（电力系统及其自动化专业论文）分布式发电与配电网保护协调性研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t d i s t r i b u t e dg e n e 埘o n1 l a sb e e n 谢d e l y 捌伯。da s8 ne m c i e m 姐dc l e a i l i i 培p o w e lb u t m eb e s tw a yt ou s ed gi sc o n n e 曲e di t 抽t od i s 乜i b 喵o nn e 懈o r kt og e tc o m p l e m e n t a 巧 a d v 趾t a g e s d i s t r i b l n i o np r o t e c t i o ns y s t e mi sd e s i 印e db yw a yo fr a d i a lt y p eo fas i n g l ee l e c t r i c a l s o u r c e ，d g si n t e r c o 衄e c t i o nm 址r c sm s 订i b u t i o nn e m o r kb e c o m en e t w o d ( t y p eo fm a n y e l e c m c a ls o u r c e s ，a n dt h e nm n ga b o u tp r o t e c d o nn o tt o 叩e r a t en o r m a l l y _ t h ep 印e rs e t s a b o u t t 1 i sp r o b l e m t os t i l d y i n o r d e f t o w o r k o u t i t t h ep 印e rm a k e ss t u d ya c c o r d i n gt 0f o l l o 谢n gs t m c t u r e t h e 丘r s tp a r te x p l a i n sm e b a c k g r o u n d ，t h ee x i s t i i 培c 讯u m s t a n c e s 趴dr e s e a r c ha i m sa th o m ea n da b r 0 8 d t h es e c o n d p a ni n t r o d u c e sp r i m a r ye 删p m e n t sa n dp r o t e c t i o ns y g t e ma b o u tt h ep 印e ri 1 1d i s 缸b u t i o n n e t w o r k t h el a s tp a r td i s c l l s s e se m p h a t i c a l l ys u de 仿c i e n c yo fd i 蹦b u t i o nn 蝴r kb y d ga r nt h e nb 血唱sf o r w a r dt w om e a n st oc o o r d i n a 把m ee f f i c i e n c y ，i 已m a k e1 l s eo fr e a c t o r t or e s t d c tf a u l tc l l r r e n t 锄dr e s 证c tl e v e lo f d c n e 订a t i o n k e yw o r d s ：d j s 仃i b u 吐o nn e 抑o r k ；d i s 倒b u t e dg e n e f a t i o n ；r e 幻r ；p r o t e c t i o ns y s 钯m ；p e n e 们矗0 nl e v e l 2 浙江大学硕士学位论文 1 1 选题的背景和意义 第一章引言 一般而言，分布式发电( d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n ) 是与配电系统( 6 或1 0 k v ) 并联 运行或采用独立小电网的运行方式。分布式发电( d g ) 本身并非一种全新的发电形式，过 去在一些重要的部门或场所如医院、矿山等，用户往往自行安装一些小型发电设备作为 紧急备用电源，他们把小型柴油发电机组作为停电时的事故备用电源，目的是为增加用 电可靠性和安全性；如我国早期燃煤的自备小热电厂，这些也可认为是分布式发电的范 畴。但由于其技术性能差或效率低下，或对环保有影响，已被逐渐淘汰或取代。目前所 谓的分布式发电( 电源) 通常并非指上述的采用柴油发电机组的紧急备用电源或燃煤的 自备小热电厂，而是指以天然气为燃料的燃气轮机、内燃机、微型气轮发电机，光伏电 池、以氢气为燃料的燃料电池，风能发电等。由于其能源多样化、环保、节能、高效等 多方面的优越性，且随着电力市场化的快速发展，使这种发电技术获得人们越来越多的 关注，并在某些方面已获得较大进展( 如燃气轮机、微型气轮发电等技术) 。由于近年来 的电力供需矛盾突出，建设大电源、大电网的周期长、耗资大，而分布式电源作为一种 快速、有效的解决电荒的手段，其接入配电系统后将带来的巨大运行、经济方面的效益 也得到了人们的认可。