淺析分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護所產(chǎn)生的影響

1、 專欄電力建設淺析分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護所產(chǎn)生的影響蔣明輝（廣東省珠海市519000）摘要：本文作者主要對分布式電源、配電網(wǎng)絡、配電網(wǎng)繼電保護作了分析，同時結(jié)合多個仿真算例說明了分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響供同行參考。關鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；繼電保護前言分布式電源并入電網(wǎng)后將給配電網(wǎng)帶來一系列影響，分布式電源對配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響與配電網(wǎng)和分布式電源的運行情配電況相關。配電網(wǎng)的特點是呈放射形結(jié)構并由單電源供電，網(wǎng)的繼電保護是以此為基礎設計的。當分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)的結(jié)構將發(fā)生改變。當配電網(wǎng)發(fā)生故障時，除了系統(tǒng)向故障點提供故障電流外，分布式電源也將對故障點提供故障電流，改變了配

2、電網(wǎng)的節(jié)點短路水平。因而影響配電網(wǎng)繼電保護裝置的正常運行。分布式電源的類型、安裝位置和容量等因素都將對配電網(wǎng)的繼電保護造成影響。表2變壓器低壓母線短路容量運行方式最大運行方式最小運行方式短路容量/MV·A2502253配電網(wǎng)繼電保護配電網(wǎng)絡的繼電保護，相對于高電壓大系統(tǒng)繼電保護而電言，屬于簡單保護。在配電網(wǎng)中常用的繼電保護有電流保護、壓保護、反時限電流保護、距離保護等。繼電保護動作值的設定包含兩方面的意思，其一是應由故障設備上的保護裝置動作切除故障，其二是上下級之間的保護裝置能起后備保護作用。一般配電網(wǎng)是放射狀鏈式結(jié)構且由單端電源供電，在線路上發(fā)生故障時，只有系統(tǒng)側(cè)的電源向故障點提供

3、故障電流。因此配電網(wǎng)中的繼電保護裝置設在線路的系統(tǒng)側(cè)，如圖1所示。1分布式電源分布式電源是指分布在配電網(wǎng)中的功率為10kW 30MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨立電源。分布式電源具有調(diào)峰、再生能源的利用、節(jié)省輸變電投資、降低網(wǎng)損、提高供電可靠性等效益。DG 主要包括燃料電池、小型熱電聯(lián)產(chǎn)、小型水力發(fā)電站、風力發(fā)電、太陽能電池陣列以及生物發(fā)電等多種形式。中小容量的分布式電源接入配電網(wǎng)中，在故障發(fā)生時將對故障點提供故障電流。從研究繼電保護的角度而言，分布式電源模型可以用一個電源串聯(lián)電抗的模型來表示。因此所需要考慮的是，在故障發(fā)生時分布式電源能夠提供多大的故障電流。對于不同類型的分布式電源，其電抗值

4、是有所區(qū)別的，它代表著該電源的故障電流注入能力。Barker et al 對各種類型分布式電源的故障電流注入能力進行了研究，如表1所示。從表中可以發(fā)現(xiàn)，最大的故障電流注入能力可以達到1000%。該值可用于短路計算以確定最糟的故障情況。表1不同類型DG 的故障電流注入能力DG 類型換流器同步電機感應電機故障電流注入能力100400%，持續(xù)時間取決于控制裝置。5001000%，逐漸衰減到200400%。5001000%，在10個周波內(nèi)衰減至可忽略。2配電網(wǎng)絡配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構類型較多，主要包括放射式接線、樹干式接線和環(huán)網(wǎng)式接線方式，其形式主要取決于對供電可靠性的要求。中國城鄉(xiāng)大多數(shù)的配電系統(tǒng)仍然以放

5、射狀鏈式結(jié)構為比如接線可靠、保護整定容主。這種結(jié)構的網(wǎng)絡有許多優(yōu)點，易、擴容簡單等。筆者所用的配電網(wǎng)模型將變電所以上的系統(tǒng)等值為一電壓源，配電網(wǎng)電壓等級為10kV 。為了進行繼電保護整定計算，需要了解系統(tǒng)阻抗，此處用短路容量來表示其短路水平。由于中壓配電網(wǎng)經(jīng)過輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)連接到發(fā)電廠，離系統(tǒng)電源的電氣距離比較遠，因此考慮最大運行方式和最小運行方式下的短路容量時沒有太大變化，變電所變壓器的低壓母線短路容量由表2中的數(shù)據(jù)來表示。在配電網(wǎng)中接入分布式電源，發(fā)生短路故障時，配電網(wǎng)中的短路電流分布明顯與不接分布式電源時不同，這將影響配電網(wǎng)原有繼電保護配置的正常運行。電流保護是配電網(wǎng)中最為常用的保護

