光伏并網對電網繼電保護的影響及對策

周 潔，耿 鵬

1.國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000

2.北京中恒博瑞數字電力科技有限公司，北京 100085

0 引言

對于傳統的配電網而言，繼電保護裝置是用來保護電流在輸電線路中單一流向穩定運行的重要裝置。通常情況下，安裝在大于10 kV電壓上的繼電保護裝置的主要功能是保護階段式電流，且不會安裝任何引導電流方向的元件。基于此，文章主要分析光伏并網對電網繼電保護的影響，并提出相關解決對策。

1 光伏并網對電網繼電保護的影響

對于傳統的配電網而言，繼電保護裝置是用來保護電流在輸電線路中單一流向穩定運行的重要裝置。通常情況下，安裝在大于10 kV電壓上的繼電保護裝置的主要功能是保護階段式電流，且不會安裝任何引導電流方向的元件。分布式光伏接入原有的配電網后，原有的配電網構成會發生一定程度的變化，其結構會從原來的簡單結構轉變成多電源共用的復雜體系，其流向會具有多元化的特征。一旦并網后的系統出現小規模的短路或其他故障，會導致系統或光伏電站中的電流流向故障點，使故障區域的短路電流逐漸增大，進而導致配電網的繼電保護裝置無法及時發揮出自身的保護作用，造成電路問題[1]。

1.1 對三段式電流保護的影響

三段式電流是我國電路建設初期最為常見的電路保護裝置，而當光伏發電接入含有三段式配電系統時，會改變原有配電系統的結構。光伏發電并網后對三段式電力線路的影響如下。

（1）光伏并網會影響電路保護的敏感度。在光伏發電線路接入配電系統后，如果原有線路的故障點在光伏發電的下游線路，那么流經該故障點的電流將由光伏發電和配電系統共同提供，在發生電力事故時繼電保護裝置只能分辨出一種電流，從而降低了保護設備的敏感度。

（2）光伏并網后會造成電路保護動作失去原有的準確性。如果原有的輸電線路沒有接入光伏發電，則在發生饋線故障時，流經故障點的電流只會是由原系統提供，繼電保護可以及時對其進行處理，而光伏接入的電網，在發生饋線故障時短路電流會瞬間增加，不但會造成輸電線路的損毀現象，還會造成繼電保護設備的擊穿，從而引發輸電線路火災災害。

（3）光伏并網會造成臨近的電路發生假故障保護動作。接入光伏發電線路后，如果出現線路故障，那么線路故障點處的電阻就會增大，導致本該流經該線路的電流轉向別的線路中，進而造成臨近線路的繼電保護裝置出現假故障保護動作。

1.2 對自動重合閘的影響

現階段，我國的輸配電線路均屬于單側電源結構，在發生輸電線路短路故障時可以進行自動重合閘，進而及時切除對故障點的供電，因此不會對整個配電網系統造成影響。在將光伏發電線路接入原輸電線路后，一旦配電系統出現故障，光伏發電線路的重合閘會將其從配電系統中切除，進而導致光伏發電線路將電流源源不斷地輸送至故障區域，進而導致該條線路的重合閘動作引起電弧現象，使自動重合閘不成功，從而對光伏發電線路造成巨大的影響[2]。

1.3 對熔斷器保護的影響

熔斷器是現階段電力系統中最為常見的一種電力系統自我保護裝置，該設備的主要功能是監控流經自身線路電流的大小，當電流超過熔斷器本身所能夠承受的額定電流后，熔斷器內部的保險絲會自動熔斷，進而形成該條線路的斷路，實現保護配電系統安全的目的。通常情況下，熔斷器的主要安裝區域會在配電變壓器電壓較高的一側，或者輸電線路的各級電路的分支處，如果輸電線路的末端發生電路故障，熔斷器可以第一時間作出相應的反應，進而實現熔斷器對電力線路的保護作用。但是，如果在光伏并網后沒有對線路中熔斷器進行適當的更改，將造成整條輸電線路電流紊亂，導致輸電終端電器的損毀[3]。

2 光伏并網電網繼電保護影響的對策

2.1 利用半導體材料

現階段，我國的光伏發電模式通常是分布式光伏發電，利用太陽能板收集太陽光并將其轉化成電能，進而投入使用。為了解決光伏并網后光伏發電線路對原有輸電線路的繼電保護的影響，電力企業設計利用半導體材料代替輸電線路中某些元件，進而避免并網之后兩種線路之間產生沖突。例如，在日常的太陽能發電建設過程中，利用特殊材料將電能轉化裝置進行替換。雖然使用這種方式能夠有效地幫助光伏并網順利開展，但是替換之后的光伏發電可能會造成一定程度上的電力浪費，或者發生對收集的電能轉化效率過低的現象。同時，電力企業可以將現代科學技術融入光伏并網工作中，實現光伏并網之后光伏發電線路更加柔性化的接入方式，并通過對實際接入線路的不同而選擇不同種類的接口，進而實現對光伏發電線路的電流濾波的目的，降低其對繼電保護的影響，提高輸電線路整體運行的穩定性。

