含分布式電源配電網(wǎng)保護(hù)裝置動作特性分析

1、含分布式電源配電網(wǎng)保護(hù)裝置動作特性分析李曉芹,楊炳元,王雙杰(內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院,呼和浩特 010080Email:672312134摘要:針對在分布式發(fā)電的條件下,對配電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)裝置動作特性進(jìn)行了分析。系統(tǒng)的穩(wěn)定性不僅取決于故障發(fā)生時繼電保護(hù)裝置的動作特性,而且取決于故障跳閘后自動重合閘裝置的動作特性。通過分析分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護(hù)及自動重合閘的影響,結(jié)合其影響原因并提出了相應(yīng)的解決措施,以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行。關(guān)鍵字:分布式發(fā)電;配電網(wǎng);穩(wěn)定性;解決措施Analysis of the protection performance of adistribution netwok

2、with distributed generationLI Xiao-qin, YANG Bing-yuan, WANG Shuang-jie(College of Power of Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010080, ChinaEmail:672312134Abstract: In the condition of the distributed generation, the protection performances of the distribution network system are analyze

3、d. The stability of the system not only depends on relay protection movement characteristics of fault occurring, but also depends on automatic reclosing device movement characteristics after the fault trip. Through analyzing influences on relay protection and automatic reclosing of the distribution

4、network with the distributed generation, it combines its reasons and puts forward to the corresponding measures, to ensure the stable operation of the distribution network system. Keyword: Distributed generation; Distribution network; Stability; Corresponding measures1引言隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛增長與電力行業(yè)的飛速發(fā)展,其用電量持續(xù)快

5、速增長,以大機組、大電網(wǎng)、高電壓為主要特征的集中式供電方式已不能滿足其要求。而且大電網(wǎng)頻繁出現(xiàn)停電事故,這就意味著集中式發(fā)電存在弊端。首先,局部事故極易擴散,可導(dǎo)致大面積停電和電網(wǎng)崩潰。其次,系統(tǒng)發(fā)電不能靈活地跟蹤負(fù)荷的變化,設(shè)備利用率下降。再次,偏遠(yuǎn)地方得不到電能的供應(yīng)等等1。為解決此問題,分布式供電方式應(yīng)運而生,應(yīng)許多專家們的觀點,集中式供電與分布式供電結(jié)合,可以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性,是電力行業(yè)的發(fā)展方向。2 分布式供電及其特點1978年,美國在公共事業(yè)管理政策法中,正式公布推廣分布式供電。它是與傳統(tǒng)的供電模式完全不同的新型供電系統(tǒng)。以分散方式布置在用戶附近、發(fā)電功率在幾十千瓦到幾十兆瓦之

6、間,與環(huán)境兼容的獨立電源2。其供電裝置稱之為分布式電源,一般通過配電網(wǎng)并入系統(tǒng)中。分布式供電系統(tǒng)的主要特點為:靠近負(fù)荷;設(shè)備的小型化和微型化;發(fā)電效率高;燃料結(jié)構(gòu)的多元化;環(huán)境污染小;具有靈活的變負(fù)荷性能和調(diào)峰能力;可為邊遠(yuǎn)用戶或商業(yè)區(qū)提供可靠的供電。目前,能源的永續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)已成為全球關(guān)注的戰(zhàn)略問題。由于不可再生資源的枯竭和所帶來的環(huán)境污染嚴(yán)重,利用新能源發(fā)電是全球急需解決的問題,在尋找新能源中,以利用風(fēng)能、太陽能、水能等為研究重點。在分布式電源接入電網(wǎng)的建設(shè)中,分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護(hù)與自動重合閘裝置的影響尤為 明顯3。3 分布式電源在配電網(wǎng)中的接入及其保護(hù)配置某分布式電源接入如下圖