6、，它是用電流突然增大使保護動作的保護裝置。為了直觀顯示分布式電源對配電網(wǎng)短路電流分布和繼電保護的影響，以配電網(wǎng)的瞬時電流速斷保護為研究對象。瞬時電流速斷保護的動作電流I dz 可按大于本線路末端短路時流過保護安裝處的最大短路電流來整定，如式(1所示。I dz=Krel ·Ik ·max （1）按本線路末端故障整定的電流速斷保護，靈敏度通常用保護范圍來衡量。根據(jù)保護區(qū)末端最小運行方式下兩相短路時短路電流與動作電流相等可以得出最小保護范圍。lmin=1Zl(3ES2Idz-ZS ·max （2）分布式電源接入配電網(wǎng)之后，原有配電網(wǎng)絡的結(jié)構發(fā)生了較大變化。在故障發(fā)生時，

7、由于分布式電源助增電流的作用，流經(jīng)故障點的故障電流將增大。分布式電源的引入改變了分布式電源附近節(jié)點的短路水平，它將對配電網(wǎng)繼電保護的正確動作帶來影響。分布式電源接入配電網(wǎng)，在故障發(fā)生時由于分布式電源的助增或分流作用，流過保護裝置的故障電流可能增大或減小，它將改變保護的保護范圍和靈敏度，給各線路繼電保護的上下級配合帶來問題。如果分布式電源接入后對繼電保護的影響不是太大，繼電保護仍然能夠滿足保護范圍和靈敏度要求，就不需要改變繼電保護。對于配電網(wǎng)的一些新型保護如基于數(shù)據(jù)信道的方向保護等，由于分布式電源改變了附近節(jié)點的短路水平，因此仍存在著是否滿足靈敏度要求的問題。分布式電源接入配電網(wǎng)中還將帶來另外一

8、個問題。配電網(wǎng)194廣東科技2009.5. 總第212期電力建設專欄是單端電源供電，因此配電網(wǎng)的繼電保護沒有方向元件。在接入分布式電源之后，配電網(wǎng)絡某些部分將變?yōu)殡p端電源供電。在分布式電源節(jié)點上游線路發(fā)生故障時，由DG 提供的故障電流是從負荷側(cè)流向系統(tǒng)側(cè)。這意味著在保護裝置下游接有分布式電源時，在保護的下游和上游發(fā)生故障，都有故障電流流過保護，由于它沒有方向元件，一旦故障電流超過整定值，保護都將動作而失去選擇性。因此，需要在配電網(wǎng)的繼電保護裝置上安裝方向元件，以保證繼電保護能夠正常工作。4仿真算例筆者應用多個算例來反映不同地點、不同容量分布式電源對配電網(wǎng)短路電流分布的不同影響，及其對配電網(wǎng)繼電

9、保護裝置的影響。所用的配電網(wǎng)模型如圖1所示。系統(tǒng)的容量基準取為100MV ·A ，電壓基準取為10.5kV 。分布式電源由變壓器連接至配電網(wǎng)上，取變壓器的容量與所接分布式電源的容量一樣大，即當分布式電源為1MV ·A 時，變壓器也為1MV ·A 。分布式電取值如下。分布式電源的阻抗考慮為表1中最為嚴重的情況，源電抗:X·DG=0.1(Sj=Sn變壓器電抗：X3T=0.05(Sj=Sn線路電抗：Zj=0.35/km表3所示為配電網(wǎng)每段線路的長度，表4是此網(wǎng)絡采用上面參數(shù)時的電流速斷保護整定值，包括動作電流，動作時間和最小保護范圍。表3線路長度線路長度/km