杭州电力局正是基于急需鳃决电力短缺和对配电网发展的前瞻性 思想的指导下，与浙江大学电气工程学院进行联合开发分布式电源并入配电网的技术。 发展d g 的重要意义主要在于以下几个方面： ( 1 ) 经济性由于d g 可用发电的余热来制热、制冷，因此能源得以合理的梯级利用， 从而可提高能源的利用效率( 达7 0 9 0 ) 。由于分布式电源的并网，减少或缓建了大型 发电厂和高压输电网，缓建了电网而节约投资。同时，使得输配电网的潮流减少，相应 得降低了网损。 ( 2 ) 环保性因其采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源，放可减少有 害物的排放总量，减轻环保的压力；大量的就近供电减少了大容量远距离高电压输电线 的建设，由此不但减少了高压输电线的电磁污染，也减少了高压输电线的征地面积和线 路走廊，减少了对线路下树木的砍伐，有利于环保。 ( 3 ) 能源利用的多样性分布式发电可利用多种能源，如清洁能源( 天然气) 、新能 浙江大学硕士学位论文 源( 氢) 和可再生能源( 风能和太阳能等) ，并同时为用户提供冷、热、电等多种能源应用 方式，因此是解决能源危机、提高能源利用效率和能源安全问题的一种很好的途径。 ( 4 ) 调峰作用夏季和冬季往往是负荷的高峰时期，此时如采用以天然气为燃料的 燃气轮机等冷、热、电三联供系统，不但可解决冬夏季的供冷与冬季的供热需要，同时 也提供了一部分电力，由此可对电网起到削峰填谷作用。此外，也部分解决了天然气供 应时的峰谷差过大问题，发挥了天然气与电力的互补作用。 ( 5 ) 安全性和可靠性当大电网出现大面积停电事故时，具有特殊设计的分布式发 电系统仍能保持正常运行，由此可提高供电的安全性和可靠性。 ( 6 ) 电力市场问题分布式发电可以适应电力市场发展的需要、由多家集资办电， 发挥电力建设市场、电力供应市场的竞争机制。 1 2 分布式发电目前的国内外研究现状 分布式发电作为一种全新的技术，目前在我国被人们认识并没有多长时间。现实生 活中，一些工厂或大型电力用户，他们自备的些发电机在系统电源停供时，作为一种 零时电源使用以提高自身的供电率，这可以作为分布式电源的发展初期阶段。这种方式 的应用在国外发达国家已得到很大程度上的应用。随着能源的短缺和对环境的日益关 注，人们渴望将这些小的电源接入电网，使其能和大输电网系统相结合以获得优势互补， 全面提高电力供应的质量。 在美国、欧洲国家，他们的工业发达，用电负荷大，分布式电源的发展相对中国来 说较早一些，但发展也属于刚刚起步阶段，只是理论上比我国完善。国际电气工程学会 已经制定了分布式电源接入配电系统的相关准则，即i e 髓1 5 4 7 标准。在本研究中，一系 列的假设或条件正是采用此标准进行的。分布式电源的接网，对配电系统的电压将产生 很大的影响，这在国际和国内都有相当的文献可供查阅。本文短路电流和保护方面的研 究也参阅了电压方面的研究成果。在本文研究范围内，国内外的研究成果相对于电压方 面的成果较少，已有的研究成果主要是关于分布式电源对配电线路保护协调方面产生的 影响分析，提出具体解决手段的资料目前还很稀缺。 分布式电源作为一种高效的发电系统，有关专家预测，在未来的一、二十年分布式 电源将占据新增电力需求的l o 一2 0 ，发达国家已经有这方面的一些初步运行经验。我 国能源部门和国家电力公司也已经发布了一些法律和规章。相信，分布式发电必将在配 6 游江大学琰士学位论文 电系统的发展中占据越来越重凝的地位。 1 1 3 本文的霸标和内容 研究内容： l 、寻我分布式电源的搂入辩配宅系统矮鼹电滚酶影豌。 2 、配电系统的重合闸作为一种重要的提高供电可靠性的手段，分布式电源接入厝 对重舍阉赫影响分析。 3 、遵过对配魄弼络绦护系统鹣分褥，考虑分布式秀源接入屠，绦护、重台阉诲谶 方面的问题。 磷究目标： l 、为杭州亳力麓静分布式嘏源接入配彀鹂系统提供个技术、理论指导。 2 、在接入分稚式电源后，嚣已电系统的保护将受到哪烘方面的影响，其配置是否谶 行调整或敬突，及如何调整或改变。 3 、寻我在不对酝电系统保护进行大静改造下，竞许搂入驰分布式泡源鹩最大容擞 等。 鞭鬻成果： l 、结合狡辩壤力局的蓄次分布式毫源并入配电系统的项瞽，给抗髑电力局提供 个在短路电流、保护、准入容量等方筒的技术措施和理论储备。 2 、发表一些笑手分布式敷源下的配电系统保护配量方黼的文章，为我国分布式魄 源的发展做出一点微薄之力。 7 濒迂大学矮士学位论文 第二章配电网络及其一次设备 2 1 配电网中性点接地 载鏊电力系缭孛性点凌蘧方式有三静：( 1 ) 孛往熹褰接按速方式；( 2 ) 孛经熹缀港 弧线圈接地方式 ( 3 ) 中性点不按地方式。 l l o k v 及以上电网的中性点均采用第。( 1 ) 种接地方式。在这种系统中，发生单姻 蜚逡靛漳露接戆愆潞电流缀文，敬称萁受大搂蘧毫滚系统。在大接建毫滚系统中发生鼙 相按珧故障的几率较高，可占总短路故障的7 0 左右，因此要求其接地保护能灵敏、w 靠、快速地切除按地短路故障，以兔危及电气设备的安全。 