接入分布式電源前，通過對其故障區段和非故障區段的等值阻抗進行分析，從而明確分布式電源接入前故障發生前后各線路段的等值阻抗變化。

首先，設10kV配電網系統的線路為S，阻抗為Zs，則各線路段AB、BC、CD、DE的阻抗分別是Z1、Z2、Z3、Z4，E為下游線路等值阻抗ZE，短路過度電阻為Rg。

其次，以BC線路為故障區段，并對非故障區段CD進行分析檢測，以此獲得等值阻抗。在正常運行的情況下，設B處保護測量的電壓和電流分別為UB、IB，故障前B點的等值阻抗為：ZB=UB/IB；發生故障后B處保護測量的電壓和電流為U’B、I’B，故障后Z’B=U’B/I’B，且無論故障點是在BC的首段還是末端，，因此根據B點故障前后的電壓電流對比其等值阻抗大小可得：，即在BC段故障發生之后，等值阻抗沿著B點向線路下游逐漸變小。

最后，由于C點在故障點B的下游，沿著C點向線路下游進行觀測，等值阻抗基本沒有變化，因此可獲得結論：在線路故障發生后，故障區段的等值阻抗會變小，而非故障區段的等值阻抗基本不變。

2 分布式電源接入后故障區段的等值阻抗變化

將分布式電源接入配電網系統后，對發生故障的區段的等值阻抗變化進行測量，需要考慮兩種情況，一種是分布式電源位于故障點的上游，另一種是分布式電源位于故障點的下游[2]。

2.1 分布式電源位于故障點的上游

首先，仍是以10kV配網線路為例，在C點接入分布式電源，此時AC線路段成為雙電源供電方式，其與線路保持單一電源供電方式不變。

其次，在分布式電源位于故障點上游時，需要考慮繼電保護裝置的整定情況，為了確保電流斷路保護動作的選擇性，應保證B點的保護整定動作電流大于C點的最大短路電流，這樣一旦CD區段出現故障，則C點作保護動作，而B點不作保護動作。

最后，對分布式電源位于故障點上游時故障區段的等值阻抗變化進行測量。由于是在C點接入分布式電源，因此在C點的下游電流主要是由分布式電源和系統電源兩個部分提供，即，則在CD段發生故障后，分布式電源并不會對C2處的短路電流產生影響，因此 。因為B點的保護整定動作電流大于C點的最大短路電流，所以非故障區段BC的電流值要比B點保護整定值小，通過此方法可區分出故障區段和非故障區段。

2.2 分布式電源位于故障點下游

首先，在C點接入分布式電源，設BC段為故障區段，則C點的分布式電源仍然為故障點提供電流。同時，通過上述可得知，無論故障點是在BC段的首段還是末端，此時B點的電壓和電流主要是由系統電源提供，接入的分布式電源并不會對B點的電壓電流產生影響。

其次，設分布式電源阻抗為ZDC，則BC段的C1處在正常運行和故障后測量的電壓和電流分別是UC1、UC2和U’C1、U’C2，故障前后C點的等值阻抗分別是ZC1=UC1/UC2、Z’C1=U’C1/U’C2。

最后，由于BC段為雙電源供電，因此無論故障點是在BC區段的首段還是末端，故障前后的電流電壓等值阻抗大小關系為：，因此從C點向線路下游看去，CD段、DE段等非故障區段的等值阻抗基本沒有發生變化。

3 分布式電源接入后配網系統故障定位分析

基于上述10kV配網在接入分布式電源前后的故障區段等值阻抗變化量分析結果可得知，可根據各個檢測點的等值阻抗變化量大小差異進行故障區段的識別，且并不會受到分布式電源輸出電流的影響，只需要對故障區段和非故障區段的等值阻抗變化量值進行計算，便可完成故障定位工作[3]。另外，在分布式電源接入配網系統后，需要考慮在不同故障條件下各檢測點的等值阻抗變化量，如果是發生三相接地故障，則分布式電源接入前后對故障區段的電壓電流及阻抗值影響為以下幾點：

在分布式電源未接入之前，設BC段發生三相對稱短路故障，此時B點電壓會有所降低，而電流反之增大，從B點向線路下游看去等值阻抗值也會變小。C點下游電壓電流及等值阻抗不變。

在C點接入分布式電源后，正常運行情況下，各檢測點電壓電流會隨著分布式電源輸出電流增大而增大。

在C點接入分布式電源后，BC段處于三相接地故障情況下，故障區段的B和C1兩個檢測點的電壓會減小，并且故障產生的部分電流會被分布式電源吸收，隨著分布式電源輸出電流的增大，吸流效果更明顯，此時線路的電流就會變小，等值阻抗也會相比較故障前更小。

由于分布式電源位于故障點下游時，此時經故障點上游保護電流變小，所以可能會導致現有的保護不適用。針對這一情況，可借助上述判斷對區段首段等值阻抗大小的關系進行故障區段的判斷。