小電源并網(wǎng)對(duì)安全自動(dòng)裝置的影響分析

楊健康 章立

摘 ?要：結(jié)合某一區(qū)域電網(wǎng)停電事故，詳細(xì)分析了保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作過(guò)程。針對(duì)現(xiàn)有配置仍導(dǎo)致負(fù)荷損失的問(wèn)題，分析了小電源并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置配置的影響：需要認(rèn)真研究電源與電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置的配合問(wèn)題，尤其是低頻低壓減載（解列）裝置與備用電源自動(dòng)投入裝置的協(xié)同配合。最后提出了小電源并網(wǎng)運(yùn)行后保護(hù)配置的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：小電源;低頻低壓;備自投

0前言

在我國(guó)“雙碳”目標(biāo)之下，分布式電源將更多地接入電力系統(tǒng)。由于這些小電源位置分散，容量相對(duì)較小，大多以10 kV或35 kV等較低電壓接入電網(wǎng)的110kV終端變電站，使原終端站的保護(hù)、安全自動(dòng)配置及運(yùn)行要求發(fā)生變化，如配合不當(dāng)將嚴(yán)重影響設(shè)備的安全，擴(kuò)大事故停電的范圍。因此，小電源并網(wǎng)后的系統(tǒng)備自投、線(xiàn)路重合閘、低頻減載、聯(lián)絡(luò)線(xiàn)保護(hù)等都需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。目前，針對(duì)小電源并網(wǎng)后安全自動(dòng)裝置的配置與定值整定，都沒(méi)有明確的規(guī)程規(guī)定，各地區(qū)電網(wǎng)均根據(jù)各自電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和運(yùn)行要求，參照相關(guān)規(guī)范而采取不同的措施，本文結(jié)合某一事故案例，針對(duì)性地分析小電源并網(wǎng)對(duì)終端變電站安全自動(dòng)裝置的影響，希望本文對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行人員和繼電保護(hù)整定人員有一定的借鑒意義。

1跳閘前運(yùn)行方式

系統(tǒng)接線(xiàn)方式入圖1所示

（1）某110kV甲變電站故障前運(yùn)行方式：

110kV系統(tǒng)：?jiǎn)文妇€(xiàn)分段接線(xiàn)，母聯(lián)710處于分位;

35kV系統(tǒng)：?jiǎn)文妇€(xiàn)分段接線(xiàn)，母聯(lián)310處于分位，并配有備自投裝置，但未啟用備投功能（原因后面分析）。35kVⅡ段母線(xiàn)上通過(guò)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)接有一小電源（垃圾發(fā)電廠(chǎng)）。

（2）某35kV乙變電站故障前運(yùn)行方式：

35kV系統(tǒng)：?jiǎn)文妇€(xiàn)分段接線(xiàn)，母聯(lián)310開(kāi)關(guān)處于分位;

10kV系統(tǒng)：?jiǎn)文妇€(xiàn)分段接線(xiàn)，母聯(lián)110開(kāi)關(guān)處于分位，并配有備自投裝置，已啟用備投功能。本站配有低頻低壓解列裝置，低頻低壓取35kV母線(xiàn)電壓和頻率，動(dòng)作后切除10kV出線(xiàn)。

跳閘前小電源向系統(tǒng)輸送有功功率16.9 MW;甲站通過(guò)2#主變向35kVⅡ段母線(xiàn)輸送有功功率15.1MW。

2故障發(fā)生情況及處理過(guò)程

2020-11-01 11：09：52.299，110kV甲變電站2號(hào)主變非電量保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)主變兩側(cè)702、302開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：11：00.174，35kV乙站低頻低壓裝置動(dòng)作，跳開(kāi)本站10kVⅡ段母線(xiàn)上所有開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：11：00.346，小電源側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)跳閘;

2020-11-01 11：11：04.351，35kV乙站備自投動(dòng)作跳開(kāi)102開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：11：04.551，35kV乙站備自投動(dòng)作合上110開(kāi)關(guān)。

調(diào)度緊急啟動(dòng)事故處理流程（刀閘操作未列出）：

2020-11-01 11：34，拉開(kāi)甲站電廠(chǎng)線(xiàn)開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：35，合上甲站35kV分段310開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：37，拉開(kāi)乙站10 kV分段110開(kāi)關(guān);

2020-11-01 11：38，合上乙站2號(hào)主變102開(kāi)關(guān)，對(duì)乙站10kVⅡ段母線(xiàn)上所有出線(xiàn)逐條送電。

3繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置動(dòng)作分析

主網(wǎng)變壓器故障，302開(kāi)關(guān)跳閘，而并網(wǎng)線(xiàn)沒(méi)有解列，由小電源、甲站35kVⅡ段母線(xiàn)及出線(xiàn)、乙站35kVⅡ段母線(xiàn)、乙站2號(hào)主變、乙站10kVⅡ段母線(xiàn)及出線(xiàn)形成局部獨(dú)立系統(tǒng)孤島運(yùn)行;而小電源出力難以支撐該局部電網(wǎng)的負(fù)荷需求，出現(xiàn)嚴(yán)重有功不足，系統(tǒng)頻率下降，低頻低壓減載裝置按預(yù)設(shè)的輪次將10kVⅡ段母線(xiàn)上所有負(fù)荷切除，切除后仍不能實(shí)現(xiàn)功率平衡，頻率崩潰，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作將小電源切除。整個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間為1分8秒。隨著小電源切除，乙站10 kV110備自投動(dòng)作成功，但也失去了盡快恢復(fù)負(fù)荷供電的意義：從低頻低壓動(dòng)作切除10 kVⅡ段母線(xiàn)上所有出線(xiàn)到這些出線(xiàn)恢復(fù)供電，中斷供電27分鐘。

