分布式電源的接入對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響

程杰　李昕

摘? ?要：在低壓配電網(wǎng)中的保護(hù)主要是以三段式電流保護(hù)為主，可以快速正確地切除故障。隨著分布式電源（Distribution Generator， DG）的接入，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的保護(hù)受到了嚴(yán)重的影響，針對這一問題，分析了DG接入對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響，分別討論了DG上游、下游和相鄰饋線發(fā)生故障時的情況。

關(guān)鍵詞：三段式電流保護(hù)? 配電網(wǎng)? 分布式電源

中圖分類號：TM773.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）03（b）-0016-02

電流保護(hù)具備簡單、可靠、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，在大多數(shù)的情況下可以迅速地切除故障，在配電網(wǎng)中是最常用的保護(hù)方式[1-2]。三段式電流保護(hù)分為三段：電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)。隨著DG接入配電網(wǎng)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式和潮流的方向也會發(fā)生改變，流過保護(hù)的電流也會隨之變化，此時可能會引起三段式電流保護(hù)的拒動或者誤動[3]。因此，研究DG接入對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響對于配電網(wǎng)繼電保護(hù)方案的改進(jìn)與升級具有重要意義[4]。

1? 傳統(tǒng)配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)

如圖1所示，配電網(wǎng)中的任意點(diǎn)發(fā)生了三相或兩相短路時，其短路工頻周期分量的計(jì)算式為：

式中，ES為系統(tǒng)等效電源的相電動勢;Zk為短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處之間的阻抗;Zs為系統(tǒng)等效電源到保護(hù)安裝處之間的阻抗;Kk為短路類型系數(shù)。

（1）電流速斷保護(hù)的整定。

電流速斷保護(hù)一般只能保護(hù)本段線路的一部分，當(dāng)BC段線路上發(fā)生短路故障時，對保護(hù)R2來講，希望其能夠瞬時動作，即速斷保護(hù)的動作時限，則其整定的動作電流要大于母線C上短路時產(chǎn)生的最大短路電流，即大于在最大運(yùn)行方式下C母線上發(fā)生三相短路時的電流值，則保護(hù)R2的動作電流為：

引入可靠系數(shù)=1.2～1.3是由于非周期分量的影響、實(shí)際的短路電流也許會大于計(jì)算得到的值、保護(hù)實(shí)際動作得值可能小于其整定值和相應(yīng)的裕度的影響等。

（2）限時電流速斷保護(hù)的整定。

限時電流速斷保護(hù)在所有情況下都可以保護(hù)線路的全長，其保護(hù)的范圍延伸到相鄰的下級線路上，以保護(hù)R1為例，為了保證其選擇性，其動作時限比下級線路速斷保護(hù)的動作時限要多一個時間階梯?t，引入可靠性配合系數(shù)，一般取為1.1～1.2，則得到保護(hù)R1的動作電流為：

（3）定時限過電流保護(hù)的整定。

定時限過電流保護(hù)能夠作為本段線路主保護(hù)拒動時候的近后備保護(hù)，也可以作為下級線路主保護(hù)拒動或斷路器拒動時候的遠(yuǎn)后備保護(hù)，也可以作為過負(fù)荷時的保護(hù)，其保護(hù)出口的動作時間是固定的整定時間。其按照躲過線路正常運(yùn)行時的最大負(fù)荷電流的方法來整定，則其整定電流為：

式中，為可靠系數(shù)，通常采用1.15～1.25;Kss為自啟動系數(shù)，數(shù)值大于1，應(yīng)該由網(wǎng)絡(luò)具體接線和負(fù)荷性質(zhì)來確定;Kre為電流繼電器的返回系數(shù)，通常采用0.85～0.95;為正常運(yùn)行時的最大負(fù)荷電流。

保護(hù)R3位于線路的末端，故障時能夠瞬時動作，其動作時限即為保護(hù)裝置固定的動作時間。對保護(hù)R2而言，為了保證動作的選擇性，可以引入時間階段?t，通常取?t= 0.5s，則保護(hù)R2的動作時間：

以此類推，保護(hù)R1的動作時限應(yīng)該比相鄰元件的保護(hù)動作時限多一個?t，這樣能夠充分體現(xiàn)出保護(hù)動作的選擇性。

2? DG接入對配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響和仿真分析

分布式電源接入系統(tǒng)之后，處于各個位置的保護(hù)會受到不同的影響，因此為了方便研究，可以將系統(tǒng)分為3個區(qū)域：DG接入點(diǎn)和系統(tǒng)電源母線之間稱為DG上游，饋線末端到DG接入點(diǎn)之間稱為DG下游，沒有接入DG的那一側(cè)饋線稱為相鄰饋線[5]。含DG的配電網(wǎng)示意圖如圖2所示。