10、L 15L 25L 37逐漸增大，流過R 2的故障電流I R2也逐漸增大，但是流經(jīng)R1的故障電流I R1卻是逐漸減小的。在C 點發(fā)生故障時的故障電流對于同一點故障，分布情況也是一樣。與不接分布式電源相比，分布式電源下游保護流經(jīng)的故障電流增大，上游保護流經(jīng)的故障電流減小，這將使下游保護的保護范圍增大，而上游保護(線當分布路的遠后備保護 的保護范圍減小。表5中數(shù)據(jù)還表明，式電源容量達到3.25MV ·A 時，在B 點發(fā)生三相故障時，流過R 2的故障電流達到1848A ，而本線路速斷電流保護的整定值為1846A ，在此種情況下，本段線路的電流速斷保護將動作。當分布式電源容量大于3.25MV

11、 ·A ，R 2的保護范圍將伸到L 3。當L 3首端發(fā)生故障時，R 2、R 3都達到電流速斷保護的整定值，2個保護都將跳閘，繼電保護將失去選擇性。為了量化保護伸入相鄰下一級線路的范圍，用故障電流達到整定值時，故障點距離本線路末端的長度l f 占相鄰線路本身長度l 的百分比表示：L S %=lf l100%（3）分布式電源的助增能力用線路末端短路時，流過分布式電源的故障電流I DG 和流過保護的故障電流I R 之比I DG /IR 表示。以大·A 的各種分布式電源容量，流過R 2的故障電流為于3.25MV1846A 進行短路電流計算，選取一組數(shù)據(jù)列入表6中。表6分布式電源的伸

12、入范圍與助增能力表4配電網(wǎng)電流速斷保護整定值線路L 1L 2L 3t/s0004.1分布式電源容量變化實驗采用同樣的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，分布式電源安裝在相同的地點，分布式電源的容量發(fā)生改變，對配電網(wǎng)進行短路計算。為了確定在何種條件下發(fā)生的短路對配電網(wǎng)繼電保護有著更大的影響，因此需要考慮最為惡劣的短路條件。下面進行的短路計算是在系統(tǒng)以最大運行方式下發(fā)生的三相短路。在各種仿真情況中，選取一個分布式電源以幾種容量連接在母線A 上，配電網(wǎng)在節(jié)點短路時的故障電流分布情況，如表5所示。表5A 點接入DG 時的短路電流分布故障地點B B B B B C C C C C從表6中可以發(fā)現(xiàn)，在分布式電源的容量大于3125M

13、V ·A時，繼電保護的保護范圍將伸入下一級線路，隨著容量的增加，分布式電源的助增能力越大，伸入下一段保護的范圍越大，繼·A 時，可以達到L 3的電保護的選擇性將得不到滿足。在4MV4.2%，助增能力是0.3464；在4.5MV ·A 時，可以達到L 3的616%，助增能力是0.3735；6MV ·A 時，可以達到L 3的12.8%，助增能力是0.4429。4.2分布式電源位置變化實驗仍然采用上面的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，選取相同容量分布式電源連接以4MV ·A 的分布式電源在不同位置時，網(wǎng)絡的短路電流分布。在各種位置接入配電網(wǎng)為例，當L 2末端短路時配電網(wǎng)短

14、路電流分布如表7所示。表74MV ·A 的DG 接入不同點時的短路電流分布SDG 位置20%L 150%L 180%L 1A 20%L 250%L 280%L 290%L 2B仿真結(jié)果表明，在不改變分布式電源接入位置的情況下，隨著分布式電源容量的改變，在配電網(wǎng)中發(fā)生故障時，配電網(wǎng)中的短路電流有著較大的改變。如表5所示，在B 點故障時，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點的電流I DG仿真結(jié)果表明，在不改變分布式電源容量的情況下，改變分布式電源的接入位置將對配電網(wǎng)的短路電流分布產(chǎn)生較大影響。當分布式電源接入位置在線路L 1、L 2上變化，在L 2線路末端發(fā)生故障時，隨著電源接

