分布式电源对电网继电保护的影响及对策

张静芳

(广东电网有限责任公司惠州供电局，广东 惠州 516003)

0 引言

近年来，随着传统电源的发展面临越来越大的压力，分布式电源(distributed generation，简称DG)，这一新型能源供给方式因具有高效、节能、环保等优点，在多个国家快速发展。

欧美国家发展DG产业较早，现已初具规模。我国发展DG起步相对较晚，2010年国家电网发布了Q/GDW 480—2010《分布式电源接入电网技术规定》。预计到2020年，我国DG装机占比将达到约9 %(去除小水电后，约占5 %)，将成为我国电力供应体系中的重要部分。

DG在电力系统中所占比重增加，对传统电网提出了新的挑战和要求，加剧了电网安全运行的复杂性和不确定性。在适当的DG布置和电压调节方式下，DG可部分消除电网的过负荷和堵塞，增加电网裕度，提高可靠性。但是如果DG未能与系统的继电保护配合，则可能使保护误动作。近年已经出现多起DG导致重合闸失败的事故。以下分析DG对电网继电保护的影响及应对措施，重点研究优化DG上网线路重合闸的对策。

1 DG与继电保护配合问题

1.1 DG对继电保护的影响

DG并入电网后，对电网继电保护装置的动作可能产生如下几个方面的不利影响。

(1) 短路电流增大。同步发电机型DG并网运行时，短路电流可能达到额定电流的十几倍，尤其当DG数量较多时，需要考虑其集聚效应。

(2) 继电保护装置将会有反向短路电流流过，如原继电保护不具备方向性，则并联分支故障时，会引起本分支保护误动。

(3) 影响继电保护之间的配合关系。当故障点位于DG下级电网时，将导致流过DG下级保护的电流变大，流过DG上级保护的电流变小，可能导致下级保护误动、上级保护拒动，DG输出功率越大，影响越严重。当故障点位于DG上级电网时，假如没有方向元件，DG上级的各保护之间可能会失去选择性。

1.2 防止继电保护不正确动作的措施

为防止DG接入后继电保护不正确动作，可采取下列措施。

(1) 完善上网线路的保护配置。DG并网线路应优先采用光纤差动保护，在满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性要求时，也可采用距离保护或电流电压保护。

(2) DG项目接入时，应对短路电流作出专门的计算分析，确认短路电流不会超标，校核系统的继电保护装置定值是否需要做相应修改。DG接入涉及大规模保护改造或更改定值时，应更改接入方案，尽可能选取对系统保护影响小的接入方案，优先采用专线直接接入母线的方式。

(3) DG侧发电机、变压器应配备电压保护、频率保护以及防孤岛保护，DG侧保护定值应与系统侧保护定值配合整定，确保短路故障和缺相故障等情况发生时，DG能迅速从电网断开。

2 DG上网线路重合问题

2.1 DG对重合闸的影响

自动重合闸装置是提高供电可靠性的重要装置。但DG上网线路故障跳闸后，小电网可能出现崩溃或失步，致使与大电网间存在较大的电压及频率差值，导致同期重合闸无法实现；而且由于DG的存在，使其上网的母线上仍有电压，因而也无法实现检母线无压重合。这样，即使是瞬时故障也会使重合闸失败。

2.2 提高DG上网线路重合闸成功率的措施

2.2.1 延长重合闸整组复归时间

电网从解列到瓦解，时间从几毫秒到几秒、几十秒甚至更长。因此，重合闸整组复归时间要足够长，如满足Q/CSG110035—2012《南方电网10 kV～110 kV线路保护技术规范》的要求，则不小于10 m in。

2.2.2 合理整定重合闸动作时间

合理整定重合闸时间，可以有效提高重合闸成功率。对于系统侧，时间影响不大，可按照正常设置。对于DG侧，应考虑不同运行工况下机组的调节性能和响应速度，建议采用慢速重合闸。

2.2.3 微电网运行

微电网(M icro Grid)是一种由DG、储能和负荷共同组成的小型低压系统。微电网通过控制实现网络内部的电力电量平衡，可并网或独立运行。理论上，并网线路故障跳闸后，可通过微电网实现孤岛运行，再人工进行同期并网。微电网要考虑风/光/气、冷/热/电等不同形式能源的合理配置与科学调度，但由于成本较高、储能技术不足、标准缺乏以及市场障碍等一系列因素限制，现在我国的微电网技术还处于探索阶段。一般来说，目前DG上网线路跳闸后不允许孤岛运行，不建议采取微电网运行再同期并网的做法。

2.2.4 解列重合闸

在DG上网线路故障后将DG解列，再通过检母线无压方式重合。解列将增加DG的跳闸几率，对DG所带负荷及机组都有影响，具体实施时应分析对DG及其所带负荷的影响。如果要使DG始终保持运行必须有特殊的设计，确保DG的燃料或辅机电源不间断供电。目前应用较普遍的可行方案是解列重合闸。

