淺談分布式電源對配電繼電保護(hù)的影響

季夏軼

摘 要：分布式電源的出現(xiàn)對我國電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要意義，但同時(shí)也給配電網(wǎng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來不利的影響。文章簡要說明了分布式電源的概念，分析了其的大量接入對配電網(wǎng)的影響，最后提出應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：分布式電源，配電繼電保護(hù)，影響

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）29-0087-02

1 概 述

當(dāng)下，由于電力需求不斷增大以及資源短缺所造成的雙重矛盾，致使分布式電源在我國發(fā)展速度較快，其的出現(xiàn)不僅提高了配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，而且還能夠在一定程度上減少電網(wǎng)損耗，并且相對于傳統(tǒng)的大功率發(fā)電機(jī)組而言，其具有環(huán)境影響小、可再生等優(yōu)勢。但是各種分布式電源接入配電網(wǎng)后，會(huì)給配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來新的特征，系統(tǒng)的潮流方向也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，從而制約著電網(wǎng)的正常運(yùn)行，對原有的繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生了不良的影響。因此，對含有分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)迫在眉睫。

2 分布式電源的概念

分布式電源（Distributed Generation）簡稱DG，是指功率為數(shù)千瓦到數(shù)十兆瓦之間的，不直接和輸電系統(tǒng)相連的獨(dú)立電源系統(tǒng)。目前的分布式電源主要由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、生物發(fā)電、燃料電池和燃?xì)廨啓C(jī)組成。分布式電源普遍具有減小線路損耗、緩解輸配電容量、改善電能質(zhì)量、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要作用。

3 分布式電源的接入對繼電保護(hù)的影響

配電網(wǎng)是接入用戶端的最末環(huán)節(jié)，以往的配電網(wǎng)主要涉及放射性、單電源等結(jié)構(gòu)，相對而言，其結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。而分布式能源的接入，改變了其原先的結(jié)構(gòu)，潮流方向也會(huì)發(fā)生變化，給傳統(tǒng)繼電保護(hù)配置帶來了許多新的可能和問題。

3.1 分布式電源接入前的配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置

傳統(tǒng)配電網(wǎng)大多是單電源輻射型供電網(wǎng)絡(luò)，采用了一些原理簡單的保護(hù)，也不需要繼電保護(hù)配置，具備方向性，例如：過電流和過電壓保護(hù)、距離保護(hù)。其中，階段式電流保護(hù)最為常用。

當(dāng)線路因故障導(dǎo)致跳閘后，配置三相一次重合閘，不分相跳閘。在故障后，確保及時(shí)重合，恢復(fù)供電。

3.2 分布式電源接入對配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置的影響

如分布式電源接入之后，配電網(wǎng)就會(huì)形成多源供電的現(xiàn)象。如果母線的末端出現(xiàn)了問題，則會(huì)極易引起分布式電源和主電源出現(xiàn)故障?；诖?，可將其表達(dá)式設(shè)為：

If=Is+Ig

其中，If表示已故障的電流；

Is用于表示主電源短路的電流；

Ig則是分布式電源短路電流。

由于分布式電源的存在，極易導(dǎo)致If增大，出于保護(hù)配電網(wǎng)的因素，繼電保護(hù)就會(huì)自動(dòng)切斷故障線路，以確保配電網(wǎng)的安全。如果If急劇增大，則可能超過裝置所能夠承受的極限，這將會(huì)引發(fā)其他裝置在此情況下切斷線路，進(jìn)而導(dǎo)致其他故障范圍增大。

此外，在母線中間的保護(hù)裝置出現(xiàn)了故障的情況下，雖然Is和Ig可能不會(huì)有非常明顯的變化，但是由于分布式電源電壓遠(yuǎn)小于主電源，若為故障點(diǎn)提供電壓的時(shí)間較長，會(huì)導(dǎo)致線路電壓大大降低，從而引起配電網(wǎng)面臨著局部的崩潰。

因此，分布式電源接入以后，對電源保護(hù)的負(fù)面影響則會(huì)十分明顯，如果處置不當(dāng)極易造成故障停電的面積不斷擴(kuò)大或出現(xiàn)局部大面積電網(wǎng)崩潰等不利后果。

3.3 分布式電源對重合閘裝置的影響

為了預(yù)防電路瞬時(shí)性的故障，一般會(huì)在配電網(wǎng)內(nèi)安裝重合閘裝置，這種裝置可以在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)迅速起到重合的作用，用以確保電網(wǎng)在短時(shí)間內(nèi)能夠恢復(fù)至正常運(yùn)行的狀態(tài)。而在接入分布式電源后，多電源網(wǎng)絡(luò)使重合閘的難度變大，可能會(huì)導(dǎo)致重合不成功。

3.3.1 故障點(diǎn)拉弧

接入分布式電源后，如果線路出現(xiàn)了故障，保護(hù)動(dòng)作只能夠?qū)⒐收宵c(diǎn)與系統(tǒng)主電源隔離，而分布式電源依然能夠通過線路提供故障電流，則會(huì)生成持續(xù)電弧，甚至損害保護(hù)裝置絕緣層，擴(kuò)大故障，將應(yīng)該能夠短暫恢復(fù)的故障轉(zhuǎn)化成為永久性的故障。

