張靜芳

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司惠州供電局，廣東 惠州 516003)

0 引言

近年來，隨著傳統(tǒng)電源的發(fā)展面臨越來越大的壓力，分布式電源(distributed generation，簡稱DG)，這一新型能源供給方式因具有高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)國家快速發(fā)展。

歐美國家發(fā)展DG產(chǎn)業(yè)較早，現(xiàn)已初具規(guī)模。我國發(fā)展DG起步相對較晚，2010年國家電網(wǎng)發(fā)布了Q/GDW 480—2010《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。預(yù)計(jì)到2020年，我國DG裝機(jī)占比將達(dá)到約9 %(去除小水電后，約占5 %)，將成為我國電力供應(yīng)體系中的重要部分。

DG在電力系統(tǒng)中所占比重增加，對傳統(tǒng)電網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)和要求，加劇了電網(wǎng)安全運(yùn)行的復(fù)雜性和不確定性。在適當(dāng)?shù)腄G布置和電壓調(diào)節(jié)方式下，DG可部分消除電網(wǎng)的過負(fù)荷和堵塞，增加電網(wǎng)裕度，提高可靠性。但是如果DG未能與系統(tǒng)的繼電保護(hù)配合，則可能使保護(hù)誤動作。近年已經(jīng)出現(xiàn)多起DG導(dǎo)致重合閘失敗的事故。以下分析DG對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響及應(yīng)對措施，重點(diǎn)研究優(yōu)化DG上網(wǎng)線路重合閘的對策。

1 DG與繼電保護(hù)配合問題

1.1 DG對繼電保護(hù)的影響

DG并入電網(wǎng)后，對電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的動作可能產(chǎn)生如下幾個(gè)方面的不利影響。

(1) 短路電流增大。同步發(fā)電機(jī)型DG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，短路電流可能達(dá)到額定電流的十幾倍，尤其當(dāng)DG數(shù)量較多時(shí)，需要考慮其集聚效應(yīng)。

(2) 繼電保護(hù)裝置將會有反向短路電流流過，如原繼電保護(hù)不具備方向性，則并聯(lián)分支故障時(shí)，會引起本分支保護(hù)誤動。

(3) 影響繼電保護(hù)之間的配合關(guān)系。當(dāng)故障點(diǎn)位于DG下級電網(wǎng)時(shí)，將導(dǎo)致流過DG下級保護(hù)的電流變大，流過DG上級保護(hù)的電流變小，可能導(dǎo)致下級保護(hù)誤動、上級保護(hù)拒動，DG輸出功率越大，影響越嚴(yán)重。當(dāng)故障點(diǎn)位于DG上級電網(wǎng)時(shí)，假如沒有方向元件，DG上級的各保護(hù)之間可能會失去選擇性。

1.2 防止繼電保護(hù)不正確動作的措施

為防止DG接入后繼電保護(hù)不正確動作，可采取下列措施。

(1) 完善上網(wǎng)線路的保護(hù)配置。DG并網(wǎng)線路應(yīng)優(yōu)先采用光纖差動保護(hù)，在滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性要求時(shí)，也可采用距離保護(hù)或電流電壓保護(hù)。

(2) DG項(xiàng)目接入時(shí)，應(yīng)對短路電流作出專門的計(jì)算分析，確認(rèn)短路電流不會超標(biāo)，校核系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置定值是否需要做相應(yīng)修改。DG接入涉及大規(guī)模保護(hù)改造或更改定值時(shí)，應(yīng)更改接入方案，盡可能選取對系統(tǒng)保護(hù)影響小的接入方案，優(yōu)先采用專線直接接入母線的方式。

(3) DG側(cè)發(fā)電機(jī)、變壓器應(yīng)配備電壓保護(hù)、頻率保護(hù)以及防孤島保護(hù)，DG側(cè)保護(hù)定值應(yīng)與系統(tǒng)側(cè)保護(hù)定值配合整定，確保短路故障和缺相故障等情況發(fā)生時(shí)，DG能迅速從電網(wǎng)斷開。

2 DG上網(wǎng)線路重合問題

2.1 DG對重合閘的影響

自動重合閘裝置是提高供電可靠性的重要裝置。但DG上網(wǎng)線路故障跳閘后，小電網(wǎng)可能出現(xiàn)崩潰或失步，致使與大電網(wǎng)間存在較大的電壓及頻率差值，導(dǎo)致同期重合閘無法實(shí)現(xiàn)；而且由于DG的存在，使其上網(wǎng)的母線上仍有電壓，因而也無法實(shí)現(xiàn)檢母線無壓重合。這樣，即使是瞬時(shí)故障也會使重合閘失敗。

2.2 提高DG上網(wǎng)線路重合閘成功率的措施

2.2.1 延長重合閘整組復(fù)歸時(shí)間

電網(wǎng)從解列到瓦解，時(shí)間從幾毫秒到幾秒、幾十秒甚至更長。因此，重合閘整組復(fù)歸時(shí)間要足夠長，如滿足Q/CSG110035—2012《南方電網(wǎng)10 kV～110 kV線路保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求，則不小于10 m in。

