含分布式电源配电网保护装置动作特性分析

1、含分布式电源配电网保护装置动作特性分析李晓芹,杨炳元,王双杰(内蒙古工业大学电力学院,呼和浩特 010080Email:672312134摘要:针对在分布式发电的条件下,对配电网系统保护装置动作特性进行了分析。系统的稳定性不仅取决于故障发生时继电保护装置的动作特性,而且取决于故障跳闸后自动重合闸装置的动作特性。通过分析分布式电源对配电网继电保护及自动重合闸的影响,结合其影响原因并提出了相应的解决措施,以保证配电网系统稳定运行。关键字:分布式发电;配电网;稳定性;解决措施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引言随着我国经济的迅猛增长与电力行业的飞速发展,其用电量持续快

5、速增长,以大机组、大电网、高电压为主要特征的集中式供电方式已不能满足其要求。而且大电网频繁出现停电事故,这就意味着集中式发电存在弊端。首先,局部事故极易扩散,可导致大面积停电和电网崩溃。其次,系统发电不能灵活地跟踪负荷的变化,设备利用率下降。再次,偏远地方得不到电能的供应等等1。为解决此问题,分布式供电方式应运而生,应许多专家们的观点,集中式供电与分布式供电结合,可以提高电力系统的稳定性,是电力行业的发展方向。2 分布式供电及其特点1978年,美国在公共事业管理政策法中,正式公布推广分布式供电。它是与传统的供电模式完全不同的新型供电系统。以分散方式布置在用户附近、发电功率在几十千瓦到几十兆瓦之

6、间,与环境兼容的独立电源2。其供电装置称之为分布式电源,一般通过配电网并入系统中。分布式供电系统的主要特点为:靠近负荷;设备的小型化和微型化;发电效率高;燃料结构的多元化;环境污染小;具有灵活的变负荷性能和调峰能力;可为边远用户或商业区提供可靠的供电。目前,能源的永续利用和环境保护已成为全球关注的战略问题。由于不可再生资源的枯竭和所带来的环境污染严重,利用新能源发电是全球急需解决的问题,在寻找新能源中,以利用风能、太阳能、水能等为研究重点。在分布式电源接入电网的建设中,分布式电源对配电网继电保护与自动重合闸装置的影响尤为 明显3。3 分布式电源在配电网中的接入及其保护配置某分布式电源接入如下图

7、所示的配电网接线图中,如图1所示。图1 某10kV配电网接线图图中,sG为系统侧发电机,A、B、C、D、E、F为10kV母线,馈线1和馈线2为10kV 线路,AR为前加速重合闸,保护安装于断路器处,分布式电源不对电网送电。电厂本身配置的继电保护装置和相应的设备不变,分布式电源接入后采用原有的保护配置。运行中发现,馈线2的线路发生故障时,馈线1的首段线路保护易发生误跳闸操作。而馈线1的线路发生故障时,馈线1的自动重合闸装置重合不成功。这些不稳定的情况是分布式电源接入前很少发生的,因此有必要分析其影响原因并提出解决措施,来保证系统的稳定性。该配电网络采用的保护配置如下:10kV 馈线1和馈线2配置

8、三段式电流保护,无方向元件,并配置三相一次重合闸,两馈线首段采用前加速保护方式4。分布式电源本身配置低电压保护,用于分布式电源近端发生故障时,将分布式电源切除。分布式电源的供电容量不能满足用户自身的负荷需求,需要电网输送电能给负荷。同时其容量提供的故障电流不能影响各保护装置的保护范围。分布式电源随时可能被切除,电量供应需保证负荷的整体用电需求,分布式电源的投入和切除与电网无关,是由用户所决定的,同时要求用户不能向电网反馈电能。4 分布式电源对配网保护及重合闸的影响分析分布式电源接入配电网系统后,改变了网络的拓扑结构和潮流方向,必需对原有的配电系统保护和自动重合闸装置作出相应的改造,以满足系统的

9、稳定运行条件。否则,配电网的保护和自动重合闸装置将无法保证故障的快速、准确切除,以及重合闸的及时可靠重合,并对配电系统及其设备的安全稳定运行造成破坏5。本文的研究重点是对分布式电源的不同接入位置进行分析,针对典型的故障点,逐一分析不同故障点时,配网保护和自动重合闸的动作特性情况。1、分布式电源接在配电网馈线末端母线的情况如图2所示为配网馈线末端带分布式电源的分析图 图2 配网馈线末端带分布式电源的分析图(1当k1处发生短路故障时,保护3准确动作,这种情况分布式电源的存在对保护的动作没有造成影响。但对自动重合闸的动作造成了不利的影响。保护3的断路器断开,分布式电源仍向1k提供故障电流,所以不利于