3.3.2 非同期合閘

當(dāng)出現(xiàn)饋線同時(shí)，在兩端為主電源與分布式電源雙端供電時(shí)出現(xiàn)了故障的情況下，為了徹底解決故障，則需要兩端的短路保護(hù)器在瞬間同時(shí)發(fā)生作用，才能夠達(dá)到徹底切斷電源的目的。所以，想要通過重合閘及時(shí)恢復(fù)供電，就必須處理好檢同期的問題。此時(shí)如果饋線的功角擺開較大，則會(huì)產(chǎn)生大電流沖擊現(xiàn)象，這不僅會(huì)在一瞬間內(nèi)破壞配電網(wǎng)及其部件，甚至可能引發(fā)火災(zāi)等安全事故的發(fā)生。

3.3.3 破壞重合閘與保護(hù)器之間的配合

分布式電源的接入，會(huì)影響重合閘與繼電保護(hù)裝置的配合關(guān)系。在出現(xiàn)故障時(shí)，因?yàn)榉植际诫娫丛龃罅硕搪冯娏鳎瑒t會(huì)使重合閘位置的電力有所降低，從而導(dǎo)致瞬間內(nèi)的熔斷絲搶先一步發(fā)生作用，進(jìn)而破壞重合閘與保護(hù)器的正常配合。

4 減少分布式電源對配電繼電保護(hù)影響的措施

綜合前文對分布式電源接入配電網(wǎng)的影響，可以通過以下幾種措施進(jìn)行改進(jìn)：

4.1 加裝方向性元件

加入分布式電源后會(huì)影響故障點(diǎn)電流方向、大小和分布，導(dǎo)致繼電保護(hù)失去選擇性，可以通過在分布式電源上游兩側(cè)加裝方向性元件，在保護(hù)的對側(cè)加裝斷路器解決該問題。這樣，當(dāng)某一線路兩端注入功率方向?yàn)橐徽回?fù)時(shí)，就可以判定是否為本區(qū)域內(nèi)的故障。

對于分布式電源的下游線路，則可以將分布式電源作為輔助電源，在保留原有的階段式電流保護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行重新整定，使得分布式電源供電與主電源供電保持一致，這能夠有效避免其它保護(hù)器的誤啟動(dòng)。

4.2 加裝故障限流器

隨著電力電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如今的故障限流器已經(jīng)可以達(dá)到在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為無電抗的程度。

即，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，成為阻抗器進(jìn)行限流，減少短路電流的作用。這可以有效防止分布式電流接入配電網(wǎng)時(shí)增大短路電流，引起誤啟動(dòng)或者造成局部大面積故障停電的現(xiàn)象。

4.3 加裝低周低壓解列裝置

正常時(shí)，分布式電源與配電網(wǎng)并列運(yùn)行，但當(dāng)主電源因故障停電時(shí)，分布式電源則將承擔(dān)全部負(fù)荷。所以，如果分布式電源總?cè)萘啃∮谪?fù)荷的總?cè)萘窟_(dá)到一定程度，分布式電源將不能保持額定轉(zhuǎn)速。這就是說，分布式電源側(cè)的周波將可能降低。嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)狗植际诫娫蹿呌谕＾D(zhuǎn)的狀態(tài)，即系統(tǒng)周波崩潰。

此時(shí)應(yīng)用低周減載裝置，可按預(yù)定方案切除相應(yīng)的負(fù)荷，使系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)、用電處于基本平衡的狀態(tài)。在分布式電源側(cè)加裝低周低壓解列裝置可以降低非同期合閘和故障點(diǎn)拉弧給系統(tǒng)帶來的不利影響。此外，還可以通過適當(dāng)延長重合閘動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間，使分布式電源在合閘前就能夠斷開與故障點(diǎn)的聯(lián)系。當(dāng)線路重合時(shí)，系統(tǒng)側(cè)能夠起到檢線路無壓的作用，使得分布式電源側(cè)檢同期合閘成功。

4.4 系統(tǒng)分區(qū)

當(dāng)電網(wǎng)中有大量分布式電源接入時(shí)，可以進(jìn)行系統(tǒng)分區(qū)，通過斷路器連接各個(gè)區(qū)域，將在線感應(yīng)故障、識(shí)別故障類型和故障區(qū)域以及向相應(yīng)的斷路器發(fā)出跳閘信號(hào)的功能通過配電站處的繼電器來完成。

為保證非故障區(qū)域的正常運(yùn)行，由斷路器來隔離故障區(qū)以及切出故障區(qū)的分散式電源系統(tǒng)。主繼電器則實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)故障的重合閘。

4.5 建設(shè)含分布式電源配電自動(dòng)化系統(tǒng)

加快含分布式電源配電自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程，革新保護(hù)方案，通過配電自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，可以及時(shí)加以調(diào)整和優(yōu)化，在其出現(xiàn)故障時(shí)，迅速地找到故障點(diǎn)，并快速進(jìn)行隔離操作，從而能夠及時(shí)的恢復(fù)供電，達(dá)到減小故障損失的目的，并且還能通過合理的控制電壓水平和無功負(fù)荷，維護(hù)電網(wǎng)安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，提高電能質(zhì)量。

5 結(jié) 語

隨著如今對電力需求與日俱增的影響，以及國家對分布式電源發(fā)展的支持，構(gòu)建含分布式電源的配電網(wǎng)已是必不可免的趨勢。雖然分布式電源優(yōu)勢相對而言較大，發(fā)展前景也更為廣闊，但其對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的不利影響也將越來越突出，因此行之有效的應(yīng)對措施則成為了當(dāng)務(wù)之急。電力科研人員應(yīng)該加快在此方面的研究，減小分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的損害，以助力于分布式電源的發(fā)展。

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