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考虑新能源接入的配电网继电保护研究

杨博宇

中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司,陕西西安,710075

摘要: 继电保护装置是维护电力系统安全稳定运行的重要基础,当系统出现故障时,若继电保护装置无法正确可靠动作,则会严重威胁系统运行的安全性与可靠性。因此,全方位研究电力系统在不同运行环境下的继电保护动作特性,找到合理有效的继电保护控制策略,对提升电力系统稳定运行具有重要意义。
关键词: 新能源;接入;配电网;继电保护
DOI:10.12721/ccn.2021.157069
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国内外研究学者对电力系统继电保护相关特性展开大量研究工作。研究了继电保护整定计算的适应性以及重合闸装置投切的合理性,给出了配电网继电保护以及重合闸装置的保护整定投切原则。应用继电保护隐性故障的概率模型,对保护装置引起电力系统风险的影响特性及其在连续故障中的作用机理进行分析,进而对电力系统发生连续故障的概率进行评价,并进一步提出了相应的防范控制措施;充分应用多代理体系结构的智能化特点,设计了一种继电保护定值在线校核告警系统,工程应用算例充分证明了该系统在实时采集电网信息的智能性,能够显著提升计算速度。

上述研究文献从系统隐性故障、智能化信息系统接入、网络拓扑变化、新能源系统接入等多个方面对继电保护动作特性展开研究,给出了相应的继电保护控制策略,但对于新能源系统接入传统电网这一工况,鲜少从电路理论基本特性出发,探究其对传统电网的影响,并提出相应的继电保护策略。为此,对新能源电源接入对传统配电网保护的影响特性展开研究,根据不同新能源接入条件探究继电保护的动作特性,包括:不同新能源电源的接入位置、不同新能源电源容量大小等,提出了适用于新能源电源规模化接入的配电网继电保护策略。

1 新能源电源接入对传统保护性能的影响

如图1所示,新能源电源经专线接入的典型配网。配网原有线路采取三段式电流保护方案,假设新能源电源DG1所在线路F2处发生短路故障,DG1为双馈型电源,对新能源接入传统电网后继电保护的变化特性进行分析。

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图1 含新能源电源接入的配电网典型结构示意图 

1.1 DG1上游线路

新能源接入上游线路的电流Ⅰ段保护的动作性能不受影响;电流Ⅱ段保护与线路L2保护相配合,DG1电源会产生外汲电流作用,可能造成Ⅱ段保护失配误动;电流Ⅲ段保护可能受到DG1馈出的短路电流影响,导致远后备灵敏度不足而引起保护拒动。

1.2 DG1下游线路

新能源接入下游线路的各段电流保护均会受到影响。对于电流Ⅰ段保护,DG1的接入会使得K2处保护的测量电流增大,引起保护Ⅰ段超越误动;对于电流Ⅱ段保护,可能造成保护失配误动;电流Ⅲ段保护,DG1馈出的助增电流可能导致远后备灵敏度降低。而对于未接入新能源电源的其他相邻馈线保护的动作性能也可能会受到新能源电源馈出短路电流的影响而导致保护误动。

综上分析,新能源电源的接入对传统配网继电保护造成多种影响,这与新能源电源接入位置以及电源容量直接相关。因此,需要对其特性进行分析,以采取适当措施,保证继电保护动作的正确性。

2 不同新能源接入条件下的继电保护特性

系统短路电流值的大小与并网点、新能源电站以及系统电源三者间的等值阻抗强相关,新能源电站接入配电网位置的不同,其影响也会有所差异。

当新能源电站经专线接在母线B处时,若线路BC段发生故障,则会对保护2流过的故障电流产生助增作用,使得保护2的电流速断保护范围延长,影响其与保护3的配合性,无法保证保护动作的选择性。

当新能源电站经专线接在母线C处时,若线路AB段出现故障时,新能源电站将向保护2输出反向的故障电流,当故障电流小于保护动作电流时,仅保护1故障跳闸而保护2不动作,此时故障无法完全切除,所以应在线路AB的末端装设保护装置,同理,BC段也应如此。

