小议分布式电源的配电网保护

小议分布式电源的配电网保护
摘要：本文结合作者实际工作经验，就含有分布式电源的配电网闭环运行需要的保护配置进行讨论，以供学习研究。

关键词：配电网；单侧断路器；分布式电源
前言:本文提出一种配电网的单侧断路器保护配置方案，适用于35kV及以下含有分布式电源的网架结构，不仅可以快速可靠地切除线路故障，有效提高系统的安全稳定运行水平及供电可靠性，并且投资成本低，有较好的应用前景。

1 闭环运行微网
如图l所示是一个简单的含有分布式电源的配电网，且为了减少投资，只是系统侧装设断路器，受端装设隔离开关或无保护的断路器。

当联络开关S打开时，即是开环运行；S关闭时，即是闭环运行。

图1 含分布式电源配电网示意图
相比于闭环运行，开环运行的配电网发生短路故障时，会导致故障馈线下游DG的切除，影响DG的利用效率，造成DG不必要的频繁投切。

以馈线2的故障为例，在馈线2的DG上游无论何处发生短路故障，采用开环运行时，DG都将被切除。

在DG的容量小时，这或许不构成问题。

但随着DG容量增大，这就是个需要讨论的问题。

然而，若采用闭环运行，则DG仍可继续运行，对馈线l 上的负荷供电。

这就尽可能减少了DG孤岛运行的次数，提高了DG的利用效率，增大DG的准人容量，保证了供电的连续性。

同时，因为闭环运行非故障馈线上电源的支持，使得在发生故障时，DG的电压暂降大大的减少,减小了对DG的危害。

而故障后DG的持续供电，也为配电网带来更多的电力供应，尽可能的减少了负荷损失。

这样，闭环运行的配电网也就能更好的维持电压水平的稳定。

随着分布式电源渗透率的提高，闭环运行的优势就越明显。

但闭环运行也有一定的弊端：闭环运行增加了故障时的短路电流；在一定程度上减少了故障和DG之间的电气距离，缩短了最大短路故障切除时间。

所以，闭环运行系统需要更为完善可靠的保护方案，以满足含分布式电源的闭环配电网对快速性和灵敏性的可靠性的要求。

2 闭环保护方案分析
2.1解列式保护
由开环运行保护配置改造为闭环运行保护配置花费最少且最简单的选择将是解列式保护配置。

一般解列点选择在负荷中点上，将联络开关换为断路器，且配置过流保护。

闭环运行时,当馈线1或是任一点发生故障时，环上继电器检测到过流，瞬时断开跳闸，但必将造成配电网解列，停电范围无法有效减小，范围内的DG还是很容易在故障时被切除，也难以发挥闭环运行的优势。

2.2方向定时限过流保护
由于DG以及闭环运行所导致的配电网的潮流双向性，在原有的过流保护基础上必须加装方向继电器，配置为具备方向选择性的过流三段式保护，并且必须在馈线两端都要装设方向继电器和断路器。

如图2所示，对保护1、3、5、7、9处安装顺时针方向的方向继电器,对保护2、4、6、8、10处安装逆时针方向的方向继电器。

利用过流保护从故障线路的两端切除故障，从而保护了其他非故障线路，使得故障范围最小化。

图2方向定时限过流保护示意图
但根据过流保护的动作时限选择，在越靠近电源处的故障切除时间就越长，但越靠近电源处发生的故障严重程度却越高。

如果是故障范围在限时过流保护范围内时，则故障切除时间较长，对系统造成的危害也就越大。

另外，靠近电源母线侧线路发生故障时，远离电源母线侧保护的检测也是一个难点。

例如，故障发生在F处，靠近电源侧的母线，那么通过保护9的整定值必须要大于以正常运行时的最大负荷电流，可能出现保护9难以检测到过电流以至拒动作。

断路器10以最长的动作断开。

故障切除时间已经太长，难以有效保护系统。

2.3 纵联快速电流保护
和 2.2节的方向定时限过流保护一样,在馈线两端配置方向过流继电器和断路器,但同时增设纵联通信设备,利用过流保护和纵联通信达到快速切断故障电流的目的，即纵联快速电流保护。