10、故障的切除,故障点处仍有一定的电流,从而导致重合闸重合不成功。(2当2k处发生故障时,由于配电网采用了前加速保护方式,保护3动作跳闸,但分布式电源仍给故障点提供电流,从而自动重合闸的动作无法实现。(3当k3处发生故障时,由于分布式电源向保护2,3提供了反向的电流,可能满足其整定值而误动作,使得保护4和保护2,3之间失去选择性。又由于保护3处也装设了前加速重合闸装置,要是保护3发生误动作,以致引起保护3处的自动重合闸装置误操作。2、分布式电源接在配电网馈线非末端某母线的情况如图3所示为配网馈线非末端带分布式 电源的分析图图3 配网馈线非末端带分布式电源的分析图(1当k1处发生故障时,保护3动作,

11、保护的动作情况无影响。若k1处发生的是瞬时性故障,由于分布式电源仍向故障点提供故障电流,电弧不能立即熄灭,以致保护3重合不成功,有可能导致永久性故障,扩大故障面积。若k1处发生的是永久性故障时,断路器再次跳开,闭锁重合闸。(2当k2处发生故障时,由于前加速保护方式的作用,保护3瞬时动作,系统侧不再向故障点提供电流,但分布式电源侧仍向故障点处提供电流,电弧不灭,重合闸不成功。(3当k3处发生故障时,本应由保护4动作跳闸,但由于分布式电源还向保护3处提供反向故障电流,可能引起保护3的误动作,以致保护失去选择性。由于保护3处也采用了前加速保护方式,保护3的误动作将引起相应上网重合闸装置误操作。3、分

12、布式电源接在配电网馈线始端母线的情况如图4所示为配网馈线始端带分布式电 源的分析图图4 配网馈线始端带分布式电源的分析图如上图所示,分布式电源接在馈线始端的母线上,相当于增大了系统的容量,当发生k1、k2、k3故障时,分布式电源的存在对配网的保护配置影响可不计。 由上述分析可知,由于分布式电源的引入,配网的继电保护和自动重合闸都出现了问题,影响了系统的稳定性。因此。需要提出解决的方案。5 应对方案为了避免分布式电源接入配电网时对保护及重合闸装置产生的影响,需采取相应的解决方案。 (1当故障发生在分布式电源所在馈线上时,将以分布式电源为界划分为2个区域:分布式电源上游区域和分布式电源下游区域。分

13、布式电源上游区域,即当故障发生在系统电源与分布式电源之间时,通常采用后加速保护方式,故障将被有选择地切除,以免停电面积扩大。同时在通信线路上传递信号,使分布式电源侧断路器发生联跳,从而使分布式电源瞬时解列,以免负序电流的冲击。馈线上的保护装置检线路无压重合闸,分布式电源侧保护装置检同期重合闸。故障判断为瞬时性故障时,分布式电源才由检同期重合闸重新接入配电网;如果为永久性故障,分布式电源无需重合闸。分布式电源下游区域,即当故障发生在电源与线路末端之间时,一般常采用重合闸前加速方式,发生故障后,故障被瞬时切除。如果是瞬时性故障,重合闸装置重合;如果是永久性故障,断路器再次跳开,闭锁重合闸。此时无需

14、将分布式电源解列。由此,可保证系统与其连续运行6。 (2当分布式电源的相邻馈线上出现故障时,需在原有保护上加装方向元件。6 结论引入分布式供电与集中式供电相结合的方式,是提高系统稳定性的必要。通过详细分析分布式电源接入配网的不同位置,对典型故障点讨论配网保护和重合闸装置发生的变化,最后提出相应的解决方案,以保证系统的稳定性。致谢本文是在导师杨炳元教授和王双杰同学的指导和帮助下完成的,感谢他们的指导和关怀。在此,向我的老师和同学表示衷心的感谢!参考文献1梁才浩,段献忠.分布式发电及其对电力系统的影响J.电力系统自动化, 2001,25(12:53-56.2陈金富,卢炎生.分布式电源技术在我国的应