当新能源电站经专线接在母线C处时,若线路CD段发生故障,则新能源电站将对保护2流过的电流具有分流效用,降低了该处电流Ⅱ段保护的灵敏度,若接入的新能源电站容量较大,则起到的分流效用更加显著,严重时甚至会造成保护2处的电流Ⅱ段保护发生拒动。

综上所述:(1)若新能源电站接入的位置处于在线路上游,而故障发生在电站接入的下游线路时,由于新能源电站会对故障电流产生助增作用,使得故障线路保护装置检测到的故障电流增大,极大概率引起本线路的电流速断保护发生越级动作,从而使继电保护失去选择性。若根据新能源电站接入的情况对保护进行整定,则新能源电站切除后会引起保护灵敏度降低,造成保护拒动。(2)若新能源电站接入的位置处于在线路下游,而故障发生在电站接入的上游线路时,新能源电站会向故障线路保护装置输出反向故障电流,极大概率造成故障不能完全切除。(3)若新能源电站接入的位置处于在线路下游,且故障发生在电站接入的下游线路时,新能源电站会对故障线路的故障电流产生分流效应,使得故障电流减小造成保护灵敏度降低,甚至会引起保护拒动。

3 新能源接入后的继电保护策略

目前,在我国中低压配电网中电流保护的应用较多,所以优先考虑在不改变或少改变原有保护装置前提下,对新能源接入后的继电保护配置进行探究。距离保护较之电流保护,不仅能够符合大型配电网络迅速断开故障器件的选择性要求,且Ⅰ段保护不易受系统运行方式的影响。此外,具有方向性的阻抗测量器件能够确保保护的方向性要求,且改造的成本较低。因此,在含有新能源的配电网中可以考虑将距离保护和原有的电流保护相结合,提出一套适合新能源接入的配电网继电保护配置与整定方案:

(1)当新能源电源接入后,原有电流保护仍能符合灵敏度要求的,仍然按照原有的三段式电流保护整定方案进行整定,确保满足保护的选择性与灵敏性要求,并且能够躲过线路最大负荷电流。电流速断保护根据避开线路末端故障时的最大短路电流进行计算;限时电流速断保护通常避开相邻线路瞬时电流速断保护的最大动作电流进行计算;过电流保护通常避开线路最大负荷电流进行整定计算。

(2)当新能源电源接入后,原有电流保护方式无法满足灵敏度要求的,则将其替换为距离保护。同样,距离保护也遵循三段式配置原则:距离Ⅰ段保护需避开本线路末端故障时的测量阻抗进行计算;距离Ⅱ段与相邻线路的距离保护Ⅰ段或是相邻变压器保护配合进行计算并取最小值;距离保护Ⅲ段与下级线路的保护Ⅱ段/保护Ⅲ段、相邻下级变压器的电流/电压保护或是避开正常工况下的最小负荷阻抗进行计算,取三者中的最小值。

(3)新能源接入点的上游线路需要根据实际情况考虑在线路末端装设保护装置,确保无论故障发生在线路的哪个位置,保护都能将故障完全切除。此外,新能源接入点上游线路的保护安装处需加装继电保护方向器件,谨防发生保护反向误动。

结论

提出了一种适用于新能源电源规模化接入的配电网继电保护策略,通过对新能源电源接入对传统配电网保护的影响特性展开分析,分别探讨了新能源电源接入的不同位置以及不同的容量大小下继电保护的动作特性。最后,通过算例验证证明了所提策略能够满足含新能源电源接入后的配电网继电保护需求,保证配电网的安全稳定运行。

参考文献

[1] 张兆云,林璞,王星华.交直流混合配电网继电保护研究综述[J].电力系统保护与控制,2019,47(5):179-187.

[2] 夏晓东.对风电场接人电网后系统继电保护配置的探讨[J].科技视界,2013(34):359-359.