叶金凤 吴彦 褚夫飞 侯诚程

摘 要：研究传统三段式电流保护，通过仿真实验验证电流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的特点。分析分布式电源（Distributed Generation，DG）接入不同的位置，在不同地方发生故障时DG容量变化对线路各保护所测故障电流的影响，而此影响将引起保护的误动或拒动，并通过MATLAB仿真验证DG接入的容量和位置的不同对保护造成的影响。

关键词：分布式电源（DG）;电流保护;配电网

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： The traditional three-stage current protection is studied， and the characteristics of current Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ are verified by simulation. Analyze the influence of DG capacity change on the fault current measured by each protection of the line when DG is connected to different locations and faults occur in different places， which will cause misoperation or refusal of protection. Matlab simulation is used to verify the impact of different capacity and location of DG access on protection.

Keywords： Distributed Generation（DG）;current protection;distribution network

分布式电源（Distributed Generation，DG）接入配电网不仅减小了输电线路上的电能损耗，而且提高了对用户供电的可靠性，发挥了其清洁环保、灵活供电、设施建设周期短及投资成本小的优势。分布式电源的接入改变了原电压分布和潮流分布[1-2]。在发生短路时，分布式电源的助增和外汲的作用会影响故障电流的大小和方向，导致原先的电流保护不能正确动作，减小了保护范围，降低了保护灵敏性。配电网作为输电和用电的桥梁，其安全稳定运行能保证用户的正常用电，所以研究分布式电源对配电网的电流保护带来的影响尤为重要[3-5]。

1 三段式电流保护理论

1.1 瞬时电流速断保护（电流Ⅰ段）

电流Ⅰ段保护按照线路末端短路时的最大短路电流来整定，整定值高，保护范围小，动作快，无延时，不能保护线路的全长。

1.2 限时电流速断保护（电流Ⅱ段）

电流Ⅱ段与下条线路的电流Ⅰ段相配合来整定，保护范围不超过下条线路的Ⅰ段，动作有较短的延时，能够保护线路的全长。

1.3 定时限过电流保护（电流Ⅲ段）

电流Ⅲ段按照线路的最大负荷电流来整定，整定值小，保护范围大，但是动作时限长，一般作为后备保护。

1.3.1 DG接入配电网的中间母线D时对保护的影响。DG接入D母线如图1所示。

分布式電源的内阻抗Xd为次暂态电抗，有，其中Ss为系统容量，Sd为分布式电源的容量。X1、X2、X3、X4、X5分别是线路AC的电抗、线路CD的电抗、线路DE的电抗、线路AB的电抗、系统阻抗。I1、I2、I3、I4分别是保护1、保护2、保护3、保护4测得的电流。

在DG的上游发生短路F1，相比于未接入DG来说，流过短路点的电流有所上升，短路电流I1没有发生改变，但是流过保护2的短路电流I2由分布式电源提供，会随着分布式电源容量的大幅度变化而变化。如果分布式电源容量大于保护2的整定值，将会导致保护2误动作。保护3和保护4没有短路电流流过，所以不受影响。

发生短路F2时，I1、I2保持不变且相等，仍是由系统的电源提供，保护3和保护4没有短路电流流过。

在DG下游发生短路F3，由于DG的接入，I3会增大，增加了保护3动作的灵敏性，保护4没有短路电流，保护1、保护2所测短路电流I1、I2因DG分流而减小，将会降低保护1、保护2作为后备保护的灵敏度。如果保护3拒动，保护1、保护2可能会因灵敏度降低而拒动。

同理，在DG相邻线路发生短路F4时，流过短路点F4的电流I4增大，使保护4动作更加灵敏，随着DG容量的变化而发生改变。如果DG容量很大，I1、I2大于保护1、保护2的整定值，可能会使保护1、保护2误动。

1.3.2 DG接入配电网末端母线E对保护的影响。在发生短路F1时，短路点电流相比与DG未接入会增大，流过保护1的短路电流没有变化，仍然由系统电源提供，保护2、保护3电流I2、I3会随着分布式电源容量的增大而增大，当大于整定值时可能会误动作。保护4没有短路电流流过。发生短路F2时，短路点F2的电流值会有所上升，电流I1、I2不受影响，但是流过保护3的短路电流会随着DG容量变化而发生改变。当DG的容量增加的幅度很大时，使得I3大于整定值，使保护3误动作。保护4则不受到影响。发生短路F3时，短路点F3电流增大，保护1、保护2、保护3的短路电流I1、I2、I3不受影响，由系统电源提供，保护4所测故障电流为0。在DG相邻馈线发生故障F4时，保护1、保护2、保护3、保护4所测电流情况如下：如果没有接分布式电源，保护1、保护2、保护3无短路电流通过;DG接入后，若DG的容量Sd太大，会使保护1、保护2、保护3存在误动风险，I4的增大，会使保护4作为主保护时动作更加灵敏。

通过上面的分析可以得出，分布式电源接入D母线和接入E母线，短路点电流都会增大，对于电气设备的损害会更加严重，且DG接入不同的位置对保护的影响也会不同，可能会使保护灵敏性增大，也可能会使保护不能正确迅速动作，那么接入分布式电源后传统的三段式电流保护的整定值不再适用，需要根据分布式电源的接入做出相应变化。