2.2.2 合理整定重合閘動作時(shí)間

合理整定重合閘時(shí)間，可以有效提高重合閘成功率。對于系統(tǒng)側(cè)，時(shí)間影響不大，可按照正常設(shè)置。對于DG側(cè)，應(yīng)考慮不同運(yùn)行工況下機(jī)組的調(diào)節(jié)性能和響應(yīng)速度，建議采用慢速重合閘。

2.2.3 微電網(wǎng)運(yùn)行

微電網(wǎng)(M icro Grid)是一種由DG、儲能和負(fù)荷共同組成的小型低壓系統(tǒng)。微電網(wǎng)通過控制實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的電力電量平衡，可并網(wǎng)或獨(dú)立運(yùn)行。理論上，并網(wǎng)線路故障跳閘后，可通過微電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行，再人工進(jìn)行同期并網(wǎng)。微電網(wǎng)要考慮風(fēng)/光/氣、冷/熱/電等不同形式能源的合理配置與科學(xué)調(diào)度，但由于成本較高、儲能技術(shù)不足、標(biāo)準(zhǔn)缺乏以及市場障礙等一系列因素限制，現(xiàn)在我國的微電網(wǎng)技術(shù)還處于探索階段。一般來說，目前DG上網(wǎng)線路跳閘后不允許孤島運(yùn)行，不建議采取微電網(wǎng)運(yùn)行再同期并網(wǎng)的做法。

2.2.4 解列重合閘

在DG上網(wǎng)線路故障后將DG解列，再通過檢母線無壓方式重合。解列將增加DG的跳閘幾率，對DG所帶負(fù)荷及機(jī)組都有影響，具體實(shí)施時(shí)應(yīng)分析對DG及其所帶負(fù)荷的影響。如果要使DG始終保持運(yùn)行必須有特殊的設(shè)計(jì)，確保DG的燃料或輔機(jī)電源不間斷供電。目前應(yīng)用較普遍的可行方案是解列重合閘。

3 解列DG的方法

3.1 配置聯(lián)切回路聯(lián)切DG

如圖1所示，A為220 kV變電站，B，C為110 kV變電站，其中C站有DG，線路L2是其上網(wǎng)專線。為提高線路L1的重合成功率，可配置聯(lián)切回路聯(lián)切DG。

(1) 在QF2保護(hù)配置聯(lián)跳QF3的回路，L1故障跳QF2的同時(shí)聯(lián)跳QF3；或QF2僅配置跳QF3的回路，退出跳QF2的回路，L1故障不跳QF2只跳QF3。

(2) 在B站主變保護(hù)配置聯(lián)跳QF3的回路，L1故障通過B站主變零序過流或間隙過流和零序過壓保護(hù)聯(lián)跳QF3。

上述方法只需增加聯(lián)切回路，但僅適用于DG上網(wǎng)線路級數(shù)不超過2級的情況。

圖1 單DG單級上網(wǎng)線路

3.2 采用遠(yuǎn)跳形式聯(lián)切DG

如圖2所示，A為220 kV變電站，B，C，D為110 kV變電站，其中D站有DG，線路L3是其上網(wǎng)專線。

圖2 單DG多級上網(wǎng)線路

在B站配置遠(yuǎn)跳裝置，L1，L2故障通過遠(yuǎn)跳聯(lián)切線路L3。

此方法能實(shí)現(xiàn)多級串供上網(wǎng)線路的聯(lián)切，但需要有遠(yuǎn)跳裝置及通道的支持。

3.3 調(diào)整保護(hù)范圍

將解列點(diǎn)保護(hù)定值按保護(hù)多級串供線路全線范圍整定，保證任一線路故障時(shí)，先解列DG。

以圖2為例，D站QF6保護(hù)為解列點(diǎn)，靈敏度按線路L1+L2+L3總長整定。線路故障，先將DG解列；QF2保護(hù)按與QF6保護(hù)配合整定，QF4保護(hù)按與QF2保護(hù)配合整定；其余保護(hù)按正常配合整定。也可將上一級C站的QF4或QF5設(shè)為解列點(diǎn)，使用QF4解列時(shí)，QF4需增加聯(lián)跳QF5的回路；使用QF5解列時(shí)，QF5保多級線路靈敏段保護(hù)退出方向。

此方法適用單個(gè)DG多級串供上網(wǎng)的情況，只需增加聯(lián)跳回路，但整定較復(fù)雜。尤其是解列點(diǎn)存在既要保證多級串供線路全線靈敏度，又要躲220 kV站其余110 kV出線故障的矛盾，在復(fù)雜電網(wǎng)中往往難以實(shí)現(xiàn)定值配合。

3.4 退出保護(hù)

