并網小電源對電力系統的影響和對策探討

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(國網成都供電公司，四川 成都 611021)

0 引 言

許多大型廠礦和企業擁有自備電源，這些電源發電除自用外，有時通過35 kV、10 kV饋線向電網倒送電能。隨著國家提倡對可再生能源以及清潔能源的開發利用，各類以小型發電機組為獨立系統的小電源也得以迅速發展。隨著這類電源容量和數量的增加和并網運行，對電力系統實際運行帶來的影響日益突出[1]。

首先分析了并網小電源對系統相關保護的影響，提出了受小電源影響的一些元件保護，如：母線保護、主供線路保護、主變壓器保護、備自投保護以及故障低壓解列保護等，確定了并網小電源聯切原則，最后結合某110 kV終端變電站保護和備自投聯切并網小電源的方案，驗證了該聯切原則的正確性，以期為以后變電站入網的小電源聯切提供技術指導。

1 并網小電源對電力系統的影響

小電源并網對電力系統的影響主要體現在以下幾個方面：一是小電源與電力系統并網后，在電力系統發生故障時，若小電源系統無法正常解列，容易引起電力系統和電力用戶設備受損；二是電力系統內保護及自動裝置與小電源保護配合、整定困難，容易引起保護及自動裝置誤動或拒動造成事故擴大，給電力系統的安全穩定運行造成一定的影響[2]。下面將具體介紹一下并網小電源在變電站內各類繼電保護動作后對電力系統的影響。

1.1 110 kV母差保護動作

110 kV變電站單母分段接線方式下，110 kV母線一般都配置母差保護。當110 kV母差保護動作跳開變電站內一主供電源時，在上網小電源的支撐下，通常變電站站內電壓能持續一段時間，從幾分鐘到幾十分鐘[3]。在小電源的低壓解列或低周解列保護動作跳開小電源線路之前，由于失去主供電源的母線仍然有電壓，必將導致中低壓側備自投拒動，或者即使電壓跌落滿足了中低備自投的動作條件，但在合閘備用電源時可能會造成系統與小電源系統的非同期合閘，對電力系統造成巨大的沖擊。

1.2 主供電源線路保護動作

通常情況下，對于接入小電源上網的110 kV負荷終端變電站與電力系統主電網聯絡的線路兩側開關保護重合閘方式為：系統側整定為“投檢母有壓線無壓”，負荷側整定為“投檢同期或檢線有壓母無壓”。當該類變電站與電力系統主電網聯絡的線路發生故障時，線路兩側的開關保護動作跳開兩側開關，此時若負荷終端側開關重合閘投“檢同期”，由于站內小電源所支撐的母線電壓很難滿足同主電網一樣的頻率、電壓和相位，那么終端側開關檢同期重合閘基本上無法滿足重合條件[4]；若終端側開關重合閘投“檢線有壓母無壓”，由于站內小電源提供電源支撐，母線電壓也不會較快地降到無壓條件，那么終端側開關檢線有壓母無壓重合閘也很難滿足重合條件。由此可以看出，接入小電源系統的負荷終端變電站與主網聯絡的線路一旦發生故障，若小電源系統容量足夠大，則該類變電站將由小電源帶載形成孤網運行，否則將造成全站失壓事故。

1.3 主變壓器高后備保護動作

一般情況下，110 kV負荷終端變電站主變壓器中性點為不接地運行方式，接地點一般由進線電源端的220 kV變電站或110 kV樞紐變電站主變壓器中性點直接接地來保證110 kV系統為大電流接地系統。

當110 kV主供電源線路發生單相接地故障，由于某種原因造成本側開關未跳開，假設該類變電站中低壓側有小電源并網，此時該站將成為帶接地故障運行的小電流接地系統，從而導致110 kV系統側會出現很大的零序過電壓，系統變電站和小電源系統升壓變壓器的中性點電位會升高到相電壓，將可能造成變壓器絕緣損壞或擊穿[5]，從而造成巨大的經濟損失。

1.4 備自投動作

目前，備自投的故障掉電檢測信號一般是電壓，檢測信號單一往往易導致備自投的誤動和拒動現象的發生，對于存在大量地方小電源的地區，由于地方小電源對系統電壓的支撐作用，該問題尤為突出[6]。另外，當主供電源失電后，備自投檢測到一段母線失壓，將會啟動備自投邏輯，合上備用電源，但是備自投合閘不具備檢同期功能，在有小電源并網的情況下，可能造成備自投非同期合閘，對電力系統造成沖擊。

2 并網小電源聯切原則

綜上所述，在有小電源并網的110 kV負荷終端變電站，該站配置的相關保護動作必須聯切并網小電源，其聯切的一般原則如下。

(1)110 kV母差保護動作，須聯切并網小電源。

(2)主供電源線路保護動作，須聯切并網小電源。

(3)主變壓器間隙過流或零序過壓保護動作，第一時限聯切中低壓側并網小電源，第二時限跳主變壓器各側。

(4)備自投動作，備用電源投入前須聯切并網小電源。

(5)若并網小電源線路保護具備低頻和低壓解列功能(根據《3～10 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》，在小電源側應裝設低頻和低壓解列裝置)，聯切原則可進行簡化，以簡化聯切回路，但必須保留上述原則的第(3)條和(4)條。