3 解列DG的方法

3.1 配置联切回路联切DG

如图1所示，A为220 kV变电站，B，C为110 kV变电站，其中C站有DG，线路L2是其上网专线。为提高线路L1的重合成功率，可配置联切回路联切DG。

(1) 在QF2保护配置联跳QF3的回路，L1故障跳QF2的同时联跳QF3；或QF2仅配置跳QF3的回路，退出跳QF2的回路，L1故障不跳QF2只跳QF3。

(2) 在B站主变保护配置联跳QF3的回路，L1故障通过B站主变零序过流或间隙过流和零序过压保护联跳QF3。

上述方法只需增加联切回路，但仅适用于DG上网线路级数不超过2级的情况。

图1 单DG单级上网线路

3.2 采用远跳形式联切DG

如图2所示，A为220 kV变电站，B，C，D为110 kV变电站，其中D站有DG，线路L3是其上网专线。

图2 单DG多级上网线路

在B站配置远跳装置，L1，L2故障通过远跳联切线路L3。

此方法能实现多级串供上网线路的联切，但需要有远跳装置及通道的支持。

3.3 调整保护范围

将解列点保护定值按保护多级串供线路全线范围整定，保证任一线路故障时，先解列DG。

以图2为例，D站QF6保护为解列点，灵敏度按线路L1+L2+L3总长整定。线路故障，先将DG解列；QF2保护按与QF6保护配合整定，QF4保护按与QF2保护配合整定；其余保护按正常配合整定。也可将上一级C站的QF4或QF5设为解列点，使用QF4解列时，QF4需增加联跳QF5的回路；使用QF5解列时，QF5保多级线路灵敏段保护退出方向。

此方法适用单个DG多级串供上网的情况，只需增加联跳回路，但整定较复杂。尤其是解列点存在既要保证多级串供线路全线灵敏度，又要躲220 kV站其余110 kV出线故障的矛盾，在复杂电网中往往难以实现定值配合。

3.4 退出保护

通过退出DG上网串供中间线路DG侧的保护，保证上网线路或变压器保护、发电机保护等将DG解列。

如图3所示，A为220 kV变电站，B，C，D，E为110 kV变电站，其中C，D，E站DG2，DG1和DG3，为110 kV电源，DG2为10 kV电源。

图3 多DG多级上网线路

退出串供的中间线路DG侧QF2，QF4线路保护；对于110 kV并网的DG1和DG3，依靠上网专线DG侧保护QF6，QF8，发电机保护等解列。对于10 kV或35 kV电压等级上网的DG2，由其上网的110 kV变压器T1的零序电流保护或间隙过流及零序过压保护解列。

此方案可适用单个及多个DG多级串供上网的情况，且无需增加装置和回路，但较为依赖DG侧的保护装置及管理。

3.5 配置自动解列装置

在DG电厂或其第1级上网线路的变电站侧配置自动解列装置，在其上网的110 kV线路跳闸后，通过高(低)频、高(低)压判据对DG进行解列。

根据《电力系统安全稳定导则》，暂态和动态过程中系统中枢点母线电压下降持续低于限定值(一般为0.75倍基准电压Un)并且时间超过规定，或任何时刻频率高于51.5 Hz、低于47.5 Hz，则电网失去稳定。因此，建议发电机组保护在电压低于0.8Un或频率低于47.8 Hz时，解列机组，加快电网恢复速度，为重合闸做准备。

以图3为例，可在B或E站安装自动装置解列DG3，在C站安装自动装置解列DG2和DG1，在DG上网线路故障跳闸后，通过高(低)频、高(低)压判据进行解列。此方法适用于多个DG在不同110 kV站上网的情况，特别是多个DG通过10 kV或35 kV馈线接入110 kV主变的情况。但此方法需要增加自动装置，实现周期较长。

上述解列方法短期通过保护联切升级、退出保护，调整定值实现，中期通过增加远跳回路实现，远期通过增加高(低)频、高(低)压功能实现。这些方法可单独使用，也可组合使用。

4 大容量DG上网分析

如图4所示，A为220 kV变电站，T1，T2为A站主变。B，C为110 kV变电站，B站有大功率上网的DG，上网功率超过A站任一台主变。在正常运行方式下，如DG机组跳闸或L1线路跳闸，将造成T1，T2负荷剧增，威胁主变的安全运行。如考虑DG机组跳闸等因素，不得不将T1，T2容量空出DG机组的负荷来运行，将造成主变容量的浪费。在这种情况下，需要在A站加装过载切负荷装置，在DG跳机，T1，T2负荷急增时，快速切除C站负荷，保证T1，T2运行安全。即便如此，加装安全自动装置也不能完全解决问题，特别当T1故障，同时由于故障电流冲击造成DG跳机，将对T2造成危害。

因此，大容量DG在规划时就应考虑通过电压高一等级的线路上网。Q/GDW 480—2010规定：DG总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25 %。

图4 大电源上网线路

5 结束语

DG是未来电力发展的一个重要方向，采取切实有效的DG并网管理措施将非常重要。以上介绍了DG并网影响继电保护的问题，并从规划DG接入点、连接方式、自动解列装置配置、定值配合等方面入手，给出了解决DG导致重合闸失败等问题的多种措施和方法。近几年来，我国对DG的研究逐渐增多、加深，但与世界前沿科技水平仍存在一定的差距，所以，挖掘DG技术的应用潜力，促进DG与系统继电保护及安全自动装置的协调配合仍是研究的重点。

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