讨论分布式电源对配网继电保护的影响

阎凯

摘要：本文分析了某固定位置接入DG对三段式过电流保护动作行为的影响，并简要论述了DG对自动重合闸的影响，及对熔断器之间配合的影响。目前国内外专家学者针对这一问题已开展了相关研究，如：有人就提出利用串联电抗器限制短路电流，从而消除分布式电源对原继电保护协调性的问题；另外有人根据广域保护的概念提出了基于多Agent的广域电流差动保护系统，对含有分布式电源的配电网有很好的应用前景，但还需要完善的通信网络。

关键词：分布式电源；配电网；继电保护；自动重合闸；熔断器

中图分类号： U224 文献标识码： A

前言：分布式电源(distributedgeneration，DG)是指分布在配电网中功率为10kW～50Mw，小型模块化并布置在用户附近的高效、可靠的电源系统，本文以10KV馈线保护为例，通过

在配网不同位置加入DG，探析分布式电源的加入对配网继电保护的影响，供大家参考。

1、传统配电网的结构及保护介绍

目前，我国大部分的中低压配电网都是单侧电源、辐射型网络。保护装置装设在靠近母线的馈线断路器处，一般需设置三段式电流保护，即：电流速断保护、限时电流速断保护、定时限过电流保护。而在非全电缆线路，还配置了三相一次重合闸装置，保证线路在发生瞬时故障时，尽可能快地恢复供电，保证供电可靠性。

电流速断保护可以瞬时切除故障，根据被保护线路末端发生短路时，产生最大短路电流使电流保护不应该动作为原则，即按躲开本线路末端最大短路电流进行整定，但不能保护线路全长，运行方式变化很大时，有可能没有保护范围；定时限过电流保护需要延时切除故障，按躲开下一条线路电流速断保护的动作电流为原则，保护能够完全保护本线路全长，与电流速断保护构成主保护；过电流保护动作时限按“阶梯型”原则进行整定，动作电流按躲开本线路最大负荷电流进行整定。

2、各种类型分布式电源提供短路电流的大小

各种容量的分布式电源接人配电网中，在发生故障时分布式电源将对故障点提供故障电流。对继电保护而言，我们只需要将分布式电源模型用一个电源串联一个电抗的模型表示。因此需要研究的重点是，在发生故障时分布式电源能提供多大的故障电流。而不同的类型的分布式电源有着不同的电抗值，它表征了该不同电源的故障电流注入能力。Barker等对各种类型分布式电源的故障电流注入能力进行了深入研究，如表l所示。

3、DG接入对原配电网保护的影响

电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护，因构成保护原理简单，可靠性高，在低电压等级电网中能快速切除故障元件，故在配电网中有广泛的应用，但本身受系统运行方式和故障类型影响很大。当配电网中接入DG后，原有的单电源辐射型网络变成了多电源网络，系统潮流也随之改变，在发生短路时，短路电流和短路电流方向也发生很大变化(图1)。

K2点发生短路

B3没有短路电流流过，不会影响相邻馈线保护。B2流过的短路电流不仅由系统s提供，DG也提供短路电流，助增电流会使保护距离延伸，保护可能会失去选择性。B1感受的短路电流虽然只由系统s提供，但故障电流比接人DG之前K2点短路要小，而且随着接人的DG容量越大，B1感受到的故障电流越小，故Bl的灵敏性降低，保护可能拒动。

K1点发生短路

B2和B3感受不到故障电流，对其保护没有影响。B1短路电流虽然是系统s提供，但是电流大小要比未接人DG时小(和接入DG容量有关)，Bl灵敏性降低，严重时可能使保护出现拒动。(3)K3点发生短路

B2感受不到故障电流，对其保护没有影响。Bl感受到DG提供的短路电流，若接人DG容量大，短路电流过大，可能会引起B1误动作，失去选择性，系统和DG也会解列。B3感受到系统S和DG共同提供的短路电流，B3保护距离延伸，可能会引起保护的误动。

因此，通过以上分析，配电系统并入DG之后对三段式电流保护的影响主要表现如下：导致本线路保护灵敏性降低，严重时使保护发生拒动；导致非故障线路保护范围延伸到下一条线路，保护误动，从而使得保护失去选择性，扩大事故影响范围。

4、DG对自动重合闸的影响

根据以往经验，在配电网故障中，瞬时故障所占比例高达80％以上，自动重合闸装置的使用对提供供电可靠性，减少停电次数起到了至关重要的作用，特别是对配电网单电源辐射型网络尤其如此，故在非全电缆线路必须加装三相一次重合闸装置。

在DG引入配电网之前，自动重合闸在恢复瞬时性故障线路供电时，不会对系统产生很大的冲击，故障线路一般都能恢复正常供电。但当DG引入后，线路因故障而跳闸，故障线路部分不再和电网相连。DG很有可能在故障后没有和配电网断开，继续向负荷供电，形成电力孤岛。电力孤岛保持功率和电压在额定值附近运行，但这些看似正常运行的孤岛对自动重合闸造成很大影响。

非同期重合闸。

当DG与系统解列之后，DG很有可能不能和电网继续保持同步，出现了较大的相位差，非同期重合闸时会产生很大的冲击电流或电压，这在现代电力系统中是不允许发生的。

故障点持续电弧。

在DG脱离系统之后，可能继续对故障点输送电流，产生持续性电弧，最终导致自动重合闸失败。

因此，DG的并人使得自动重合闸对瞬时性故障恢复产生很大的影响。DG侧需装设低周、低压解列装置，在重合闸动作之前，将DG从故障线路中切除，而且为了避免故障点持续电弧的影响，重合闸动作时限应适当延长。

5、DG对熔断器保护的影响

熔断器能够在线路中出现不被允许的大电流时，由电流流过流体产生热量将熔丝熔断，从而对故障线路进行隔离，它是不可逆的。通常熔断器安装在配变高压侧或者线路末端和线路分支处。如图2，熔断器F1与F2相互协调配合实现线路的保护。当线路末端K5点发生故障时，流过F2和F1的故障电流相等，但是F2的熔断时间要小于Fl的熔断时间，F1还没有开始动作F2就已经熔断，实现了对故障线路的隔离，进而保证了选择性。

但如果在线路上引人DG(如图3)，配电网变成了一个多电源网络。当K4点发生故障时，流过熔断器F2和Fl的短路电流相等。但为了保护选择性，K4点故障时，要求F1要先于F2动作，即F1的熔断时间要小于F2；而当K5点发生故障时，要求F2要先于F1动作，即F2的熔断熔断时间要小于F1，这样使得上下游熔断器不能实现配合，无法保护选择性。

6、结束语

分布式发电是电力系统发展的一个主要方向，但是大量的分布式电源的并网运行，将深刻影响配电网络结构以及配电网巾短路电流的大小和流向，给配电网络继电保护带来很多不利影响。

参考文献：

[1]梁宜．2l世纪电力前沿技术的现状及发展[J]水利电力科技，2002，28(4)：1—8．

[2]BARKER P P，DEMELLO R W．Determining the impact of distributed generation on power systems：Partl—Radialdistributionsys—terns[C]HIEEE Power Engineering Society SummerMeetingNewYork，USA：IEEE，2000(3)：1645一1656．

[3]梁振锋，杨晓萍，张娉．分布式发电技术及其在中国的发展[J]．西北水电，2006(1)：51—53．

[4]胡成志，卢继平，胡利华，等．分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J]重庆大学学报：自然科学版，2006，29(8)：36．39．