(6)各相關保護聯切小電源接點原則上與保護動作出口接點為同一組出口繼電器。

3 110 kV負荷終端變電站保護和備自投裝置聯切并網小電源的方案

3.1 110 kV終端變電站典型保護配置

110 kV負荷終端變電站比較常見的主接線方式是單母分段或內橋接線，為概括一般性，選擇單母分段接線方式的變電站進行分析。110 kV單母分段變電站典型配置如下。

(1)110 kV母線配置母差保護；

(2)110 kV聯絡或小電源線路配置光纖差動保護、距離保護、零序保護等；

(3)主變壓器保護：主保護配置差動保護和非電量保護；高后備保護配置復壓方向過流保護、零序保護和間隙保護；中低后備保護配置復壓方向過流保護；

(4)110 kV主供電源配置進線和分段備自投裝置，中低壓側總路開關均配置分段備自投裝置；

(5)35 kV或10 kV小電源線路配置復壓方向過流保護，低頻和低壓解列保護。

3.2 某110 kV單母分段接線方式變電站及小電源并網情況介紹

該站110 kV、35 kV和10 kV系統均為單母分段接線方式，110 kV主供電源為110 kV崇通線152間隔和110 kV隆通線153間隔。110 kV電壓等級小電源為110 kV巖通線151間隔和110 kV金通線154間隔。35 kV、10 kV各段母線也均有并網小電源，主接線圖及小電源情況如圖1所示。

圖1 某110 kV變電站主接線方式圖

保護配置為典型配置，其中35 kV和10 kV小電源線路保護均具備低頻和低壓解列功能。

3.3 確定聯切并網小電源方案

由于該站35 kV和10 kV小電源線路保護具備低頻和低壓解列功能，根據上述并網小電源聯切原則，該站聯切并網小電源的方案如下。

(1)主變壓器間隙過流或零序過壓保護動作，第一時限聯切中低壓側所有并網小電源，第二時限跳主變壓器各側。

(2)備自投動作，備用電源投入前須聯切并網小電源，其中110 kV備自投動作跳閘時聯切110 kV小電源和中低壓側所有小電源；35 kV和10 kV分段備自投動作跳各總路開關時，聯切各自相應母線上小電源。

根據以上聯切方案，該站聯切并網小電源啟動回路，如圖2所示，由于該站小電源路數較多，所以主變壓器后備保護動作出口和各電壓等級備自投跳閘出口分別啟動各自的重動繼電器，其中10 kV小電源聯切啟動回路與35 kV小電源聯切啟動回路類似。

聯切并網小電源的出口回路見圖3，其中聯切10 kV小電源回路與聯切35 kV小電源出口回路類似。

圖2 某110 kV變電站聯切并網小電源的啟動回路

圖3 某110 kV變電站聯切并網小電源的出口回路圖

3.4 110 kV備自投聯切110 kV小電源注意事項

該站110 kV I、II母各有1條小電源線路。當變電站主供電源消失時，應正確聯切該站的110 kV小電源。不僅要避免少切，而且也要避免誤切，同時盡量簡化聯切回路以便運行維護。聯切功能應滿足以下要求。

(1)備自投方式1、2運行(進線備投方式)，備自投跳電源進線崇通線152開關或隆通線153開關，同時應聯切小電源巖通線151開關和金通線154開關(即無論跳進線I或II，兩段母線上的小電源均須聯切)。

(2)分段備自投方式3運行，備自投跳崇通線152開關同時應僅聯切小電源巖通線151開關(只聯切本段母線的小電源)。

(3)方式4運行，備自投跳隆通線153開關同時應僅聯切小電源金通線154開關(只聯切本段母線的小電源)。

根據第2節“并網小電源聯切原則”第(6)條，聯切巖通線151開關和金通線154開關的取自110 kV備自投跳主供電源崇通線152開關和隆通線153開關的備用跳閘出口接點的重動接點。在二次回路上，增加備自投跳152開關分別配置聯切151開關(1LP1)和154開關(1LP3)的出口壓板；備自投跳153開關分別配置聯切151開關(1LP2)和154開關(1LP4)的出口壓板。回路示意圖見圖4。

圖4 110 kV備自投聯切110 kV小電源回路示意圖

在實際運行中，可根據不同的運行方式投入不同的出口壓板，來實現上述聯切要求。當投進線備自投方式1或2時，同時投入1LP1、1LP2、1LP3和1LP4；當投分段備自投方式3或4時，只投1LP1和1LP4。

4 結 論

通過分析并網小電源對電力系統各相關元件保護的影響，較全面概括了110 kV負荷終端變電站相關保護及自動裝置動作后應采取的聯切措施，在此基礎上歸納提出了并網小電源聯切原則，根據該原則制定了四川某110 kV變電站相關保護和備自投聯切并網小電源方案，經過現場調試和實際運行檢驗表明：該方案能切實可靠地聯切并網小電源，并且聯切裝置及回路簡單，便于實現，有利于變電站的安全穩定運行。

[1] 梁兆庭，黃金. 110 kV終端變電站小電源故障解列實例研究[J].四川電力技術,2011(2):30-31.

[2] 方學智.小電源上網對系統內保護影響及解決方案[J].貴州電力技術,2012(9):75-76.

[3] 楊萍，王翠霞，張杏元.并網小電源故障解列的探討[J].陜西電力,2003(6):30-31.

[4] 黎瀚.小電源并網可靠性及故障解列問題探討[J].機械與電氣，2009(11):46-47．

[5] 雍麗華.小電源接入電網相關繼電保護的配置和整定[J].電工技術，2013(2)：27-28.

[6] 周晨.地方小電源對備自投控制策略的影響研究[J].中國科技信息, 2012(23): 39-40.