光伏電源接入對(duì)變電站保護(hù)及自動(dòng)裝置的影響

光伏電源接入對(duì)變電站保護(hù)及自動(dòng)裝置的影響摘要：光伏發(fā)電是一種對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展具有長遠(yuǎn)積極意義的高效環(huán)保發(fā)電技術(shù)。本文以光伏電源接入綠燕變電站為例，闡述了光伏電源接入對(duì)常規(guī)保護(hù)及其自動(dòng)裝置的影響及必要的解決措施，介紹了玉柴重工光伏系統(tǒng)接入后該站保護(hù)的配置變化及保護(hù)動(dòng)作情況。關(guān)鍵詞：變電站；光伏發(fā)電；并網(wǎng)；繼電保護(hù)；自動(dòng)裝置引言根據(jù)《2015中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，到2015年底，全世界總裝機(jī)量達(dá)到230GW,新增裝機(jī)達(dá)50GW,相比2014年新增裝機(jī)16.3%。光伏市場(chǎng)的中心也正從歐洲發(fā)達(dá)國家向中國、美國和日本等新興市場(chǎng)轉(zhuǎn)移。近年來國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)都在大力開展低碳、環(huán)保、綠色變電站的試點(diǎn)與建設(shè)，如國家電網(wǎng)推行的環(huán)境友好型、資源節(jié)約型（兩型一化）變電站、南方電網(wǎng)大力開展的3C綠色電網(wǎng)。隨著光伏發(fā)電應(yīng)用研充的不斷深入，發(fā)電成本不斷下降，為變電站利用新能源提供了必要的條件。1綠燕變電站光伏電源接入方式如圖1所示，綠燕110KV變電站為內(nèi)橋接線方式。在正常運(yùn)行情況下，110KVII母和II母分列運(yùn)行，聯(lián)絡(luò)斷路器處于熱備用狀態(tài)。10KV母線正常運(yùn)行時(shí),II母和II母分列運(yùn)行，#1主變帶II母，#2主變帶II母（A段和B段），聯(lián)絡(luò)斷路器處于熱備用狀態(tài)。與其它光伏系統(tǒng)類似，玉柴重工光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)（以下簡稱重工光伏）包括光伏陣列、并網(wǎng)逆變器和控制器，通過并網(wǎng)逆變器后由904斷路器直接接入綠燕變電站10KV母線。綠燕變電站有2臺(tái)主變，其主變接線方式均為YO/△接線，重工光伏接入的母線位于#1主變的低壓側(cè)（△側(cè)）。低壓側(cè)采取三角形接線方式，可消除變壓器中3次諧波磁通的影響。在變壓器高壓側(cè)發(fā)生各種接地故障時(shí)，YO/△接線方式可阻擋零序分量流過變壓器低壓側(cè)（光伏電源側(cè)），減少高壓側(cè)短路電流對(duì)重工光伏的沖擊。2光伏接入對(duì)繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的影響2.1對(duì)變壓器零序保護(hù)的影響如圖1所示。在重工光伏接入前，#1主變和#2主變中性點(diǎn)的零序電流保護(hù)均未投運(yùn)，以提高力華綠II線和力華綠II線的線路首端零序電流保護(hù)靈敏度。當(dāng)重工光伏從10KV母線上接入后，需在#1主變和#2主變的高壓側(cè)中性點(diǎn)投入零序過流保護(hù)，以便在最大運(yùn)行方式下當(dāng)110KV側(cè)的力華綠II線和力華綠II線發(fā)生接地故障時(shí)，產(chǎn)生的過電壓不對(duì)其它線路、變壓器及相關(guān)設(shè)備的安全造成影響。重工光伏的接入，導(dǎo)致了綠燕變電站零序網(wǎng)絡(luò)的變化，進(jìn)而影響了零序電流保護(hù)的配置情況。為增加零序電流保護(hù)的保護(hù)范圍，只能以犧牲零序電流保護(hù)靈敏度為代價(jià)，直接反映為104斷路器配置的零序保護(hù)靈敏度將會(huì)受到較大影響。2.2對(duì)自動(dòng)重合閘和備用電源自投裝置的影響如圖2所示。當(dāng)「1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由于重工光伏的接入，故障點(diǎn)兩側(cè)均有電源供電，因此原跳101斷路器保護(hù)的普通重合閘跳開即可再次重合的功能會(huì)引起非同期并列，已不能滿足可靠性的要求。如果重工光伏提供的短路電流也使104斷路器跳開，那么104斷路器設(shè)置的普通重合閘功能也不能滿足可靠性的要求。同樣，當(dāng)「2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，104斷路器與變壓器低壓側(cè)連接光伏電源支路的901斷路器都跳開，101斷路器的普通重合閘也使得101斷路器跳開。如果沒有級(jí)差，那么101與104斷路器在f2點(diǎn)故障時(shí)應(yīng)同時(shí)跳開，此后101、104斷路器如何重合就成為關(guān)鍵。在「1和「2點(diǎn)故障時(shí)，104斷路器重合成功的幾率很小，使得接入重工光伏的配網(wǎng)與主電網(wǎng)分離，由重工光伏向與主網(wǎng)脫離的配網(wǎng)供電，變成供電孤島。此供電孤島的功率不匹配，重工光伏提供的功率無法負(fù)擔(dān)孤島內(nèi)所有負(fù)荷，導(dǎo)致光伏電源電壓迅速降低直至被壓垮，系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷被切除，只能通過逐級(jí)手動(dòng)同期并網(wǎng)來恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行。目前，備用電源自投裝置采取的啟動(dòng)判據(jù)是母線電壓降低到閾值和無進(jìn)線電流。