（1）DG上游故障。

故障發(fā)生在分布式電源的上游時，如圖2所示，DG接入母線C處，此時DG的上游也就是AC段區(qū)域是雙端供電，當(dāng)BC段線路發(fā)生故障F2時，故障點(diǎn)兩側(cè)的系統(tǒng)電源和DG同時向故障點(diǎn)提供故障電流，此時對于保護(hù)R2而言，無論DG接入與否，其短路時的線路的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，短路的阻抗也沒有變化，它的感應(yīng)的故障電流仍然只由系統(tǒng)側(cè)提供，所以其故障電流大小不會發(fā)生變化，則保護(hù)R2仍然會正常動作，不受DG接入的影響。

當(dāng)AB段線路發(fā)生故障F1時，其對應(yīng)的保護(hù)R1感應(yīng)的故障電流只由系統(tǒng)電源提供，大小不變，所以保護(hù)R1會正常動作。但是此時的保護(hù)R2會感應(yīng)到來自DG向故障點(diǎn)提供的反向故障電流，如果感應(yīng)到的故障電流值大于保護(hù)R1的整定值，保護(hù)R1將會誤動作。

（2）DG下游故障。

故障發(fā)生在分布式電源的下游時。如圖2所示，此時DG的下游也就是CE段區(qū)域是單側(cè)電源供電，當(dāng)DE段線路發(fā)生故障F3時，由系統(tǒng)電源和DG一起向故障點(diǎn)提供短路電流，使得此時流過保護(hù)R3和保護(hù)R4的電流增大，保護(hù)R3和R4的靈敏度也增加了，提高了其保護(hù)動作的可靠性，有利于其保護(hù)對故障的切除，并且DG離保護(hù)越近，其增流的作用越大，保護(hù)的靈敏度也會增加。但是若是DG的增流作用過大，使得在發(fā)生F3故障時流過保護(hù)R3的電流過大，超過其電流整定值的話，保護(hù)R3可能會誤動作。

（3）DG相鄰饋線故障。

故障發(fā)生在相鄰饋線時，如圖2所示，此時相鄰饋線AG段區(qū)域是單側(cè)電源供電，當(dāng)FG段線路發(fā)生故障F5時，由系統(tǒng)電源和DG一起向故障點(diǎn)提供短路電流，使得此時流過保護(hù)R5、R6的電流增大，保護(hù)R5和R6的靈敏度也增加了，有利于其保護(hù)對故障的切除。但是若是DG的增流作用過大，使得在發(fā)生F5故障時流過保護(hù)R5的電流過大，超過其電流整定值的話，保護(hù)R5可能會誤動作。當(dāng)保護(hù)R5的出口處發(fā)生故障F4時，流過保護(hù)R5的保護(hù)電流由系統(tǒng)電源和DG共同提供，流過保護(hù)R5的電流會有所增加，保護(hù)R5的靈敏度也會有所提高，此時保護(hù)R1能夠感應(yīng)到由DG流向故障F4的故障電流，當(dāng)這個故障電流足夠大時，可能會造成保護(hù)R1的誤動作。

3? 結(jié)語

本文主要研究分析了DG對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響。先就未接入DG時的傳統(tǒng)三段式電流保護(hù)進(jìn)行分析，然后再對DG接入對配電網(wǎng)的電流保護(hù)的影響進(jìn)行分析。經(jīng)分析得出，DG接入之后，處于不同位置的保護(hù)會受到不同的影響，其可分為三個區(qū)域：DG上游、DG下游和相鄰饋線，DG的接入會使其下游和相鄰饋線的發(fā)生短路故障時的短路電流增加，會增加保護(hù)動作的靈敏性，但其短路電流的增加也可能會導(dǎo)致保護(hù)的誤動作，對于其上游的保護(hù)，故障時可能會流過反向的故障電流從而導(dǎo)致保護(hù)的誤動作。DG的接入會使配電網(wǎng)保護(hù)的選擇性、靈敏性和可靠性發(fā)生一定的變化，有時會造成保護(hù)的誤動作。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳健斌.淺析分布式電源對配電網(wǎng)三段式電流保護(hù)的影響[J].機(jī)電信息，2014（18）.

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[4] 武星，殷曉剛，宋昕，等.中國微電網(wǎng)技術(shù)研究及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].高壓電器，2013，49（9）：142-149.

[5] 郭建勇，李瑞生，李獻(xiàn)偉.微電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014，42（10）：135-140.