15、入位置從首端向末端變化的過程中，分布式電源的注入電流I DG 增大。當分布式電源連接在L 1上時，分布式電源位于保護R 2的上游，由于分布式電源的助增電流使得流過R 2的故障電流I R2195廣東科技2009.5. 總第212期專欄電力建設10kV 變電站的系統(tǒng)設計淺論梁志昌（廣東省鶴山市529700）摘要：在基礎設施的建設過程中，10kV 變電站及其供電系統(tǒng)的可靠性起著舉足輕重的作用。本文從站址選擇、主接線選用、短路電流、設備選型、繼保配置、防雷接地、照明、配網(wǎng)自動化等方面論述了10kV 變電站設計的主要內(nèi)容和設計程序，以供同行參考。關鍵詞：10kV 變電站；系統(tǒng)設計前言10kV 配電網(wǎng)屬中

16、壓配電網(wǎng)，它延伸至用電負荷的中心或居民小區(qū)內(nèi)，直接面對工礦企業(yè)和居民等廣大用戶的供電需要，起著承上啟下確保用戶供電的作用，因此10kV 配電網(wǎng)所處的地位十分重要。在配電工程中，能否保證系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、可靠地運行，工程的設計質(zhì)量是一個重要條件。本文就10kV 變電站的設計思路進行探討。1變電站位置的確定變電站位置應避開大氣污穢、鹽霧、與鄰近設施有相互影響的地區(qū)(如軍事設施、通信電臺、飛機場等 、滑坡、滾石、明暗河塘等，靠近負荷中心出線條件好，交通運輸方便。在居民區(qū)變在設計中，電站的建設中要求變電站離其它建筑物宜大于5m 。還應考慮到變電站的噪聲對周圍環(huán)境的影響，必要時采用控制和降低噪聲的措施。為

17、了使變壓器容量在三相不平衡負荷下得以充分利用，并有利于抑制3n 次諧波影響，宜選用的變壓器接線組別為D ，yn11.D ，yn11接線的變壓器低壓側(cè)單相接地短路時的短路電擴建工程流大，也有利于低壓側(cè)單相接地故障的切除。在改、中，為了滿足變壓器并列運行條件，選用的變壓器接線組別與原有的保持一致，短路阻抗百分比接近，容量比不超過13。如我市某企業(yè)，其設備的用電規(guī)格與我國不相一致，根據(jù)用戶的dn ，并要意見，我們將容量為630kVA 的主變接線組別定為D ，求變壓器設單獨的接地系統(tǒng)，以此滿足用戶的供電要求。設在高層建筑內(nèi)部的變電站，主變采用干式變壓器；設在周圍大氣環(huán)境較差的變電站，應選用密閉型或防腐

18、型變壓器，為了不降10kV 變電站的主變分接頭宜放在10.5kV 低配電運行的電壓，上，分接范圍油浸變?yōu)?#177;5%，干式變?yōu)?#177;2×2.5%。3電氣主接線的選擇變電站的主接線對變電站內(nèi)電氣設備的選擇、配電裝置的布置及運行的可靠性與經(jīng)濟性等都有密切的關系，是變電站設主接線的形式多種多樣，在10kV 變電站的設計中的重要環(huán)節(jié)。計中常用的有單母接線、單母分段接線、線路-變壓器組接線、橋式接線等，每種接線均有各自的優(yōu)缺點。通過對幾種能滿足經(jīng)濟上的比較，選擇最合負荷用電要求的主接線形式在技術、理的方案：技術指標包括：供電的可靠性與靈活性；供電電能質(zhì)量；運行管理、維護檢修條件；交通

19、運輸及施工條件；分期建設的可能性與靈活性；可發(fā)展性。經(jīng)濟指標包括：基建投資費用；年運行費。我市南部的甲乙兩企業(yè)，以前采用的6kV 線路供電，現(xiàn)都要求改為電網(wǎng)10kV 供電。在甲企業(yè)中，由于其預計運行的時間2主變壓器選擇在10kV 變電站中，要選用性能優(yōu)越、節(jié)能低損耗和環(huán)保型的變壓器。變壓器的臺數(shù)及容量要根據(jù)負荷計算和負荷分級的結(jié)果并結(jié)合經(jīng)濟運行進行選擇。當有大量的一、二級負荷，或季節(jié)負荷變化較大，或集中負荷較大時，宜裝設兩臺及以上的變其余變壓器應滿足一級負壓器。當其中任一臺變壓器斷開時，荷及大部分二級負荷的用電需要。定變壓器容量時還要綜合考慮環(huán)境溫度、通風散熱條件等相關因素，對沖擊性較大的負荷、季