3 3 5 量v 宅隧鹣中毪纛采溺第( 2 ) 或露( 3 ) 耱菝鲶方凌。在遮穆系统孛，发垒擎 相按地故障时接地短路电流很小，故称其为小接地电流系统。在小接地电流系统中发嫩 单棚按地故障时，并不破坏系统线电压的对称性，系统还珂继续运行1 2 小时，同时 由绝缘釜察装爱震臻无选择穗信号，峦蓬骧入爨采取播藤麴菇清除。袋蠢在特殊倍浼袋 电网比较复杂，授地电流比较大时，根据技术保安条件，才装设有选择性的接地保护， 动作予信号或跳阐。所以，小接地电流系统的接地保护带肖很丈的特殊性。 夺接建电滚系统发生萃稳按地薅静特熹鲡下。 ( 1 ) 当单相( 如a 相) 接嫩时，接地相的对地电容g 被短路，此时电流分布图与向 量器魏下e 孛性杰黪毫压蟊上黪为穗电压一毫，a ，b ，c 三稳对遮毫撩麓 ；o 吼= 岛一也= 压或e 叫坩 ( 卜1 ) 舀c = 襄c 琶。= 曩意j l 甜 贝接熄相( a 褶) 电压为o ，非接地相( b ，c 相) 电压眈藏常相电压升高3 倍， 零序电压 哓= 式中式中k 可靠系数( 对限流式高压熔断器，当一台电力电容器时k = 1 5 2 o ， 当一缀邀力邀容器瓣是= l 。3 一l 。8 ) ： k 一电力电密器回路的额定电流。 3 熔断器开断电流校验 & 藏 ( 2 8 ) 对没有限流作用的熔断器，选择时用冲潞电流的有效饿k 进行校验；对于有限流作 翅瓣熔薮器，在逸滚达襄大值之蔻毫藏赣，数霹苓诗霉溺麓分量影镌，瓣慕爱? 进行校 验。 4 熔断器选择性校验 必了傈证蓠藤瑟缓熔数器之瓣蓑薅甄嚣蕊奄澡( 或受黎) 攥护装嚣之波动露戆逡耩 性，成进行熔体选择性校验。备种型号熔断器的熔断时间可由制造厂提供的安秒特健曲 线上畿出。 辫予缳护亳逶萎感器爱夔寒燕薅瑟器，灵爨按额定邀蔗爱瑟滚容鬃舞穗来遥舞。 e u n “- _ t 图争吨高压熔断器的特性曲线 辫( 2 2 ) 巾，夔线l 代袋最小焙罄毫淡，麴线上豹装熹表骥在魏毫滚下，熔辑 器在襁应的时间德下，开始受剽损伤；曲线2 代表完全熔断毫流。曲线上的某点表明程 1 3 浙江大学璎士学位论文 此电流下，熔断器在相应的时间值下，完全熔断。 2 2 3 电抗器 电力系统中使用的电抗器奔串联电抗器张并联电抗器掰静。 并联电抗器怒嵩匿、超蠢聪线路上俸 镰躅酶一类窀挠器，是疆离线籍的传输筏力 和确保输电质量的一种不可缺少的重要电气设备。随着电力需求的增大，输电电压的不 断提高；跨区域长距离的输电线路的建设，使线路对她的充电电容显蔫增大，给输电系 绞造成了：韬繇受耩产生工鼹浚奄压；攀辐麓趣短路辩嚣敬簿袒篷莲臻大；由于超翁光 功功率过大而使术端电压上升簿问题。为此输电系统安靛了吸收超前无功功率、补偿电 容电流的并联电抗器；同时也娩有效地限制操作过电压。菸联电抗器接线圈按有无铁心 可努为带有气豫的铁心电抗器酾笼铁心懿空一电抗器。蒂裔气隙的铁心式电抗器，蕊结 构盎隳是由铁心和线圈组成的。由于铁磁介质的导磁率极离，而且其磁化曲线是非线性 的，牧电拭器的铁心必须带气辣。带有气隙的铁心式电抗嚣遏拳在1 4 0 一1 5 0 的额定 窀藤下是线健静，瓷帮后电感德约为额定彀聪下电感值鼹5 0 一7 0 。井联电挠器采麓 能够离压端和输电系统直接相遴接，中性点缀小电抗接地的连接方式。 窜联电抗器又叫限流电抗器，有普通电抗器和分裂电抗器两种。串联电抗器是礴搓 并联电容器装置静灌要组成部分，其主要俸瘸是撺箭谮浚辩黻翻涌流，掰诧，在并联电 容器的回路中串联电抗器是非常必要的。 魄力电子技术的广泛应用鸟发展，供毫畚统中增加了大壹的非线性受载，如低愿小 容爨家用电器和离压大容量静工照蘑交、蹇滚交挟装重，特别是静止交流器的采用，蠢 于嵌是以开关的方式工作的，众引起电网电流、电压波形发生畸变，从瓶引起电网的谐 波“污染”。产生魄潮谐波”汾染”驰另一个黧螫原因是电潮接骞j 串击馁、波动性负瑟， 鲡嘏弧炉、大壅轼钢梳、电力橇车等，它 j 农运行中不仅会产生大量辩黼次谐波，丽髓 会使电压波动、闵变、三相不平横日趋严重。 巍予零论文堂簧涉及豹是窜鼗电抗器，所以下面若璧务缓串联毫摭器鹣一些特毂。 1 额定电压和额定电流的潦择 u f 刊、 岛k 港分裂电抗器掰于发电厂的发电机或圭变压器回踌孵，厶。一般按发电机或主要瓷 i 矗 游江大学硕士学位论文 压器额定电流的7 0 选择：而用于变电所主变压器回路时，。取两臂中负荷电流较大 考，警羌受蔫姿秘簿，一般毽绞主交莲器额定容量懿7 秘选择。 2 电抗百分数的选择 ( 一) 普通墩抗器的电抗酉分数的选择 ( 1 ) 接穗缀鼹毫滚鞭裁瑟一定数篷懿要求来遥捶 设要求将短路电流限制到，则电源至短路点的总电抗标幺值矗，为 蕞= 磊， ( 2 一l o ) 式中l 基准电流 所需电抗器蠹勺电抗标幺值为 瓯= ，历毫。五豳媛+ 辐毫。五五s 址讫 舻喾x 惫 沪u 式孛菇。一毫源至毫抗嚣蓊熬系统宅菰标幺僮。 电抗器在其额定参数下的霹分电抗 舻幸喝，学t 粥e 一， 戏中虬一基凇电压 ( 2 ) 歪索运符辩宅垂擐失矗菠验露遴逛蕊器在运费辩，鸯抗爨戆矗扩5 ， 考虑到电抗器电阻很小，且，点要是电流的无功分量产辙，故电压损必 矗溅* 屯等蜘妒s s e h s ， 戏中妒一负荷功率数角，一般s p = 0 8 。 ( 3 ) 母线残聪校验若爨绫邀抗器强路来设置无对双保护，为减少短潞对其链愆 户静影响，当线路电抗器后短踌时，母线残聪，应不低予电随额定值的6 0 一7 0 ，郾 玑刚若猢删 鲰不清足，可知设快速保护或在线路芷常运行电压降允许范围内加大电抗。 滤汪大学磺士学位论文 ( = ) 分裂电抗器电抗酉分数的选择 ( 1 ) 按将簸鼹毫渡羧裁裂簧求篷寒选辑分囊逛抗撩邀魏吾分数可按下式诗冀， 但网分裂电抗器产品系按单臀囱感电抗屯，算出，所以殿进行换算。吼。与屯的关 系与电源连接和限制那一侧短路电流有关。分裂电抗器的接线如图所豕。仅当3 侧露电 滚，l ( 或2 ) 德麓鼹对， 托l = 屯( 2 1 4 ) 警 ，2 侧有意源，3 铡短路时， 1 = 2 吒，( 1 一五) ( 2 1 5 ) 式中五一分裂电抗器的互感系数，如笼厂家资料，取 = o 5 。 在正常遥褥情况下，分甏惫獍器瓣窀嚣羧失穰，j 、，毽两臂受萄交纯弓 越较大的奄 压波动，故要求两臀母线的电服波动不大予姆线额定电服的5 。母线i 段的电压为 强= u 一3 电l 五s 遍姣+ 0 3 屯l 磊之s 溺热 ( 一1 6 ) 因为 喾x 畿 将( 2 一1 7 ) 戏投入( 2 一1 6 ) 式，势豫羰，褥裂l 段母线泡援懿嚣分数 u = 嘞杈毒洳仍一工去s ；n 奶) c z 邗， 1 王 u lu ： 图2 3 分裂电抗器接线圈 式中u 分裂电抗器电源侧电压的百分德。 五、五噩交霹线土受薷毫濂，鲡无受蘩浚瓣，可酝五= e 3 & ，五= 0 7 & 朔、仍一段母线上负荷功率因数角，一般可取c o s 妒= o 8 耀理，l l 段母线豹电歪 1 6 浙江大学硬墨：_ 学位论文 u 2 = u 一屯1 宁s 融缟一磊 l s i n 张) ( 卜1 9 ) i kl k 三、热稳定和动稳定校骏 由于分裂电抗器抵制二臀同时流过反向电流的动稳定能力较低，因此，在可能出现 上滚壤嚣霹，分裂邀菝器豫分别按单罄渡过戆鼹逛浚校验势，逐应按嚣餐疑辩渡过反囊 短路电流进行动稳定校验。 2 2 4 负荷开关 负荷开关是谯配电网络中腹用最广泛的一种设备。负荷开关能分龠正常的负荷电 流，包括一定范围内的过负旖媳流。能耐受短路电流的短对热效应和机械力。但负赘开 关不缝开断短路藏瓣电流，魇菇崧须帮兵鸯弹藐短路藏障电流能力的繇泡设备( 鲡熔叛 器、断路器等) 配合使用。也有一些厂家的负荷开关技术参数中提出可以关合短路电流。 一般来讲，断路器、重合器和熬合分段器应该宥这一能力。可以关会开关技术意义是； 该竣锯不僵麓辞受短籍对静动稳定要求，露纛其豌、静熬受缒在关合矮貉宅流露不致发 生熔焊合变形。至于是否要求负荷开关满足媳技术参数，则要根据该负荷开光在电气 回路中的运行要求丽定。 爨荷开关按缀掏帮灭蔽方式来分，有产气式受穗舞美、压气式受耱开关、s f 受稽 开关、真空负荷开关和油负荷开关等。按安鼗地点来分有户内式和户外溅。环网柜普遍 采用负耩开关和熔叛器作为操 擘和开断短路的电气设备。 备类受荷开关豹特点筒要介绍如下。 ( 1 ) 产气式负荷开关是采用了相应的产气型绝缘材料如聚四氟z 。烯、聚酰胺，三 聚氢胺等，在电路分断电弧推魔下，产气材料产生气压，欢灭电弧，趋剜舞断电流的灭 蔽终馐。 ( 2 ) 压气式熊荷开关是采用压气灭弧原理，开断性懿稳定可靠，w 以频繁操作筒 无嚣更换灭弧元件，亦无s 民泄露危殓，可以安装在环网糍及其他型式辨关桓内。下袭 确出了f n ll 1 2 系弼压气式负赘湃关的技米参数。 序号名称单位 参数 l额定电压k v 1 0 2 最亮羔俸电压姓1 2 3额定频率5 0 浙江大学颈士学位论文 4颡邂电流a6 3 0 5额定有功负荷开断电流，额定闭环开断想巍a6 3 0 6 鼗定辍黠垂茔受毫斑( 2 靠 l c a2 0 7 额趣艟路关台电流，额定峰值耐受电流 l ：a5 0 售 m 赫：t 频耐受电压，柏阃及对地断口n 树4 8 9 雷电冲击耐受电压( 峰值) 相间及对地，断口 k v7 5 ，8 5 o 壤霆魄缓竞电哥旗奄溅&l o n 壤定拜断空载交压嚣k 、强 1 2 5 0 1 2 机械寿由次 2 0 0 0 1 3 额怒开断转移电流 a1 3 0 0 1 4 熔痨 器额定短黠开鞭恕藏 姚3 l ，5 ( 3 ) 真空式负衡开关采用真空开关管的灭弧原理和结构。由于负荷开关无需开断瓶路 电流，因赴结构比较简单，无爨显电弧，可频繁操 乍。可禳性高，不嚣维修。 1 8 滤江大学磺士学位论文 第三章配电系统继电保护 3 1 电流速断保护 泡流速錾保轳霉舞瓣簿甥蘩鼗漳，摄摄棱傺护线路泰璃攫路薅，滚过镍护魏最大短 路电流不应使保护动作的原则燃定，即按躲滟被保护线路宋端最大短路电流整定。黎求 在被保护线路束端短路时，瞬时电流速断保护不会动作。由于该保护的保护范围被搬制 在被绦护线鏊内帮，保涯了选择瞧，霞魏可苏瞬眩魏溺。 图( 3 一1 ) 中曲线l 为当系统在最大运行方式下，线路相应各点三相短路时，流过 保护装置的短路电流l 的曲线，为保证选择靛，应使 十堂警1 广一 i 。 图3 l 瞬时电流遴断的整定及保护范围 磊抽 。 ( 3 一1 ) 式中如瞬对电流遮断保护的动作电流： 厶。装僳护绞路寒鬣短路黪，淡逶保护装鬟熬最大短路邀滚。 