针对dg并网变压器接地系统的保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种针对DG并网变压器接地系统的保护方法，特别涉及一种基于DG 并网变压器接地方式及相关零序保护方案选择。
【背景技术】
[0002] 分布式发电（DG)不仅在发生短路时需要保护，异常的运行条件下也需要。许多异 常状况都是系统施加于DG的。这些不正常的运行条件包括过励磁、过压、不平衡电流、频率 异常和当系统进行自动重合闸时产生的轴扭矩损坏。当以上情况发生时，几秒以内将发生 DG损坏或发电机完全故障[1-5]。DG损坏是业主关注的问题。而供电公司普遍关心DG接 入后导致的电网设备损坏。恰当的保护配置、保护方案应同时符合DG业主及供电公司双方 的利益。
[0003] 两种DG跳闸/恢复的方法被行业内广泛使用[5-7]。第一种恢复方法（情况1) 用于DG与当地负荷不匹配的情况。此时，并网联锁保护通常跳开DG断路器。当供电系统 恢复时，DG通常自动重新同步。许多供电公司需要同期继电器在主要并网点断路器进行同 期合闸，以避免不同步合闸。同期继电器一般配备母线欠压逻辑，使DG所连接失压母线重 合于系统。第二种并网恢复方法（情况2)用于DG大致与本地负载匹配的情况。在这种情 况下，该联锁保护跳开主进线断路器。在许多情况下，石油化工、造纸行业的DG配有内部低 频减载装置，DG脱网后有与其相匹配的局部负荷。
[0004] 对于许多小型DG，一般不提供专门的故障反馈电流检测。只有DG对外部故障提供 2-3个周波的故障电流，类似于感应电动机。通常故障后系统侧变电站断路器跳闸，小容量 同步机过载时，提供的短路电流是非常小的。对于这些小型DG，仅同期继电器是并网保护必 需的。而较大容量的DG会在系统故障时提供大的短路电流[7-10]，这时一般会设置专门的 故障反馈电流检测和失步保护。故障发生时，DG经受故障时间越长，该DG提供给故障点的 故障电流越小。对于同步机，故障电流大小取决于发电机电抗（X"d，X' d和Xd)，衰减速率 取决于故障终端电压和电路开路时间常数（T"do，T' do)，因此需要同时需要考虑是否可以 提供足够短路电流让过流保护正确动作。
[0005] 通过以上分析，可知DG保护方案需要考虑以下三点，并同时满足以下要求：
[0006] (1)保护要同时兼顾电力系统和DG业主双方的要求，在不影响系统保护配合关系 的前提下，同时还要做到不损坏系统设备及DG设备。
[0007] (2)保护方案不仅要能保证DG并网运行时的配合性，在形成孤岛运行的过程中也 要能够不失去其保护功能。即保护方案同时考虑稳态运行及孤岛动态操作过程，并且在这 两种状态的转换中，依然要保证其保护方案适用性。
[0008] (3)保护方案要考虑到不同DG性质时的短路电流特性，并能根据其特性选择合适 的保护方案。特别是要考虑到DG所供短路电流的衰减特性，寻找一个可靠的故障判据，以 准确判断其故障特征。如果判据本身存在某些盲区，要考虑采用多种判据的综合量，以期达 到自适应性的保护方法。
【发明内容】
[0009] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了针对DG并网变压器接地系统的保护 方法，本发明通过对DG并网变压器接地方式的选择，分析DG引入后引起的感应过电压问题 及对系统保护配合关系的配合问题；通过优化保护方案，可实现抑制DG并网及脱网运行时 出现的过电压，还可以利用零序量当作故障时稳定判据，制定出了一整套针对DG并网变压 器接地系统的保护优化方案。
[0010] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0011] 针对DG并网变压器接地系统的保护方法，包括以下步骤：
[0012] 考虑DG容量及对当地负荷的平衡能力，选择DG并网变压器即选择一次绕组不接 地变压器或一次接地的并网变压器绕组；
[0013] 选择一次接地的并网变压器绕组，当通过保护定值校验使系统零序保护灵敏度降 低导致无法正确判断馈线末端故障时，则在并网变压器上加装重合器；
