分布式电源接入对继电保护的影响

王 胜

(国网福建省电力有限公司厦门供电公司，福建厦门 361004）

分布式电源接入对继电保护的影响

王 胜

(国网福建省电力有限公司厦门供电公司，福建厦门 361004）

基于分布式发电的特点和配电网继电保护配置现状，详细分析了分布式电源接入对配网继电保护所造成的影响。

分布式电源；继电保护；影响

0 引言

分布式发电(DG）主要指分散式、模块化、发电功率不大(一般30～50 MW）的发电单元。分布式发电清洁无污染，且点多面广，能有效缓解能源危机，也可作为集中式大电网的有效补充(大电网故障时，分布式电源继续工作，可减少停电范围）。但分布式电源的接入，将改变配电网的传统单源辐射状结构，进而改变短路时的潮流参数，最终影响继电保护的正确动作。因此，推广分布式电源，首先就要研究其对配网保护的影响程度。

1 配电网继电保护配置现状

我国配网的拓扑结构主要分树状、放射状、环网状3类，但就实际运行来说，这3类均可归结为单源型(环网的分段开关是断开的）。适合单源型的保护配置因无需判断方向，一般都较为简单。

(1）三段式保护。即无时限电流速断保护(Ⅰ段）、限时电流速断保护(Ⅱ段）、定时限过电流保护(Ⅲ段）。这3类保护中，Ⅰ段保护按躲过本线末端最大短路电流整定，无延时动作，不能保护全线；Ⅱ段保护按躲过相邻线路Ⅰ段保护定值整定，有延时，能保护全线且延伸到下一级线路的一部分；Ⅲ段保护按躲开本线最大负载电流整定，动作时限遵循“阶梯”原则(即比下一级线路的Ⅲ段保护多一个Δt）。

现阶段，Ⅰ段和Ⅱ段一般作为馈线主保护(大多情况下只选Ⅱ段保护），Ⅲ段一般作为本线近后备以及下一级线路的远后备保护。

(2）反时限保护。即动作时限与短路电流大小成反比的一种保护。在这种保护方式下，故障点距离保护安装处的远近决定了保护动作的特性。

(3）自动重合闸。对于全架空线路或电缆占比较小的混合线路，一般要投自动重合闸(断路器跳开后1.5～3 s启动重合），以确保线路以较大概率躲过瞬时性故障的影响。

2 分布式发电对三段式保护的影响

2.1 DG接入馈线中间的情形

构建如图1所示含DG的配网结构。首先对DG1接入系统的情形(将DG2忽略）进行探讨。

图1 含DG和三段式保护的配网结构图

(1）若DG1下游处有故障。当f2点短路，电源Es和DG1均对故障点“贡献”短路电流，这样会造成流经保护P1的短路电流较DG1未接入时要小(DG1起到了分流作用），使P1的动作能力降低，甚至拒动。另一方面，保护P2检测到的故障电流比DG1未接入时要大，也就是P2的保护范围会增大，有可能出现误动。

(2）若DG1上游处有故障。当f1点短路，若DG1容量较小，则流经P1的故障电流几乎不受影响，P1应该能可靠动作，但DG1会使故障点电弧复燃，影响重合成功；若DG1容量超过一定阈值，则因其提供的是反向故障电流，势必“中和”一部分Es提供的短路电流。从保护检测角度看，P1感受到的故障电流会减弱，从而出现保护拒动。

(3）若相邻馈线故障。当f3点短路，Es和DG1将共同作用于故障点，使得流经P4的电流增加，即扩大了其保护范围。另外，保护P1处必然感受到DG1提供的反向故障电流，但因其不具备方向判断能力，故存在误动的可能。

2.2 DG接入馈线末端的情形

如图1所示，当只考虑DG2时，情形如下:

(1）若f1点短路，P2必承受DG2提供的反向故障电流，只要这个电流够大，P2即会动作(误动）。而P1受影响的程度视DG2容量大小而定，DG2容量超过阈值，P1会拒动，反之则正常动作。