将( 3 一1 ) 式写成等式为 l 盘赫= k k i d m * 式中镌一可靠系数，滏采用电磁式融流继电器时，敷墨= l 。2 一1 3 ；当采用感 应式电流继电器时，取瓦= 1 5 一1 6 只有短路电流毛 五酗辩，绦护装置方畿幼俸，所敬瓣糖邃辑不熊辩整个线路怒傈 护作用，只能保护线路一部分，即图中部分。而在图曲线2 表示的最小运行方式下， 绦轳涎羧箍，蕊蠢+ 1 9 濒江大学磺士学位论文 般达到线路全长的5 0 即认为有良好的保护效果，在最小运行方式下能保护线 癸全长l 熨扣吨獬瑟装设。嚣魏，瞬涎毫滚邃瑟绦护鹣较务莛在绞辩鳓溃整路薅靛浚 速切除故障。 下图为电流遮断保护的接线圈。 图3 2 瞬时电流遮断保护装置的接线图 邀浚继毫器i 搿，2 u 接蠡容量，j 、，不貔篷接接逶黢阕绞塑嚣路，掰淡薄一中凌继 电器z j 接通跳闸线圈回路，该继电器一般选用d z 型。游被保护线路上装有管型避嚣 器，则当大气过电压使两相或三相避雷器同时放电时，将造成短时间的相间短路。避群 器敖邈薅耀约为l 一2 震波，遽凝缳护应魏躲开，静电滚燃电器霆寿动穆辩鬻与中阕缱 电器麟有动作时问之和应大予避雷器放电时间，这样保护装置在避雷器放电时才不敢误 动作。从这个角魔看，中间继电器的使用也怒必要的。 3 。2 过电流保护 谯单傩电源供电的网络中，挝圈( 3 3 ) 骈示，备线躐x 一1 州3 电源端烧 设断鼯器l 现，2 d l 3 d l 及僚护装萋l ，2 ，3 ，务保护装置帮分掰有涵定的渤佟对闻，掰滋 保证衡选择地切除线路上发生的相间短路故障。 | ! ：i ：釜= 。 巍线路上d l 点发生短路故障对，短路电流厶由电源缀线路x 一l ，x 2 及x - 3 流 至短路点。由于短路电流毛经谶保护装置l ，2 ，3 ，豆易大予绦护装置l ，2 及3 的电磁式电 2 0 巍茳大学瑗士学位论文 流继电器的动作电流，所以上述备保护装谶的电流继电器均启动。按选择性要求，靛予 薮薅线路x 一3 上黪穰护装爨3 痿韵箨予辑爨器3 。虢麓，3 毽翳瑟巷，矮籍逛滚游炎， 谦护装置l 及2 静电流继电器都应返露。w 觅，过流保护的选择性愚融备个保护装鼹其 有不同的延时动作时间来保诞的，为此必须使 鑫 龟 鑫 ( 3 3 ) 笃成等式 是2 岛+ f 3 叫) = 毛+ & 式中，屯与如分别为保护靛踅1 ，2 及3 的逛时动作时间，即动作时限。f 称为时限 级差，壤撰辑路潞及继逛嚣类型鹊不弱，为e 3 5 o 。7 秽，一般鬻驳0 。s 秒，为获得 一定魏动箨瓣隈，各傈护装餮帮有程盛静辩溺继电器。辩瓣继电器接意廷辩麓舍酶漪淹 应檄据选择性的辨求所决定的保护装置动作时限来调整。 瘸( 3 3 ) 绘凄了整个保护装置动嫠辩鼹霆，壶强掰鼹，各器护装置靛凌终对限大 ，j 、媳扶露户蘩电源邂缀增长驰，越靠近毫漾，过电流绦妒装鬟静紊簿 l 尊黼越长，鲟魄 个阶梯，故称为阶梯形时限特性。由于各保护装置的动作时限都是分剐固定的，与髓路 怠流大枣无关，掰娃这静电流保沪装萋残必定时羧过渡绦护。 舔一线路抟绦妒装置除深护本线路癸，逐瘫起提部下线鼗懿舞蔷傺护箨嗣。翔凝 ( 3 3 ) 中，保护装置2 对保护装置3 起臌备保护作用，即当线路x 一3 故障时，因禁 耱强嚣擐护3 零渤佟凌辩菇嚣3 隗鼹不开辩，保护装鬟2 痰动终，魏舞赣籍器2 黼。 嚣鹾，保护装嚣l 起保护装爨2 融后备保护傍用。 您时限过电流保护装置按线如图( 3 q ) 所示。 梭戚爨护装鬟鳃元替煮： 圈3 4 定时黻过流保护接线圈 浙江丈学碱士学垃论文 电磁式电流继电器l l j ，2 l j ，3 l j ，完成保护裟置的测掇任务。当线路发生短路故障时， 电流蠹巷器l 嚣静二次趣滚越过邀力继毫嚣l - 3 i j 熬动作篷滚，该壤滚遥过毫力继壤 器绫激，使继电器动作。 时间继电器s j ，建立保护糙置需要的动作时限。 傣号继龟臻_ | 凄穆瑟按煮鬻会爱窭绩孽，并滚簿簿措萌豫轳装鬣豹羲手睾。 b c 了先保护出口中闻继电器，当线踌装有两套以上徐护时，各套傈护动作都起动 b c j ，由它发出断路器跳闸脉冲。当线路风脊一套保护装擞，并且时间继电器接点镪爨 够，筲鑫该牙鞠继窀纂接纛蠢接凌逶虢麓线霞霞路。这辩胃琴装设器e j 。 接线圈中b h 为电流互感貉，其作用撼撼线路一次侧大电流眈僦转变为数值较小的 二次电流。通常= 次电流以5 a 为标准。此外，电流互感器还起一次f j 勺商电压与二次测 爨彀穗设冬绝缘隔离侉鬟，蕊了安全，毫滚瑟巷襄二次粼必须接建。熟乏是甄踺嚣d l 的跳阍线匿，d l l 是断路器跳静常开辅渤接点。断路器搿i 开后常歼鞴助接点d l 亦断 开，切断跳闸线阁1 q 中的电力，以防止用中间继电器b 娜的接点断弧烧坏中间继电器 接点。 整( 3 5 鼹定时限避流保护的展开丽。糙开圈是原琏臀的男一种表示方法。谯矮 开豳中，交流电流回路，交流电压回路和盥流韧路分别鲦出。在原理图中所包括的继电 器鞠其它毫嚣鹣各个缝或元静魏绫銎、接纛等在震器强申渡分开蠢在鬯销黪藩静不满黧 路中，属于圊一个继电器的全部元件要注阻同标号，敝便在不同回路中查找。绘制展 开黼时，应尽量按保护装置的劫作顺序，自发至右及自上丽下依次排梦1 j 。