7、所示的配電網(wǎng)接線圖中,如圖1所示。圖1 某10kV配電網(wǎng)接線圖圖中,sG為系統(tǒng)側(cè)發(fā)電機,A、B、C、D、E、F為10kV母線,饋線1和饋線2為10kV 線路,AR為前加速重合閘,保護(hù)安裝于斷路器處,分布式電源不對電網(wǎng)送電。電廠本身配置的繼電保護(hù)裝置和相應(yīng)的設(shè)備不變,分布式電源接入后采用原有的保護(hù)配置。運行中發(fā)現(xiàn),饋線2的線路發(fā)生故障時,饋線1的首段線路保護(hù)易發(fā)生誤跳閘操作。而饋線1的線路發(fā)生故障時,饋線1的自動重合閘裝置重合不成功。這些不穩(wěn)定的情況是分布式電源接入前很少發(fā)生的,因此有必要分析其影響原因并提出解決措施,來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該配電網(wǎng)絡(luò)采用的保護(hù)配置如下:10kV 饋線1和饋線2配置

8、三段式電流保護(hù),無方向元件,并配置三相一次重合閘,兩饋線首段采用前加速保護(hù)方式4。分布式電源本身配置低電壓保護(hù),用于分布式電源近端發(fā)生故障時,將分布式電源切除。分布式電源的供電容量不能滿足用戶自身的負(fù)荷需求,需要電網(wǎng)輸送電能給負(fù)荷。同時其容量提供的故障電流不能影響各保護(hù)裝置的保護(hù)范圍。分布式電源隨時可能被切除,電量供應(yīng)需保證負(fù)荷的整體用電需求,分布式電源的投入和切除與電網(wǎng)無關(guān),是由用戶所決定的,同時要求用戶不能向電網(wǎng)反饋電能。4 分布式電源對配網(wǎng)保護(hù)及重合閘的影響分析分布式電源接入配電網(wǎng)系統(tǒng)后,改變了網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向,必需對原有的配電系統(tǒng)保護(hù)和自動重合閘裝置作出相應(yīng)的改造,以滿足系統(tǒng)的

9、穩(wěn)定運行條件。否則,配電網(wǎng)的保護(hù)和自動重合閘裝置將無法保證故障的快速、準(zhǔn)確切除,以及重合閘的及時可靠重合,并對配電系統(tǒng)及其設(shè)備的安全穩(wěn)定運行造成破壞5。本文的研究重點是對分布式電源的不同接入位置進(jìn)行分析,針對典型的故障點,逐一分析不同故障點時,配網(wǎng)保護(hù)和自動重合閘的動作特性情況。1、分布式電源接在配電網(wǎng)饋線末端母線的情況如圖2所示為配網(wǎng)饋線末端帶分布式電源的分析圖 圖2 配網(wǎng)饋線末端帶分布式電源的分析圖(1當(dāng)k1處發(fā)生短路故障時,保護(hù)3準(zhǔn)確動作,這種情況分布式電源的存在對保護(hù)的動作沒有造成影響。但對自動重合閘的動作造成了不利的影響。保護(hù)3的斷路器斷開,分布式電源仍向1k提供故障電流,所以不利于

10、故障的切除,故障點處仍有一定的電流,從而導(dǎo)致重合閘重合不成功。(2當(dāng)2k處發(fā)生故障時,由于配電網(wǎng)采用了前加速保護(hù)方式,保護(hù)3動作跳閘,但分布式電源仍給故障點提供電流,從而自動重合閘的動作無法實現(xiàn)。(3當(dāng)k3處發(fā)生故障時,由于分布式電源向保護(hù)2,3提供了反向的電流,可能滿足其整定值而誤動作,使得保護(hù)4和保護(hù)2,3之間失去選擇性。又由于保護(hù)3處也裝設(shè)了前加速重合閘裝置,要是保護(hù)3發(fā)生誤動作,以致引起保護(hù)3處的自動重合閘裝置誤操作。2、分布式電源接在配電網(wǎng)饋線非末端某母線的情況如圖3所示為配網(wǎng)饋線非末端帶分布式 電源的分析圖圖3 配網(wǎng)饋線非末端帶分布式電源的分析圖(1當(dāng)k1處發(fā)生故障時,保護(hù)3動作,