2.2 控制電壓等級

在光伏并網工程中，技術人員應提前對接入線路的信息進行考察，避免錯誤的選擇電機，進而避免對整個并網工作產生影響。光伏并網時不同電壓等級下電機的選擇可參考以下幾點：第一，在光伏發電較為分散且距離當地居民生活區域較近時，技術人員應當了解其發電電壓是否小于10 kV，同時需結合當地居民用電水平來判斷應當選擇何種電機進行電壓濾波，進而實現準確判斷并網后對電網繼電保護裝置的影響。第二，在進行光伏并網工作前，技術人員應當對發電站的發電等級進行優化設計，在發電功率小于或等于8 kV的電網接入配電網時，應當按照10 kV安全設計規定進行設計，進而提高繼電保護設備的保護效果。在發電功率為8～400 kV時，技術人員可以選擇380 kV的設計標準進行必要的電壓調節。

2.3 合理選擇電網接入方式

（1）應用專線接入方式。在進行光伏并網的組網過程中，使用專線接入的方式能夠有效提高電網接入的有效性和安全性。在設計光伏并網前，設計人員應當在接入前對分布式光電進行優化，選擇介于光電與配電網之間的調節電源進行緩存，避免光電直接并入配電網。同時，采用分布式整合方法以提高整個光電之間的連續性，方便電力工作人員在光伏并網的過程中對變電站、開關柜等設備進行有效調節。在光電接入配電網的過程中，要對整條線路的母線和接地線等安全保護裝置進行結構優化設計，充分結合電網能力判斷出母線和接地線的位置，進而更好地發揮母線和接地線的功能。另外，光伏并網還要充分考慮對周邊環境的影響，充分結合并網區域的氣候環境、地質情況以及周邊野生動物數量等，避免光伏并網之后電網會受到自然環境的影響而發生設備故障。同時，需對整條配電網進行智能化改造工作，在合適的地方安裝智能化檢測設備，在檢測電路自身穩定運行的同時，監控周邊環境，進而實現技術人員對電網實時監控的目的。

（2）末端接入方式。在并網條件允許的情況下，技術人員在設計光伏并網工作時應當首先考慮末端并網的方法。該方法能夠有效降低并網之后發生故障的概率，加強對電流流向的故障排查以及相鄰線路之間的自我保護，避免施工人員出現錯誤操作，影響整個線路的整體性與安全性。同時，技術人員在選擇末端接入的方法時，需全面考慮原配電網的各項指標，做好并網之后的故障規避工作，并通過科學的故障管理制度建立并網后的有限元分析法則。另外，技術人員需對已經完成并網工作的配電網進行實時故障檢測，一方面在配電網出現故障時能夠及時進行故障搶修工作，避免造成大范圍停電事故的發生；另一方面對配電網進行監控可以及時收集故障發生前、中、后期的各項數據，從而為技術人員提供故障檢測分析參考依據。通過對故障數據進行計算和分析，技術人員可以制訂預防此類故障的規避方案，實現對光伏并網的繼電保護，降低電力企業的經濟損失。

（3）間歇性切斷方式。在光伏并網時可以選擇面向大電流或者綜合型電流的變壓器，但是在進行光伏并網的過程中，應注意并網方面存在的差異，技術人員應通過在中間點配置必要的接地控制，使中間點可以不受間隙的影響而正常工作，進而實現提高整個配電網系統的安全價值與穩定性。同時，在對光伏并網進行保護的過程中，應考慮到光電線路對變壓器中性點間隙的影響，特別是在配電網電壓持續升高的情況下，變壓器的部分絕緣體可能會受到傷害，因此技術人員應設置一個警戒值，當配電網的電壓增大到警戒值時就會自主切斷電源的供電，實現對整個光伏并網裝置的保護。

3 結束語

綜上所述，在對光伏電源進行并網整合時，需要將原有配電網的供電模式進行改造，將光伏發電融入其中，形成新的供電模式，但是在進行光伏并網時，原有電網的繼電保護裝置會發生故障，從而影響整個配電網絡的正常工作。光伏并網工程會對電網繼電保護產生較大的影響，在光伏并網的發展過程中，電力技術人員需對并網問題進行不斷的分析與研究，探究出科學有效的并網措施，進而提高光伏并網之后配電網的運行可靠性與安全性。同時，技術人員應從并網的實際角度出發，結合光伏發電未來的發展方向設計出相應的繼電保護措施，實現推動我國光伏并網建設快速發展的目的。