展开图的绌构 麓犟，莹凌势鬻瓣表示塞爨护装鬟蕊囊律避鹱。 l i l f 卜弘一聃 鞠3 5 定对袋逑电菠漂护裁罗 籀 3 3 继电保护整定原则： 毁短爨毫流计算采熏馥瑕没条粪惫： 浙江大学礤l 士学挝论文 1 ) 忽略发电帆、调相机、燮匿器、架空线路、电缆线路等阻抗移数的电阻部分， 劳缀定旋转毫瓿豹受害毫摭等予正事毫藐。弱k v 及嚣下鼹蘩窆绫路秘咆缝，姿毫隧与 电抗之比刚) p o 3 时，宣采用阻抗值z 霹2 。+ 石2 。 2 ) 发电机殿调相机豹正序电抗可采用f = o 对的瞬态髓豹饱和德。 3 发逛毅魄动势撂幺镶霹戳矮定等予l ，显耨毽一致。突畜在诗簿线鼹毒 垒穗遮行 电流和全相振荡电流时，才考憋线路两侧凝电桃综合电幼瓣间有一定的糨角差。 4 ) 不考虑短路电流豹衰减。对扭端电掇黝磁豹发愈掇出盈辫近的赦建，瘦烈动佟 对瓣上漩是保护霹嚣葫俸豹蘩求。 5 ) 各级电聪w 采用标幺慎电压或平均电压值，而不滞虑变压器电飚分接头世缄位 要的变动。 6 ) 不诗线踌魄客蕈拜囊萄电滚黪影瘸。 7 ) 不计故障点的相间电阻和接地电阻。 8 ) 不诗短路黉态电流串的# 周鞭分羹，褴其转整宠对波考虑茭影螭。对有针对链 趣专麓势辑( 翔攀放努辑) 和巢些装置翳豫瀑要魏诤冀，霹瑷撮器漆器慕薅某些更魏符 合嶷际情况的参数和数据。 3 。4 继毫保护整定计篝糟裱据 台理地选择继电保护整定计搏用运行方式是改善保护澈果，充分发挥保护效能的关 键乏一。囊毫鬣护整定嚣萋疲以窝霆豹运行努式鸯寝器。紫蘧运孬方式跫搔歪零运行方 式和被保护设祷栩邻近的一回绒或一个元件榆修的正常检修方式。对特殊运行方式，可 以拔专用的运行熄程或者依据鹣对实际情况临时处理，并考虑以下情况； 1 ) 对嚣耪磐絮静褒譬蓑，考瘩震嚣线辩瓣捡鏊或敢鞫缝簿辩魏拜酶滚凌。 2 ) 发电厂谢黼台机组时，应考虑全部停运的方式，即台机组检修时，另一静桃 组故障跳闹，发电厂有三台及以上机组时，诃考虑其中两静容量较大妁机缀同对停避的 方筑。 3 ) 电力系统运行方式应以调度运行部门提供盼书面资料为依据。 浙江大学骥士学位论文 3 s 灵敏性校验 电流拶t e 三相短路电流口小。金属性短路时砰；拿口。所以校验灵敏度时，婴鞭 ：纣瑟卜。一瑶b 甜8 灏江大学秧士学位论文 时，保护装置均能保证可靠动作。 3 6 配电系统蛊动重合瀚 3 6 1 手 么是怠动重合阏 自动重合闸越将因故障跳歼后的断路器按需要自动投入一种自动装置。 电力系统运行经验表明，架空线路绝大多数的故障郝是瞬时性的，永久性故障一般 不剡1 0 。毽鼗，在壹继窀绦护麓律镯豫藏簿之聂，电繇褥鑫羲薅灭，绝大多鼗债鬣下 短路处的绝缘可以自动恢复。因此，自动将断路器重合，不仅提高了供电的安全性。减 少了停电损失，灏且还提高了媳力系统的暂恣稳定水平，增大了高压线踌的送电容擞。 掰激，架空线路簧采焉鸯动羹余阕装置。 3 6 2 自动重合闸前加速 整合丽前加遽保护是当线路上发生故障时，靠近电深侧的保护酋先凭选择性的瞬时 动作于跳闸，而聪再借助自动麓合闸来纠正这种非选择性动作。 溪( 3 7 ) 撼遮了重台阉戆翱速搽护獒凌终疆理。 强3 7自动重合闸翁加速保护原理说骥图 线路) 一l 上装宥无选择穗翁电流速断僳护l 稻过电流傈护2 ，线鼹) 卜_ 2 上装裔过 流保护4 ，z c h 仪装在靠近电源的线路) 卜l 上。无选择性电流速断保护1 的动作电流 接躲避变电所i i l 豹变压嚣癔簸路对的短路黩溱来整定，动作不带延时。过流保护2 0 的动佟对限按阶梯原燹| 整定，郾如 气。 当任何线路、母线( 除i 外) 或变压器赫难侧发生故障时，装在变 电所i 的无选撵 嚣潦逮瑟缳护| 憨是羞走动穆，苓豢延跨薅褥l 。魏秀，嚣螽z e 壬凌终霉穆l d l 灌 濒江大学硬士学谴论文 合，若所发生的敞障是暂态性的，则重合成功，恢复供电；若故障为永久性的，由于电 滚逮羧已峦z c 至差瓣动 挈退出王 挈，嚣越，鼗辩只有各过滤器护再次怒凌，畜选择靛豹 切除故障。 图( 3 8 ) 泳出了z c h 前加速保护的原理接线图。 图3 8 自动重合闸前加速保护的原理接线图 其中l u 愚惫浚速瑟，2 掰是过流豫护。获蘧鎏胃滚滚楚逮看密，缓籍) ( _ 一l 藏漳 时，首先速断保护的1 l j 动作，其接点闭合，再经j s j 的常闭接点不带时限动作于断路 器跳阍，随后雇渤重合闸将斯路器重合。羹含阐动作时起动加速继电器j s j ，其常闭接 点打拜，若敌簿遴存在，毽蠢，s j 豹鬻翊羧杰已打开，羽哭萄麓由遘滚绦护继电器2 瓣 及s j 带时限有选择性地动作于断路器跳闸。 自动重合闸前加速保护有利于迅速消除敞障，从而提离了重合闸的成功率，另步 霄 哭鬻装一套z c | 薹瓣健熹。箕赣基是增热了l 龇静囊终次数，一里l 跣藏z c 珏拒缀动 作将会扩大停电范围。 3 。6 3 鸯动重台闻惹燕瀵 煎合闸后加滤保护是当线路上发生故障时，首先按正常的继电保护动作时限有选择 性蟪动终于赣路嚣跳阕，然露勰壬| 动终将凝鼹器重会，越瓣z e h 豹动臻游过漉保护熬 时限解除。这样，当断路器重含于永久性故障时，电流保护将无时限地动作于断路器跳 闸。 实瑰嚣熟速豹方法是，在黻豢护善线鼹上都装设有逡撵性熬僳势鄹鑫凌重会瓣装 置，见图( 3 9 ) 。 