4改進(jìn)措施分析

通過(guò)上述分析可知，按照目前常規(guī)備自投裝置和低頻低壓減載裝置整定，在小電源并網(wǎng)條件下，必然出現(xiàn)安全自動(dòng)裝置失配誤動(dòng)，造成停電事故。針對(duì)上述問(wèn)題，現(xiàn)提出如下解決措施：

（1）增加電源冗余

目前小電源一般接入終端變電站，終端變電站的一個(gè)重要特點(diǎn)就是電源點(diǎn)少，供電能力薄弱。變電站一旦發(fā)生事故，功率缺額十分明顯，必然導(dǎo)致頻率崩潰。通過(guò)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)或使小電源在更高一級(jí)變電站接入，從而增加所在并網(wǎng)變電站電源數(shù)量和容量的冗余，滿(mǎn)足N-1原則，即使系統(tǒng)失去一個(gè)電源，仍可以保證小電源所在系統(tǒng)頻率和電壓在允許范圍內(nèi)。改善小電源并網(wǎng)環(huán)境有助于新能源的消納，提升用戶(hù)滿(mǎn)意度，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而這一措施需要從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度進(jìn)行規(guī)劃，保護(hù)配置也將更加復(fù)雜。

（2）啟用備自投功能

常規(guī)終端站備自投裝置大多以檢母線(xiàn)無(wú)壓、進(jìn)線(xiàn)無(wú)流作為備自投啟動(dòng)判據(jù)，經(jīng)整定延時(shí)后跳工作開(kāi)關(guān)，確認(rèn)跳開(kāi)后，合備用電源開(kāi)關(guān)，恢復(fù)對(duì)負(fù)荷的供電。但是當(dāng)變電站中低壓側(cè)母線(xiàn)接入小電源后，系統(tǒng)故障后，因短路電流和系統(tǒng)母線(xiàn)殘壓的存在，滿(mǎn)足備自投裝置的啟動(dòng)條件較困難，即使備自投裝置正常啟動(dòng)，但對(duì)于失去與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的小電源側(cè)系統(tǒng)，其電壓和頻率變化一般較快，如此時(shí)備自投裝置將失去同步的小電源系統(tǒng)強(qiáng)行并入系統(tǒng)，對(duì)小電源發(fā)電機(jī)的沖擊將是難以容忍的。這就是甲站裝設(shè)備自投裝置但未啟用備投功能的原因。對(duì)于中壓或低壓側(cè)有小電源的變壓器，主變主保護(hù)和后備保護(hù)在跳相應(yīng)主變開(kāi)關(guān)的同時(shí)，建議聯(lián)跳小電源聯(lián)絡(luò)線(xiàn)開(kāi)關(guān)。同時(shí)，備自投裝置需滿(mǎn)足在合備用電源開(kāi)關(guān)之前，必須檢查常用電源開(kāi)關(guān)和并網(wǎng)電源開(kāi)關(guān)均已跳開(kāi)。這一解決方案的優(yōu)點(diǎn)是接線(xiàn)及配置易于實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是不同于正常備自投，會(huì)給運(yùn)維人員帶來(lái)不便，增加誤操作的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）增配解列裝置

此方案是在甲變電站站內(nèi)裝設(shè)小電源解列裝置，當(dāng)由于主網(wǎng)故障跳閘暫時(shí)形成局部系統(tǒng)時(shí)，解列裝置動(dòng)作先切小電源并網(wǎng)線(xiàn)路，確保失壓負(fù)荷通過(guò)乙站站內(nèi)10kV母聯(lián)備自投恢復(fù)供電，防止負(fù)荷長(zhǎng)期失電。此方案的關(guān)鍵是甲站解列裝置與下級(jí)乙變電站低頻低壓裝置在動(dòng)作定值及跳閘時(shí)間上相互配合，確保先解列、后投備自投。由于兩個(gè)裝置存在配合的問(wèn)題，當(dāng)電壓頻率波動(dòng)時(shí)，極易導(dǎo)致解列裝置誤動(dòng)，需要仔細(xì)論證。

5結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合一具體事故案例，分析了小電源接入系統(tǒng)終端站后對(duì)二次系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置的影響。隨著分布式電源尤其是新能源發(fā)電的并網(wǎng)逐漸增多，它們對(duì)系統(tǒng)的影響不容小視。小電源的并網(wǎng)應(yīng)引起電網(wǎng)運(yùn)行、調(diào)度、管理等部門(mén)的高度重視，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，切實(shí)提高并網(wǎng)后電網(wǎng)供電的可靠性。

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