[0014] 选择一次绕组不接地变压器时，采用零序过压告警。
[0015] 进一步的，分布式发电连接到配网系统中，接入的电压等级范围从4~35千伏不 等，并四线制系统。
[0016] 进一步的，所述配网系统允许单相运行，运行电压为相电压，采用柱上变压器，带 有大量的馈线负荷。
[0017] 进一步的，当发生永久性相间故障时，变电站内的断路器跳开，而当DG容量与接 带的负荷相近时，非故障相过压会引起柱上变压器发生磁饱和，会在饱和曲线拐点处发生， 因此，断路器跳闸后，在孤岛运行方式下当地负荷会产生两倍DG容量而导致过载时，因为 负荷的阻尼作用而不会产生铁磁谐振过电压，这种情况下考虑使用一次绕组不接地变压 器。
[0018] 进一步的，当发生相间故障或两相接地故障时，变电站内的断路器跳闸，DG进入孤 岛运行状态，这时非故障相电压升高，变压器过饱和产生铁磁谐振过电压，当DG侧接带负 荷时，流过DG并网变压器的故障电流较大，可以保证其DG保护快速动作，相反，当DG侧未 接带负荷时，则系统侧流过DG的故障电流较小，DG保护不易快速动作，引起铁磁谐振。
[0019] 进一步的，对于小型DG(〈5kVA)，装配有"反孤岛装置"，在DG侧接带有负荷为DG 容量的60% -100%时考虑DG并网变压器采用不接地方式，如果DG容量较大（彡5kVA)， 且DG侧接带有充分的负荷，或者经校验，系统侧发生故障时，有足够的故障电流使的DG异 常运行保护可靠动作，也可选用不接地变压器。
[0020] 进一步的，选择一次接地变压器绕组时，如果故障靠近馈线末端，由于并网变压器 接地点对零序电流的分流作用，使的其馈线保护区变小，无法感知馈线末端故障，增加一个 柱上重合器来检测附近供电电路的终端接地故障。
[0021] 进一步的，重合器对零序电流比较敏感，当感受到接地故障时并不跳开，因为是单 相接地故障，但是会报警。
[0022] 进一步的，选择一次接地变压器绕组时，如果在配网中使用的是保验丝，而电源的 故障电流减少和保险丝电流增加会导致保验丝熔断，并与变压器保护失去配合关系。
[0023] 进一步的，选择一次接地变压器绕组时，如果故障是在相邻的馈线上，会有故障电 流流过变电站母线并可能导致在保护不配合时引起断路器跳闸，要避免这种情况，断路器 的保护需要加上方向，只对馈线故障动作。
[0024]
为X轴，DG过压幅值为y轴的坐标系中，其中Sds为DG 额定容量，SumdS DG所带的负荷，在第一象限内，当DG容量越趋向于大于当地负荷时，应宜 采用变压器一次侧直接接地运行方式，反之，在第二象限内，可能引起过压的运行方式时， 变压器一次绕组宜优先选择非直接接地的接地方式，确定其方式后，根据其参数特点，包括 零序网络参数，分析其对系统保护的影响，主要是零序保护的影响，最终确定保护方案。
[0025]进一步的，以下列出了导致铁磁谐振的条件：
[0026] (I)DG必须从系统脱网，即处在孤岛运行状态；
[0027] (2)在孤岛上有功负荷必须小于3倍DG容量；
[0028] (3)系统电容必须大于25%而小于500% DG容量；
[0029] (4)电路必须存在变压器，用以提供非线性电抗。
[0030] 进一步的，当DG容量较大，且具备一定的孤岛运行能力时，就应该考虑接地的并 网变压器，当通过保护定值校验使系统零序保护灵敏度降低无法正确判断馈线末端故障 时，则在并网变压器上加装重合器，以小的零序保护定值作为辅助保护跳开并网变压器，以 恢复系统保护的灵敏度，而DG容量较小，不具备对当地负荷的孤岛运行能力时，就应该考 虑采用不接地并网变压器，这时不会因为引入另外的接地点而因此破坏与系统保护的配合 性，并且采用零序过压告警即可。
[0031] 本发明的有益效果：
[0032] 本文通过介绍DG并网的一些运行特点以及故障状态下的不同特征，说明以一套 统一的标准规范来确定保护方案对于DG并网情况是不适用的。因此，通过分析DG引入后 引起的感应过电压问题及对系统保护配合关系的配合问题，指出了对于不同DG接入情况 应采取不同的并网变压器绕组接线方式及相应的保护方案。通过比较分析并网变