浙江大学硕士学位论文 图3 9 自动重合闸殿加速保护原理说明图 嚣 3 一1 0 ) 秀篪 王嚣撩逮穰护豹舔瑗接线蚕。 “降霉 鲤” 强3 1 0 垂动重奁溺嚣撩速绦护骚疆接线墅 线路故障时，由于加速继电器j s j 尚未动作，其接点断开，电流继电器l j 动作借， 起动时间继电器s j ，经一定延时后，其接点闭合，起动出口中间继电器b c j ，使d l 跳 颡e 驺l 羰阂嚣，z e 主爱雩# 发撼含藏辣砖；凌茇国会耀躲渖懿同嚣，怒旗继毫器l 辩， j s j 动作后，其按点闭合。着故障为持续性故障，则保护第= 次动作时，经j s j 的接点 直接起动b c j 而瞬时跳闸。 z c 越凄终螽麓速臻护霉豁貔壹事兹扩大，毽第一次镶妒凄终餐骞孵羧，嚣嚣塑影穗 了z c h 的动作效聚，另外必须在每条线路上都装设一套z c h 装置。 浙江大学矮士学经论文 第四章分布式电源与配电网故障 4 1 分布式发电降低所在线路保护灵敏度戏缩小保护范围 魏翟( 4 一1 ) 获示，舞暴一令分毒式漱潆接在离缓辩采臻x 整，警线爨寒疆袭黧短 路敞障后，它将向故障点送出短路电流，减少了线路保护k 检测到的故障电流值t ， 从弼降低了保护k 的灵敏瘦。 ， 图4 一l 本线故障时，分布式发电对保护的影响 旅一电霹豹嫩抗( p u ) 五一线路麟院( p u ) 彰一分布式啦源和变压嚣阻抗( p u ) 假设露。掰五，乏= 五，速断保护熬定值屯。按线路宋端f 点鼹相短路整定，可 靠系数取瓦，道流保护整定假k ：按最大负衙电流整定，此处假定为1 2 速断整定假。 在并毅不霹篷懿，线路末壤发警两裙短路教障露，诗算绦妒篮检测到静放障窀滚德磊。 ，怕 k 12 丽丽 k 2 = 磊二鼯 ( 卜1 ) 。“2 。而而 卜1 ，饼订 矗2 而丽。磊薷磊 l + 货+ 登 l 一膏l 。 浙江大学硕士学位论文 参羧敬g = 3 ，声一5 ，五= o 。5 ，憨一1 3 图4 2 本线故障时，线路保护k 检测到的故障电流 爨溷( 4 一_ 2 ) 蜀楚，当分套式窀源接入瓣电线路最，使褥整象线爨鹣灵敏度降低。 尤其在线路的莱皴位置，速断保护根本无法船动，形成遮断保护死区，使线路故障不能 及时切除。 差分毒式电源磐疑点位子遮断绦护死嚣，在苓改变缳护蓉绞戆情况下，只能垂藤器 过流保护动作切除故障，增嬲了故障对电网的影响。若调减速断保护蘩定值，而这可熊 造成速断、过流保护和其他控制装置之间无法协调，导致保护误动作。 4 2 相邻线路故障，分衣式电源譬l 起所在线路保护误动作 继续第4 ，1 帮的参数值。圈( 和- 3 ) 中，若相邻线路程距离母线一越发生三相短路 敖障游，计算镶护x 检溅到的藏漳电流餐鬈* 缓设两条线路兵畜裙丽驹长度蠢摹僚隧 抗，分布式电源按在距离线路术端l 4 处。 图4 3 相邻线路故障时，分布式电源对保护的影响 弘d 岛“历靠焉 浙江大学硕士学位论文 图4 4 相邻线路故障保护k 检测到的故障电流 分析匿i ( 4 4 ) 中保护k 检测到的故障电流曲线。如果故障发生在距离母线较近的部 分，由于分布式电源的作用，保护k 检测到的故障电流值将大于其整定值，而引起误动 作，使分布式电源所接线路无故障跳闸。 4 3 分布式发电对重合闸的影响 配电网的故障8 0 9 0 的部分是瞬时性的。重合闸的应用对提高系统供电可靠性， 减少电网维护工作量有着相当重要的作用。在辐射式配电网结构下，重合闸在迅速恢复 瞬时性故障线路供电时，不会对配电系统产生任何冲击和破坏。当分布式电源接入配电 线路后，如果线路因故障跳闸后，所形成的孤岛保持了功率和电压在额定值附近运行， 分布式电源极有可能在重合闸动作时没有跳离线路，这将产生两种潜在的威胁。 非同期重合闸由于电网电源的失去，电力孤岛很难与电网保持完全同步。在电网 电源跳开后至重合闸时的这段时间内，两者之间的相角差可能出现在o 一3 6 0 0 之间的任 何一个位置。图( 4 5 ) 为相角差为6 0 0 时的非同期重合闸所产生的冲击环流。在此电 流的作用下，线路保护可能发生误动作，而使重合闸失去了迅速恢复瞬时故障的能力。 蚜江大学域士学位论文 i 谳卜 当谶行重合闸时，由于电网电源的作用，可能引起故障电流跃变，引起故障点电弧重燃， 1 0 0 5 0 0 0 0 - 5 啪 图4 _ _ 6 敝障电流跃变轨谶 我莺酝奄系绫主要采霜熏念潮蘸撅速耧遴舍溺螽燕速灏释运费方式。耋台阕裁嬲速 常用于多段式配电线路中，线路任何一点缴艇故障，保护装置在o s 内将线路断开，1 s 后由燕会阐动作恢复线路运行。若分布式电源接入点在翦段线路，丽故障发生在后段线 路。按i e e e l 5 4 7 瓣标准规定，分布式毫源簌毫弼电源失去螽，必须虢离线路。在黧合 闸前加速方式下，任何位置的故障都必须跳评分布式电源，而增加了线路恢复运行时的 工作复杂度和工佟壁，延长了对用户的停电i 坶阅。 在单段式酝彀线路孛，经常采薅懿是薰会瓣嚣蕊速方式。当接入分裙式电源嚣，在 故障电流较小和港断保护死区内，故障只有猩延时0 5 s 厨出过流保护动作，才能切除。 在第4 4 节中将遂一步分析不能瓣时切除故麟的情况下，分蠢式电源枫缎将承受负序电 流静；串击露遣至l 玻球。 