新能源接入時的進線備自投及同期合閘問題的解決對策

中衛供電局保護自動化所 張 偉 馬守林

1.引言

隨著國家大力發展新能源（如風能、光伏電站）政策的實施，不可避免的存在著新接入的電源點影響備自投功能實現及同期合閘的問題，許多新上新能源進線中沒有涉及備自投方面的回路，且面臨非同期合閘的危險。

2.新能源接入時進線備自投邏輯實現

2.1 一次運行方式：

某110kV變電站為采用雙母接線的終端變電站，整體為線變組的運行方式，一次主接線圖如圖1所示。

圖1 某110kV變電站一次接線

2.2 110kV進線備自投問題的完善

線路111運行、線路125熱備、母聯100運行，新上新能源間隔112接在主供線路111所在的母線上，（111、125保護裝置為CSL164B，風電廠間隔保護裝置為PSL621U）新能源廠側裝設A相進線PT（變電站新能源廠線間隔無進線PT），當主供線路發生故障時跳開111開關，因為新能源廠此時仍給變電站供電，將造成110kV I母不失壓，此時進線備自投不滿足動作條件，此時新能源間隔將帶全所負荷運行，新能源的不穩定供電有可能造成全所失壓。分析清楚111進線在短路故障的系統過程是解決問題的關鍵，111進線在瞬時性故障時： 首先終端變電站變為新能源小電源孤網運行，變電站負荷將拖垮新能源廠需及時解列；，然后110kV進線電源側重合閘動作，此時需防止與新能源廠非同期合閘，極端情況時系統側與并網機組功角差可達180，這樣會造成小容量新能源發電機組定、轉子繞組過熱、汽輪機葉片斷裂、大軸彎曲或變形，威脅風電小容量發電機組的安全；?、若為永久性故障，進線電源側跳閘后，為保證終端變進線備自投動作，此時應滿足母線無壓條件，故也應及時解列新能源廠小電源，為此需設計完善相關保護，以滿足進線備自投正確動作，新能源廠小電源及時解列，確保了變電站供電可靠性。針對上述問題需完善備自投回路，使得線路111（125）開關跳開的同時切除112間隔以滿足進線備自投動作條件，且備自投動作時間應大于對端開關的重合閘時間。為實現備自投功能需將線路111、125備用跳閘出口接點接入新能源112間隔的永跳位置以使線路111、125動作的同時切除新能源112間隔，同時對新能源112間隔重合閘放電。如圖2、3所示。

圖2 111保護裝置動作切除新能源廠間隔回路

圖3 125保護裝置動作切除新能源廠間隔回路

上圖中TJ2取自進線111、125保護裝置的跳閘備用接點，+KM、R33取自新能源廠線保護裝置正電和永跳回路。

同時利用進線備投邏輯判進線無流時解列新能源廠小電源并網線路，無流定值需躲過線路永久故障時并網小電源形成的故障電流，時間0.2S。此種保護能夠可靠切除并網新能源廠線路，保證主網電源側重合閘成功，保證備自投判母線無壓條件。現在111、125保護裝置均為常規保護，后期綜自改造建議全更換為光纖差動保護裝置，以利用光纖保護的聯切功能切除新能源廠間隔。

3.111進線和新能源廠線同期合閘的問題

在雙側電源線路三相跳閘后，重合閘時必須考慮雙側系統是否同期的問題。非同期合閘會產生很大的沖擊電流，甚至引起系統振蕩。對于兩側系統是否同期的認定，目前應用最多的是檢查線路無壓和檢同期重合閘。但應注意，一側投入無壓檢定和同期檢定繼電器時，另一側則只能投入同期檢定繼電器，否則，兩側同時實現無電壓檢定重合閘，將導致出現非同期合閘。為此，可在線路的一側采用檢查線路無電壓而在另一側采用檢查同期的重合閘。檢查線路無壓側總是先重合閘的。因此該側有可能重合在永久性故障線路上再次跳閘。所以該側斷路器有可能在短時間內需切除兩次短路電流，工作條件相對惡劣。檢查同期側是在線路有壓且滿足同期條件才重合的，所以肯定重合在完好的線路上，斷路器的工作條件相對好一些。但對于發電廠的送出線路，發電廠側通常定為檢同期或停用重合閘。這是為了發電機免受再次沖擊。發電廠出口線路需要使用重合閘時，使用于發電廠出口線路的重合閘裝置，應有措施防止重合于永久性故障，以防止對發電機造成沖擊的可能性。為此發電廠出線中，設有單重檢線路三相有壓方式，這種方式不檢同期也不檢無壓。考慮到如果電廠側重合到永久性故障上對機組的沖擊是很大的，為了使電廠少遭受故障的沖擊，通常優先合發電廠對側的斷路器，發電廠側要求檢查線路三相有壓后，再檢新能源廠側A相進線電壓與A相母線電壓滿足頻率、電壓相位、電壓幅值同期條件再重合，說明發電廠對側的重合成功，線路為瞬時性故障，這時電廠側再重合閘，就可以避免重合到永久性故障上，造成機組的再一次沖擊。

4.結論

針對于新能源廠接入終端變電站影響進線備自投功能實現，以及面臨同期合閘問題。通過在進線線路保護中的一個跳閘備有接點接入風電廠間隔，既可以實現進線動作的同時切除風電廠間隔。從而實現了進線備投功能。通過變電站側檢無壓，新能源廠側檢線路三相有壓后再檢同期，從而實現了同期合閘功能。為110kV電網的正常運行提供了安全保證。

[1]電力系統繼電保護實用技術問答(第二版)[M].中國電力出版社.

[2]電力系統繼電保護原理與實用技術[M].中國電力出版社.

[3]PSL621U系列線路保護裝置說明書[S].國電南京自動化股份有限公司.

[4]CSL160B數字式線路保護裝置技術說明書[S].四方立德公司.