(2）若f2点短路，P3必承受DG2提供的反向故障电流，存在误动可能。P1、P2受影响的程度则和DG2容量大小有关。

(3）若f3点短路，P1～P3均会因DG2的反向故障电流而启动，至于是否动作则与DG2容量有关。P4则承受Es和DG2的共同作用，保护灵敏度有所增加，但由此会导致其瞬时速断保护与限时速断保护的重合，使保护缺少选择性。

3 分布式发电对反时限保护的影响

3.1 DG接入馈线中间的情形

构建如图2所示的网络。首先对DG1接入系统的情形(将DG2忽略）进行探讨。

图2 含DG和反时限保护的配网结构图

(1）当P1～P2区段有短路，流过P1的故障电流比DG1并入前要小。根据反时限保护的特点，P1的动作延时会增加，不利于故障快切。但一般反时限保护的裕度较大(相较于分布式发电的容量来说），P1不至于因其拒动。P2检测到反向故障电流，可能会误动。

(2）当P2～P3区段有短路，P3不可能检测到短路电流，因此不受影响；流经P1、P2的电流会较DG1接入前偏小，但由于反时限过流保护的裕度大，因此能可靠动作，只是动作时点偏长。

(3）当P3以下有短路，P3不但感受到系统S提供的故障电流，还感受到DG1提供的短路电流，因此其灵敏度将上升，比正常情况下更加快速地切除故障。

3.2 DG接入馈线末端的情形

如图2所示，当只考虑DG2时，情形如下:

(1）当P1～P2区段有短路，P1检测到的故障电流基本为系统侧电源提供(虽然理论上DG2提供反向电流，但因距离远几乎为0），因此其保护动作不受影响。P2、P3必然启动，但是否动作取决于DG2容量。

(2）当P2～P3区段有短路，虽然DG2的反向短路电流会减弱系统侧电源提供的经过P1、P2的短路电流，但因反时限裕度大，可认为P1、P2的动作特性不受影响，P2能可靠动作。

(3）当P3以下区段有短路，P1～P3的短路电流基本由S确定，虽然灵敏度下降，但一般在允许范围之内，保护能快切故障。

4 分布式发电对自动重合闸的影响

大量统计数据表明，配网故障的80%左右都是瞬时性的。所谓瞬时性，就是馈线断路器跳掉之后，故障处的短路电流能在1～2 s或更短的时间内熄灭并自行恢复线路的绝缘强度。

对于瞬时性故障，要求尽量避开，以提升供电可靠性。自动重合闸也正是基于此目的而专门设计的。但运行事实告诉我们，在DG引入配网后，重合成功率大大下降，其原因为:

(1）故障点自行熄弧的条件被破坏。DG引入情况下配网发生故障，即使馈线保护动作跳开系统侧电源，但若DG未与系统解列，则其会不断向故障点“贡献”电流，使瞬时性故障发展为永久性故障，导致重合失败。

(2）非同期合闸。馈线断路器跳闸至自动重合闸动作的这个时间段内，若电力孤岛存在，则其因不受系统约束而可能与系统电源产生一定的相角差，这也会导致重合失败。

5 DG机组失稳对继电保护的影响

分布式发电和配电网其实是相互影响的，即DG的电源输出特性使配网故障时的短路电流分布、大小等要素发生变化。同时，配网故障造成的波动也会使DG机组产生失稳。当然，这种失稳反过来又会影响到配网的保护定值。归纳研究成果如下:(1）DG容量越大或接入点离故障处越远，则其越不容易失稳。(2）如果每次DG机组失稳都出现在故障发生后的0.3 s以内，且能被瞬间切除，那么其接入只影响到电流保护Ⅰ段；如果DG机组在故障发生0.3 s之后才失稳，那么其接入将同时影响电流保护的Ⅰ、Ⅱ段。

6 结语

根据大量理论分析可知，分布式发电接入配网是存在一定消极作用的，特别表现在对原继电保护和自动装置的影响上。但这种影响不是不可克服的，只要认真分析，利用继电保护的原理，通过修改定值、限制DG容量、增加保护措施等方法，就能使DG和配网和谐共处。

[1]曹泽兴.分布式电源对配网继电保护的影响[J].电源技术，2013(3）

[2]陆飚.探究分布式发电对配电网继电保护的影响[J].通讯世界，2013(9）

2014-10-16

王胜(1981—），男，福建厦门人，工程师，研究方向:电力调度。