11、保護(hù)的動作情況無影響。若k1處發(fā)生的是瞬時性故障,由于分布式電源仍向故障點提供故障電流,電弧不能立即熄滅,以致保護(hù)3重合不成功,有可能導(dǎo)致永久性故障,擴大故障面積。若k1處發(fā)生的是永久性故障時,斷路器再次跳開,閉鎖重合閘。(2當(dāng)k2處發(fā)生故障時,由于前加速保護(hù)方式的作用,保護(hù)3瞬時動作,系統(tǒng)側(cè)不再向故障點提供電流,但分布式電源側(cè)仍向故障點處提供電流,電弧不滅,重合閘不成功。(3當(dāng)k3處發(fā)生故障時,本應(yīng)由保護(hù)4動作跳閘,但由于分布式電源還向保護(hù)3處提供反向故障電流,可能引起保護(hù)3的誤動作,以致保護(hù)失去選擇性。由于保護(hù)3處也采用了前加速保護(hù)方式,保護(hù)3的誤動作將引起相應(yīng)上網(wǎng)重合閘裝置誤操作。3、分

12、布式電源接在配電網(wǎng)饋線始端母線的情況如圖4所示為配網(wǎng)饋線始端帶分布式電 源的分析圖圖4 配網(wǎng)饋線始端帶分布式電源的分析圖如上圖所示,分布式電源接在饋線始端的母線上,相當(dāng)于增大了系統(tǒng)的容量,當(dāng)發(fā)生k1、k2、k3故障時,分布式電源的存在對配網(wǎng)的保護(hù)配置影響可不計。 由上述分析可知,由于分布式電源的引入,配網(wǎng)的繼電保護(hù)和自動重合閘都出現(xiàn)了問題,影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此。需要提出解決的方案。5 應(yīng)對方案為了避免分布式電源接入配電網(wǎng)時對保護(hù)及重合閘裝置產(chǎn)生的影響,需采取相應(yīng)的解決方案。 (1當(dāng)故障發(fā)生在分布式電源所在饋線上時,將以分布式電源為界劃分為2個區(qū)域:分布式電源上游區(qū)域和分布式電源下游區(qū)域。分

13、布式電源上游區(qū)域,即當(dāng)故障發(fā)生在系統(tǒng)電源與分布式電源之間時,通常采用后加速保護(hù)方式,故障將被有選擇地切除,以免停電面積擴大。同時在通信線路上傳遞信號,使分布式電源側(cè)斷路器發(fā)生聯(lián)跳,從而使分布式電源瞬時解列,以免負(fù)序電流的沖擊。饋線上的保護(hù)裝置檢線路無壓重合閘,分布式電源側(cè)保護(hù)裝置檢同期重合閘。故障判斷為瞬時性故障時,分布式電源才由檢同期重合閘重新接入配電網(wǎng);如果為永久性故障,分布式電源無需重合閘。分布式電源下游區(qū)域,即當(dāng)故障發(fā)生在電源與線路末端之間時,一般常采用重合閘前加速方式,發(fā)生故障后,故障被瞬時切除。如果是瞬時性故障,重合閘裝置重合;如果是永久性故障,斷路器再次跳開,閉鎖重合閘。此時無需

14、將分布式電源解列。由此,可保證系統(tǒng)與其連續(xù)運行6。 (2當(dāng)分布式電源的相鄰饋線上出現(xiàn)故障時,需在原有保護(hù)上加裝方向元件。6 結(jié)論引入分布式供電與集中式供電相結(jié)合的方式,是提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的必要。通過詳細(xì)分析分布式電源接入配網(wǎng)的不同位置,對典型故障點討論配網(wǎng)保護(hù)和重合閘裝置發(fā)生的變化,最后提出相應(yīng)的解決方案,以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。致謝本文是在導(dǎo)師楊炳元教授和王雙杰同學(xué)的指導(dǎo)和幫助下完成的,感謝他們的指導(dǎo)和關(guān)懷。在此,向我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝!參考文獻(xiàn)1梁才浩,段獻(xiàn)忠.分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響J.電力系統(tǒng)自動化, 2001,25(12:53-56.2陳金富,盧炎生.分布式電源技術(shù)在我國的應(yīng)