當(dāng)光伏電源并網(wǎng)后，在電源側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，光伏電源供給的短路電流將導(dǎo)致備用電源自投裝置發(fā)生電流閉鎖拒動(dòng)，同時(shí)因靈敏度不夠，光伏電源側(cè)的解列裝置也無法快速可靠啟動(dòng)。為解決光伏電源接入對(duì)備用電源自投裝置的影響，首先在變電站電壓進(jìn)線側(cè)（力華綠II線）故障時(shí)，保證光伏電源并網(wǎng)的斷路器（104斷路器）能快速跳閘，以滿足備自投啟動(dòng)判據(jù)。2.3對(duì)并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線保護(hù)的影響如圖2所示，重工光伏并網(wǎng)后，并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線101斷路器側(cè)保護(hù)配置未受到影響，距離保護(hù)、零序保護(hù)定值可依據(jù)直配線進(jìn)行整定計(jì)算，定值無需改變；并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線104斷路器側(cè)需要重新配置距離保護(hù)和零序保護(hù)。當(dāng)力華綠II線區(qū)域內(nèi)f1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，101斷路器側(cè)保護(hù)一般能可靠動(dòng)作跳開101斷路器。但由于重工光伏的接入，在重新進(jìn)行整定計(jì)算時(shí)歸算至綠燕變電站系統(tǒng)側(cè)的阻抗偏大，將降低104斷路器側(cè)距離保護(hù)和零序保護(hù)的靈敏度。當(dāng)系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下發(fā)生短路故障時(shí)，重工光伏提供的短路電流無法滿足距離保護(hù)和零序保護(hù)的啟動(dòng)條件,可能導(dǎo)致104斷路器側(cè)保護(hù)拒動(dòng)。此外，當(dāng)110KV側(cè)故障后，光伏電源成為孤島帶所有負(fù)荷運(yùn)行后，由于光伏電源整流逆變的自身特性，其諧波占比增大，因此對(duì)供電電能質(zhì)量和保護(hù)算法精度也有一定影響。2.4對(duì)配電系統(tǒng)饋線保護(hù)的影響當(dāng)10KV低壓饋線側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，故障點(diǎn)的短路電流大于光伏電源未接入時(shí)的短路電流，其原因是此時(shí)的短路電流由系統(tǒng)電源和未失穩(wěn)的光伏電源同時(shí)提供。為保證光伏電源接入后電流保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性，需重新整定計(jì)算饋線保護(hù)的定值部分。3含有光伏電源的綠燕變電站保護(hù)配置以圖1中#1主變單側(cè)分段為例，#1主變主保護(hù)配置為差動(dòng)保護(hù)，以保護(hù)變壓器內(nèi)部故障，動(dòng)作概況為跳開104、A100.901斷路器。另外，主變還配置有低后備和高后備保護(hù)，作為線路故障保護(hù)和變壓器的后備保護(hù)。#1主變低后備保護(hù)配置為：過流保護(hù)各段投入，不經(jīng)方向閉鎖，過流11/1111段不經(jīng)復(fù)壓閉鎖，過流11/IIV段經(jīng)復(fù)壓閉鎖；母線TV告警時(shí)過流保護(hù)保留，即母線TV斷線時(shí)僅退出電壓判據(jù)；零序電壓告警投入；復(fù)壓閉鎖開出。出口繼電器動(dòng)作概況為：TJ1跳擴(kuò)大內(nèi)橋A100開關(guān)；TJ2跳高壓側(cè)力華綠II線104開關(guān)和低壓側(cè)901開關(guān)；TJ3跳低壓側(cè)901開關(guān)；TJ6跳低分段A900開關(guān)和閉鎖低備投；TJ10閉鎖高備投;TJ12復(fù)壓開入高后備。保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為：過流保護(hù)各段1時(shí)限跳A900開關(guān)并閉鎖低備投，2時(shí)限跳901開關(guān)，3時(shí)限跳104開關(guān)、A100開關(guān)和901開關(guān)，并閉鎖高備投。#1主變高后備保護(hù)配置為：過流II、II段保護(hù)投入，經(jīng)兩側(cè)（由硬壓板控制）復(fù)壓閉鎖，不經(jīng)方向閉鎖；間隙零壓保護(hù)投入，間隙零流保護(hù)退出；過負(fù)荷告警、過載閉鎖有載調(diào)壓投入，啟動(dòng)風(fēng)冷退出；零序電流保護(hù)功能退出；母線TV告警時(shí)過流保護(hù)保留，即母線TV斷線時(shí)僅退出電壓判據(jù)。出口繼電器動(dòng)作概況為：TJ1跳擴(kuò)大內(nèi)橋A100開關(guān)；TJ2跳高壓側(cè)力華綠II線104開關(guān)和低壓側(cè)901開關(guān)；TJ3跳高壓側(cè)力華綠II線104開關(guān)；TJ7啟動(dòng)風(fēng)冷(備用)；TJ8閉鎖調(diào)壓；TJ3過負(fù)荷；TJ10閉鎖高備投。保護(hù)時(shí)限為：過流保護(hù)、間隙零壓保護(hù)各時(shí)限跳104開關(guān)、A100開關(guān)和901開關(guān)，并閉鎖高備投。結(jié)語本文概述了光伏電源接入綠燕變電站對(duì)保護(hù)與自動(dòng)裝置的影響及其必要的解決措施，為保證光伏電源接入后保護(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作正確性，對(duì)原有的保護(hù)配置和定值進(jìn)行了相