探讨分布式电源对配电网继电保护的影响

探讨分布式电源对配电网继电保护的影响【摘要】分布式电源的快速发展给传统的电力系统注入了新的活力的同时也带来了新的挑战，它的接入使配电网的结构发生了很大的变化，配电网的潮流分布和短路电流分布也将随之改变，因而也将影响配电网继电保护装置的正常运行。基于这种现状，作者对分布式电源对配电网继电保护的影响相关问题进行了研究。【关键词】分布式电源；配电网；继电保护；影响中图分类号：U665文献标识码：A文章编号：引言由于近几十年一次能源紧缩、环境污染等问题，世界各国加快了对可再生能源的开发与利用，分布式发电技术在电力系统中迅速发展起来。分布式发电(DistributedGeneration，DG)技术是指发电功率在数千瓦至50MW，小型模块化且分散地布置在用户附近的高效、可靠的发电技术，发电设施主要包括：以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、光伏电池、风力发电、生物质发电等等。1配电网结构及保护的配置目前，我国的中低压配电网大都是单侧电源、辐射型配电网络。馈线保护装设在变电站内靠近母线的馈线断路器处，一般配置传统的三段式电流保护，即：电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。电流速断保护是按照躲过本线路末端短路时流过保护的最大短路电流整定，瞬时动作切除故障，但不能保护线路全长；定时限电流速断保护是按照本线路末端故障时有足够灵敏度并与相邻线路的瞬时电流保护配合的原则整定，能保护本线路全长；过电流保护是按照躲过本线路最大负荷电流并与相邻线路过电流保护配合的原则整定，能保护本线路及相邻线路的全长。此外，对于不需要与相邻线路配合的终端线路，电流速断保护是按照本线路末端短路有足够灵敏度的原则整定，能保护线路全长。2配电网的继电保护反应电流增大而瞬时动作切除故障的电流保护，称为无时限电流速断保护。无时限电流速断保护为了保证选择性，般情况下只能保护被保护线路的部分。图1无时限电流速断保护动作图如上图1所示，线路L1和线路L2上分别装瞬时电流速断断保护B1和保护B2。L2首端K2点短路时，应由保护B2动作切除故障。因此，对保护B1而言，为了满足选择性的要求，其动作范围小于被保护线路的全长，即瞬时电流速断保护B1的动作电流应大于K2点短路时流过保护装置处得最大短路电流。保护B1瞬时电流速断保护的动作电流应按大于本线路末端短路时流过保护安装处的最大短路电流来整定。电流速断保护的优点是简单、可靠、动作迅速，缺点是只保护线路的部分，其保护范围受系统运行方式的影响较大，系统运行方式变化较大时可能没有保护区。过电流保护通常是指其起动电流按照避开最大负荷电流来整定，以时限保证动作选择性的一种保护。它在正常运行时不应该起动，而在电网发生故障时，则能因电流的增大而动作。在般情况下，它不仅能够保护本线路的全长，而且也能够保护相邻线路的全长，起到后备保护的作用。图2定时限过电流保护动作图如上图2所示，过电流保护B1、B2、B3分别装设在线路L1、L2、L3靠电源的一端。当线路L3上K1点发生短路时，短路电流Ik将流过保护B1、B2、B3，般Ik均大于保护装置B1、B2、B3的动作电流。所以，保护B1、B2、B3均将同时启动。但根据选择性的要求，应该由距离故障点最近的保护B3动作，使断路器QF3跳闸，切除故障，而保护B1、B2则在故障切除后立即返回。这需要依靠各保护装置具有不同的动作时限来保证。3分布式电源对配电网保护的影响由电流速断保护和过电流保护组成的电流保护具有保护原理简单、可靠性高的优点，且在一般情况下也能满足快速可靠切除故障的要求，因而在配电网保护中应用较广，但它受电网的接线方式及系统运行方式影响较大。配电网中并入DG后，系统的潮流将重新分布，发生短路故障时，故障电流的大小和流向也会发生很大变化。如图3所示，系统与DG之间的区段为双电源供电，其他区域仍为单电源供电，R1R4为保护装置，ZS是系统阻抗。系统短路点位置不同，DG的并入对各保护的影响也不同。图3并入DG后配电网系统3.1DG下游K2点发生短路故障当DG下游K2点发生短路故障时，R3、R4感受不到故障电流，因而保护动作行为不会受到DG并入的影响。流过R2的故障电流将由系统S和DG共同提供，保护装置能可靠动作并切除故障线路。值得注意的是，此时流过R1的故障电流虽也仅由系统S提供，但此故障电流比并入DG前K2发生短路时流过R1的故障电流要小(且并入的DG容量越大，K2发生短路时R1感受到的故障电流越小)，因而R1的灵敏度将有所降低。3.2DG上游K1点发生短路故障当DG上游K1点发生短路故障时，R3、R4感受不到故障电流，其动作行为不会受到DG并入的影响。同2.1中情况一样，流过R1的故障电流虽只由系统S提供，但该故障电流比并入DG前要小，从而使得R1的灵敏度降低，严重时R1甚至会拒动。可见，必要时应限制并入系统的DG容量。3.3同一母线的其他馈线K3点发生短路故障当K3点发生短路故障时，R2感受不到故障电流，其保护动作行为不会受到影响。流过R3的故障电流由系统S和DG共同提供，保护装置能可靠动作并切除故障线路。但当K3点发生故障时，R1能感受到DG提供的短路电流，若DG容量过大，则R1会误动并切除本线路，此时DG应与系统自动解列。3.4同一母线的其他馈线K4点发生短路故障当K4点发生短路故障时，R2感受不到故障电流，其保护动作行为不会受到影响。R2感受到的故障电流由系统S和DG共同提供，保护装置能可靠动作并切除故障线路。但当K4点发生故障时，R1能感受到DG提供的短路电流，若DG容量过大，则R1会误动并切除本线路，此时DG应与系统自动解列。流过R3的故障电流由系统S和DG共同提供，流过的故障电流增大，可能会导致其瞬时速断保护躲不开K4点发生故障时的短路电流而误动，将本线路切除，从而使保护失去选择性。4总结接入配电网络的小容量分布式电源，分布在负荷附近，能够节省投资、降低网损、提高供电可靠性，具有较高的经济效益和社会效益。但是分布式电源接入配电系统之后，势必会改变配电网络的拓扑结构，并有可能成为多端电源供电系统。现有基于单端电源系统设计的配电保护系统必须作出相应的调整，否则分布式电源必将使配电网保护无法快速、准确的切除故障，从而对配电系统及其设备的安全稳定运行造成破坏。随着分布式发电技术的广泛应用，分布式电源对配电网络产生较大的影响，同时也对继