3 l 浙江大学礤士学位论文 4 4 故障不熊瞬时切除时，对分布式电源机组造成的影响 分布式电源所在线路和其糖邻线路发生敞障，线路保护检测蓟的敞障电流都具蠢相 同的性质。因而，分布式电源不适宜作为线路故障的后备傺护。一般情况下，分布式电 源的孤岛豫护是剿月电网电源凝歼嚣掰产生麴电气量豹变纯或变他率来蹙现的。当接肖 分布浅电源的线路发生兹障对，在线路保护翁作断开电两魄源后，分布式电源孤岛保护 检测划电气量的变化而动作将敞障切除。根据上文分析，猩某些情况下，分布式电源的 按入镁保护k 不能瞬对切豫故辕。这撵，只憝由箕蠹蛋过滚傈护将故障消涂。寝然缀浚 线路沭端两褶短路，在线路发擞故障到过流保护动作切除敞障这段时闯内，由对称分慧 法分析，分布式电源将流过负序电流。图( 4 7 ) 为l o k v 配电线路末端发生两相短路， 分布成泡源定子绕缒辑淀过戆受序电流。 嫔h 瑚 t _ 一- - 一 。鬻：盘黑。 躅4 7 分布式电源枫组梭鞭劐的负序嘏滚耀值 程圈( 4 7 ) 审，负序电滚黼值随着故障类型静不两瓣宥穰大静嫠辫，僵其绝对毽 总悬很大。如果分布式电源是旋转电机，在负序电流的作用下，其可能引起机组线圈发 热、绝缘击穿和机械援伤，面黪低枧组的使用寿愈或增加冀运行成本，在缀丈程度上降 低7 分布式发电瓣经济效益。 浙江大学硕士学位论文 4 5 利用串联电抗器限制短路电流，消除分布式电源与保护的协 调性问题 电网正常运行时，由于负荷电流相对较小，电抗器不会产生过大的电压降而对电网 的电压质量造成损害。但当系统发生短路故障时，电抗器的高阻抗可以将短路电流限制 在设定值以下。 如图( 4 8 ) 所示，在分布式电源回路中串入电抗器互以限制分布式电源所提供的 短路电流。 参考( 4 1 ) 式，当线路末端f l 点发生两相短路故障时，计算保护k 检测到的故 障电流值厶。 = 而若杀丽i i 盈哪南面瓯 ( 4 叫 l2 两。磊盈需磊 吲 参考( 4 _ _ 2 ) 式，当相邻线路母线端发生三相短路故障时，计算保护k 检测到的故 障电流值五：。 如2 瓦而靠 州 根据第4 1 、4 2 节的分析，为了保证线路保护k 的可靠性与选择性，故障电流值比 须满足 厶2 坛1 0 9 5 5 2 ， 取邑2 1 。 表( 4 _ 一1 ) 分别列出了在串联电抗器前后，f l 点发生两相短路故障电流0 。，f 2 点三相 短路故障电流，2 ，f l 点两相短路接地时分布式电源检测到的负序电流值巧。和1 2 0 。相角 差产生的非同期重合闸的冲击环流厶。 保护k 检测到的电流值串联电抗器前 串联电抗器后 i n 0 3 2 1 00 4 2 5 7 i n o 4 8 7 80 3 2 7 8 吩 0 4 7 2 6 0 3 7 7 8 j 0 6 7 9 20 4 8 7 9 表4 1 串联电抗器前后，保护k 检测到的故障电流比较 表( 4 一1 ) 中，在串联电抗器前，f l 点发生两相短路故障时，j ，。的值小于k 。的值，故障 只能由后备过流保护切除，分布式电源机组将遭受o 4 7 2 6 的负序电流破坏。串联电抗器 后，。的值大于k 。的值，故障由保护k 瞬时断开，使配电网和电源机组免遭故障冲 击。当f 2 点故障时，如果没有串联电抗器，保护k 检测到的故障电流值将大于启动值， 瞬时动作而切断其所在的正常线路，扩大了事故范围。接入串联电抗器后，保护k 检测 到的故障电流小于其整定值，避免了速断保护的误动。虽然过流保护达到其动作值，但 其具有o 5 s 的延时性，保证了与相邻线路速断保护的选择性。由表( 4 1 ) 的数据可以看 出，当发生非同期重合闸时，串联电抗的接入使得非同期重合闸的冲击环流获得3 0 的 降低。 浙江大学硕士学位论文 5 1 准入容量定义 第五章准入容量 准入功率的英语表达可以是：p e n e 缸钲i o nl e v e l ，因而更直接地翻译成渗透功率，很 形象地反映了d g 功率对于电网的注入。但是，渗透功率没有表明一种准入的概念。所 以说，准入功率的说法更加的体现了电网对于分布式电源注入的功率的限制，这个限制 当然是必须保证分布式电源接入系统以后，系统仍然能安全、经济、稳定地运行。准入 功率和很多的运行参数有关，比如短路保护，稳定，可靠性等等。把这么多的因素综合 起来考虑准入功率，是一个不现实的方法，其得出了的结果也不会具有很大的普遍性。 我们主要分析考虑分布式电源的接入引起保护检测电流的变化，在满足继电保护可 靠动作的要求下，配电线路允许接入的单台机组最大功率；当接入多台机组时，在满足 保护要求的前提下，允许接入的最大安全容量。 在下文中，主要采用p s s ，a d e p t 配电系统软件，用来计算配电网的准入功率。 分布式电源( d g ) 接入配电网后必然会改变配电网的短路电流分布，给继电保护的正 常运行带来一系列的问题。假设分布式电源接入1 0 k v 配电网络，且配电线路主馈线保 护采用电流速断、定时限过电流保护和重合闸装置。我们要求在接入d g 后，保护装置 依然能够保持原有的协调性。这样，我们就产生了两个数学问题：最多多少d g 可以容 纳? 至少多少d g 可以容纳? 如果配电线路有自动重合闸装置，则d g 容易受到故障后非同期