每一个过流保护继电器都根据检测状态决定是向线路对侧保护发送闭锁信号，保护继电器在检测到故障过电流时，将发送一个带有时间延迟的允许跳闸信号，同时满足对侧闭锁信号为0和本侧允许跳闸信号为1时，即可跳闸。

对于馈线首段和末端的保护继电器，满足其中一种信号即可在时间延迟后进行跳闸。

并且，本地保护经过过流保护的动作时限延迟后也发出一个跳闸信号，作为下游保护动作失败的后备保护。

由于在馈线两端均装设了断路器，可以从两端快速切除故障。

以图2断路器配置为例，跳闸动作逻辑图如图3所示。

图3纵联快速电流保护动作逻辑示意图
该保护方案仅需要很小的时间延迟（可视为无时限）就能可靠地切除故障，保证了系统的稳定性。

但这个保护方案投资也相对较大，且在2．2节中提到，发生在靠近电源母线的故障时，远离电源母线侧保护对故障过电流检测也仍然难以保证。

3 改进型纵联过流保护
传统的配电线路一般只在系统侧装设断路器及保护，当需要在原有的配电网上由开环的保护配置改造为能适应闭环运行的配电网保护配置时，如果在改造中对每段线路的两侧都安装断路器并配置相应的保护装置，那么投资会非常大。

为此，本文针对含有分布式电源的闭环配电网，提出一种只有单侧断路器的改进纵联过流保护方案。

保护配置如图4所示，每个保护都装设了方向继电器。

过流保护可以保护线路全长，但是当故障越靠近电源端时，短路电流越大，而此时过电流保护动作切除故障的时限反而越长，是个很大的缺点。

但结合了纵联保护就可瞬时切除故障。

图4改进型纵联过流保护示意图
除B外的断路器都是原配电网已有的，S是联络开关，在闭环运行是合上的。

若在检修或其他情况下需要开环运行，该保护也同样适用。

以下简述这种保护方案的原理特点：
(1)在每段馈线的接近电源出口处配置断路器，即保持了原开环配电网馈线的断路器位置。

另外，对于接有分布式电源的母线，为保护分布式电源，在母线两端均装设断路器，即多加装一个断路器。

在原配电线路上进行改造，节省了断路器的投资。

(2)对于配电网原有的断路器，跳闸信号可用两个信号决定，满足其中任意一个即可跳闸。

信号一，当断路器保护检测到过电流（短路电流）并发出允许跳闸信号，下游断路器没有发来闭锁信号，同时满足这两个条件时发出带有时间延迟的允许跳闸信号。

信号二，当断路器保护检测到过电流（短路电流），并接收到上游保护的允许跳闸信号即可以启动跳闸。

(3)对于带DG母线侧加装的断路器，如断路器在接收到由线路对端断路器发出的允许跳闸信号和本身的过流信号后可以启动跳闸。

对于环上的断路器，因
为过流保护会保护相邻线路，所以需要环上两保护同时检测到过流才可跳闸。

(4)原有的定时限过流保护仍保留作为后备保护，在检测到过流信号后发出带有延迟时间的跳闸信号。

4 结语
含有DG的配电网，采用闭环运行可以更好地保持DG稳定，提高配电网持续供电的能力。

采用闭环运行的含DG的配电网在线路发生故障时要求能从两端快速切除故障线路，但考虑到我国配电网一般只在系统侧装设断路器，双侧均加设断路器投资成本较大，故本文中所提出的改进型纵联过流保护可有效针对以上闭环运行改造的需要，同时随着供电可靠性及电网运行监控的需要，配电网也将逐步实现光纤化，通信的问题可得到有效解决，改进型纵联过流保护将具备较好的实用价值。