通過退出DG上網(wǎng)串供中間線路DG側(cè)的保護(hù)，保證上網(wǎng)線路或變壓器保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)等將DG解列。

如圖3所示，A為220 kV變電站，B，C，D，E為110 kV變電站，其中C，D，E站DG2，DG1和DG3，為110 kV電源，DG2為10 kV電源。

圖3 多DG多級上網(wǎng)線路

退出串供的中間線路DG側(cè)QF2，QF4線路保護(hù)；對于110 kV并網(wǎng)的DG1和DG3，依靠上網(wǎng)專線DG側(cè)保護(hù)QF6，QF8，發(fā)電機(jī)保護(hù)等解列。對于10 kV或35 kV電壓等級上網(wǎng)的DG2，由其上網(wǎng)的110 kV變壓器T1的零序電流保護(hù)或間隙過流及零序過壓保護(hù)解列。

此方案可適用單個(gè)及多個(gè)DG多級串供上網(wǎng)的情況，且無需增加裝置和回路，但較為依賴DG側(cè)的保護(hù)裝置及管理。

3.5 配置自動解列裝置

在DG電廠或其第1級上網(wǎng)線路的變電站側(cè)配置自動解列裝置，在其上網(wǎng)的110 kV線路跳閘后，通過高(低)頻、高(低)壓判據(jù)對DG進(jìn)行解列。

根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，暫態(tài)和動態(tài)過程中系統(tǒng)中樞點(diǎn)母線電壓下降持續(xù)低于限定值(一般為0.75倍基準(zhǔn)電壓Un)并且時(shí)間超過規(guī)定，或任何時(shí)刻頻率高于51.5 Hz、低于47.5 Hz，則電網(wǎng)失去穩(wěn)定。因此，建議發(fā)電機(jī)組保護(hù)在電壓低于0.8Un或頻率低于47.8 Hz時(shí)，解列機(jī)組，加快電網(wǎng)恢復(fù)速度，為重合閘做準(zhǔn)備。

以圖3為例，可在B或E站安裝自動裝置解列DG3，在C站安裝自動裝置解列DG2和DG1，在DG上網(wǎng)線路故障跳閘后，通過高(低)頻、高(低)壓判據(jù)進(jìn)行解列。此方法適用于多個(gè)DG在不同110 kV站上網(wǎng)的情況，特別是多個(gè)DG通過10 kV或35 kV饋線接入110 kV主變的情況。但此方法需要增加自動裝置，實(shí)現(xiàn)周期較長。

上述解列方法短期通過保護(hù)聯(lián)切升級、退出保護(hù)，調(diào)整定值實(shí)現(xiàn)，中期通過增加遠(yuǎn)跳回路實(shí)現(xiàn)，遠(yuǎn)期通過增加高(低)頻、高(低)壓功能實(shí)現(xiàn)。這些方法可單獨(dú)使用，也可組合使用。

4 大容量DG上網(wǎng)分析

如圖4所示，A為220 kV變電站，T1，T2為A站主變。B，C為110 kV變電站，B站有大功率上網(wǎng)的DG，上網(wǎng)功率超過A站任一臺主變。在正常運(yùn)行方式下，如DG機(jī)組跳閘或L1線路跳閘，將造成T1，T2負(fù)荷劇增，威脅主變的安全運(yùn)行。如考慮DG機(jī)組跳閘等因素，不得不將T1，T2容量空出DG機(jī)組的負(fù)荷來運(yùn)行，將造成主變?nèi)萘康睦速M(fèi)。在這種情況下，需要在A站加裝過載切負(fù)荷裝置，在DG跳機(jī)，T1，T2負(fù)荷急增時(shí)，快速切除C站負(fù)荷，保證T1，T2運(yùn)行安全。即便如此，加裝安全自動裝置也不能完全解決問題，特別當(dāng)T1故障，同時(shí)由于故障電流沖擊造成DG跳機(jī)，將對T2造成危害。

因此，大容量DG在規(guī)劃時(shí)就應(yīng)考慮通過電壓高一等級的線路上網(wǎng)。Q/GDW 480—2010規(guī)定：DG總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25 %。

圖4 大電源上網(wǎng)線路

5 結(jié)束語

DG是未來電力發(fā)展的一個(gè)重要方向，采取切實(shí)有效的DG并網(wǎng)管理措施將非常重要。以上介紹了DG并網(wǎng)影響繼電保護(hù)的問題，并從規(guī)劃DG接入點(diǎn)、連接方式、自動解列裝置配置、定值配合等方面入手，給出了解決DG導(dǎo)致重合閘失敗等問題的多種措施和方法。近幾年來，我國對DG的研究逐漸增多、加深，但與世界前沿科技水平仍存在一定的差距，所以，挖掘DG技術(shù)的應(yīng)用潛力，促進(jìn)DG與系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置的協(xié)調(diào)配合仍是研究的重點(diǎn)。

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