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摘要：传统的放射状链式配电网接入分布式发电系统后，配电网继电保护及安全自动装置的配置和整定变得非常复杂和困难。详细分析了分布式电源的接入对原有的配电网继电保护和安全自动装置运行的影响，提出了一种在分布式电源并网时的保护及自动装置配置方案，该方案将配电网原有的距离保护改造为允许式方向纵联保护，提高了并网变电站的供电可靠性，具有实际可行性。
关键词：分布式发电；配电网；继电保护
1 分布式电源接入配电网对继电保护及安全自动装置带来的问题
1.1 分布式电源接入配电网的方式
目前国内配电网中连接的分布式电源主要为小型发电机组，通过 110 kV 终端变电站并网，一般是在 110 kV 变电站的 10 kV 或 35 kV 母线上接入，本文以分布式电源在 110 kV 变电站的 35kV 母线通过专线并网为例进行讨论。图 1 为分布式电源在 110kV 变电站并网的典型接线图，图中三绕组变压器接线方式为 Y0/Y/△，分布式电源 DR 刚好在变压器的三角形绕组侧并网，消除了变压器中三次谐波磁通的影响，并且当110 kV 线路发生接地故障时，分布式电源侧没有零序分量。
图1 分布式电源并网典型接线图
1.2 分布式电源并网对继电保护和安全自动装置带来的问题
1.2.1 对变压器零序保护的影响
在分布式电源接入之前，配电网为单电源辐射状结构，图1中110 kV并网变电站中三绕组变压器的中性点一般直接接地或通过电阻接地运行，但为了提高线路首端零序电流保护的灵敏度，其中性点的零序电流保护一般不投入运行。当分布式电源从35kV母线上接入后，在最大运行方式下，为防止110kV线路接地时产生的过电压影响110kV线路和变压器及相关设备的安全，该变压器110kV侧中性点需投入零序过流保护。这样，配电网的零序网络发生变化，零序电流保护的保护范围也发生相应变化，为保证零序保护的选择性，系统侧（断路器1DL）保护A的灵敏度将大幅度降低。
1.2.2对自动重合闸（ZCH）和备用电源自投装置的影响
分布式电源并网运行后（见图1），系统与并网变之间的直配线MN变为分布式电源的并网联络线，原跳1DL的保护A的普通重合闸已不能满足可靠性的要求。目前最普遍的配置为将保护A的普通重合闸更换为检线路无压自动重合闸，为2DL加装检同期重合闸。当MN上发生瞬时性故障时，保护A和保护B动作跳开1DL和2DL，联络线失去电压，1DL处检线路无压ZCH重合成功，而由于分布式电源稳定性较差，按检同期的检定条件2DL处ZCH重合成功的机率很小，使得包含DR的电网与主电网分离，而DR仍然向所在的独立电网供电，形成孤岛运行。由于孤岛内功率不平衡，分布式电源很快被压垮，系统失去所有负荷，需按调度命令重新逐级手动同期并网运行。
2分布式电源并网运行保护及自动装置配置与整定方案
2.1并网联络线自动装置与保护的配置与整定
正常情况下，在2DL处加装距离和零序保护构成保护B，在3DL处配置方向电流电压保护以及低频、低压解列装置。本方案另外需要增加的保护配置如下：
1）在MN两侧加装必要的逻辑构成允许式方向纵联保护作为主保护，由原有的距离和零序保护构成后备保护。N侧加装弱馈逻辑构成弱馈保护，该保护动作后，以一短延时跳开2DL同时联跳3DL将分布式电源解列；
2）断路器1DL采取检线路无压重合闸；
3）断路器2DL采取检本侧母线无压重合闸；
4）断路器3DL采取检同期重合闸，配置低频、低压解列装置。
本方案要求第1）﹑2）﹑3）必须配置。
由于原有线路保护为距离保护，本着经济、适用的原则，在距离保护基础上加装必要逻辑构成移频键控式超范围允许式方向纵联保护，由距离保护Ⅱ段键控发讯。
采用移频键控(FSK）式传输方式以提高信号抗干扰能力，正常时传送监频信号fG,在发送允许信号时切换为命令频率fT。发信机由保护第Ⅱ段ZⅡ启动，收信机收到对侧允许信号，同时本侧ZⅡ动作就发出跳闸命令；若保护第Ⅰ段ZⅠ动作，说明为线路内部故障，直接发跳闸命令。按以上逻辑配置允许式方向纵联保护，仅当区内三相接地短路伴随通道破坏时，允许信号不能通过，保护拒动。因此要在载波机内部增设判别回路：在监频信号消失的150ms内，若移频信号也消失，则组成与门，经适当延时后代替对方允许信号。
按照逻辑构成保护，可保证对区内所有故障迅速反应。但对接有分布式电源的N侧，因分布式电源提供的短路电流较小，可能不足以使保护启动元件动作，即使收到对侧允许信号也不能跳闸，因此需要在N侧加装弱馈逻辑构成弱馈保护，该弱馈逻辑满足以下三个条件：
1）本侧故障检测元件（电流综合突变量、零序电流、低电压元件等）动作，说明系统有故障；
2）反方向元件不动作，说明不是区外故障；
3）收到对侧（M侧）允许信号，说明不是M侧背侧故障。
同时满足上述三个条件后，本侧通过低电压选相延时50ms跳闸，同时转发信30ms给对侧允许其跳闸。
弱馈保护在收信后80ms内有效，以提高抗干扰能力；反方向元件动作后延时70ms返回，以减轻对极化电压记忆时间的要求。
2.2保护动作分析
当在并网联络线MN上发生瞬时性故障时，两侧保护都感受为正方向动作，互发允许信号，两侧断路器跳闸切除故障；若分布式电源提供的短路电流不足以使N侧方向纵联保护动作，则由N侧弱馈保护动作使本侧断路器跳闸，同时转发允许信号给M侧使对方跳闸。若主保护拒动，则由后备保护经延时跳开2DL并联跳3DL。
保护动作跳闸后，1DL处检线路无压自动重合闸检测到线路无压，重合成功。若备自投装置启动，则2DL处检本侧母线无压重合闸重合不成功，由备用电源带变电站负荷运行；若备自投未启动，则2DL处检本侧母线无压重合闸重合成功，系统恢复对并网变供电。1DL和2DL成功重合后，若分布式电源与系统符合同期条件，则3DL处检同期重合闸重合成功，分布式电源恢复并网运行；若分布式电源与系统不符合同期条件，则按调度命令手动同期并网。
3结论
本文分析了分布式电源并入配电网运行对继电保护与安全自动装置带来的问题，针对这些问题提出了一套保护与自动装置配置方案。此方案提高了并网变电站的供电可靠性，加速了对永久故障的隔离，具有投资少，简单且实用性强的特点，特别适用于容量相对较大的小型发电机组的并网运行。
参考文献
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论文作者:莫中岳,李震宇,刘尚坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：分布式论文; 电源论文; 装置论文; 动作论文; 变电站论文; 信号论文; 线路论文; 《电力设备》2017年第13期论文;