2 仿真

分布式电源接入D母线如图2所示，电压等级220 kV，AB=50 km，AC=50 km，CD=50 km，DE=50 km，系统电源采用无穷大电源系统，负荷1为100 MW，负荷2为100 MW，分布式电源用同步发电机来代替，改变同步发电机的容量来改变分布式电源的容量。

DG容量分别为0 MW、10 MW、15 MW、20 MW时，保护1、保护2测得的故障电流幅值分别为1 750 A、1 738 A、1 733 A、1 727 A。DG容量慢慢往上增加时，保护1、保护2测得的短路电流会慢慢往下降低，因此会降低保护1和保护2作为后备保护的灵敏度，与理论分析一致。因为DG容量相对于无穷大电源而言太小，所以保护1、保护2所测电流变化很小，而保护3测得的故障电流幅值分别为1 823 A、1 880 A、1 938 A、1 997 A。DG容量慢慢往上增加时，保护3测得的短路电流I3也会慢慢往上增加。本线路发生故障时，保护3的灵敏度增加，但是作為后备保护，可能会存在着误动风险，与理论分析一致。

在F2处出现故障时，分布式电源容量为0 MW、10 MW、15 MW、20 MW时，保护1、保护2测得电流分别为1 981 A、1 981 A、1 982 A、1 982 A。保护1、保护2所测短路电流相等，I1、I2随着DG容量变化也很微小，几乎可以忽略，仍由系统提供，与前面理论分析一致。DG容量分别为0 MW、20 MW时，保护2会测得短路电流且会慢慢增加。当DG容量足够大时，保护2测得的短路电流可能会大于整定值而误动作，使继电保护失去选择性。

F4处发生短路时，DG容量为0 MW、30 MW、60 MW时，保护2测得电流为0 A、139.3 A、957.6 A。因此，DG容量慢慢往上增加时会使保护2测得的故障电流I2也会慢慢上升，甚至大于保护2的整定值，使保护2误动。DG容量为0 MW、20 MW时，保护4所测电流分别为2 263 A、2 395 A。保护4的短路电流会随着分布式电源容量的增大而增大，保护4作为主保护的灵敏度会增加，但作为后备保护可能会有误动的风险。

同理，对分布式电源接入E母线时进行仿真，电压等级220 kV，AB=50 km，AC=50 km，CD=50 km，DE=50 km，系统电源采用无穷大电源系统，负荷1为100 MW，负荷2为100 MW，DG用同步发电机来代替，改变同步发电机的容量来改变DG的容量.

DG为0 MW、5 MW、10 MW、20 MW时，保护3测得电流分别为0 A、103.5 A、200.0 A、411.4 A。DG容量慢慢往上升时，保护3测得电流也会慢慢增大，存在误动风险。保护2与保护3所测电流相等。保护1测得电流分别为1 613 A、1 614 A、1 614 A、1 617 A，所以保护1的短路电流基本不变，不受DG的影响。

F2发生短路时，可以看出DG容量为0 MW、5 MW、10 MW、20 MW时，保护3测得电流分别为0 A、104.0 A、202.5 A、402.5 A。可见，DG容量慢慢往上增加时，保护3测得的故障电流I3有所增加，增加的幅度较大，DG容量很大时保护3可能会误动。DG为0 MW、5 MW、10 MW时，保护1测得电流分别为1 432 A、1 433 A、1 433 A，保护2测得电流分别为1 432 A、1 438 A、1 439 A。保护1、保护2所测得的电流大致相等，且随着DG容量的改变，保护所测电流几乎不变。

F3发生短路时，DG容量为0 MW、5 MW、10 MW、20 MW时，保护1、保护2、保护3测得电流分别为1 300 A、1 294 A、1 294 A、1 251 A。可见，DG容量变化对保护1、保护2、保护3所测短路电流基本无影响。

F4发生短路时，DG为0 MW、5 MW、10 MW、20 MW时，保护4测得电流分别为1 622 A、1 645 A、1 776 A、1 963 A。保护1、保护2、保护3测得电流分别为49.85 A、164.4 A、164.3 A、461.7 A。DG容量慢慢往上增加，保护1、保护2、保护3、保护4的短路电流I1、I2、I3、I4也会慢慢往上增大，保护1、保护2、保护3可能会大于整定值而误动。保护4作为主保护灵敏度增大，作为后备保护可能会误动。

3 结语

故障在DG上游时，故障点上游保护测得的电流因为不变而不受影响，故障点与DG间的保护测得的电流将会随DG容量上升而慢慢向上升，同时相邻线路保护测不到故障电流也不受影响。故障在DG下游时，DG与故障点间保护测得的电流增大，作为主保护动作灵敏度增加，作为后备保护可能误动。DG上游保护测得的电流减小可能拒动，相邻线路保护没有测到短路电流故不受影响。当短路发生在相邻馈线，DG与故障点之间的保护都会测到短路电流。此电流将会随DG容量上升而慢慢上升，待上升到足够大时，可能会使保护不能准确或正确动作。

参考文献：

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