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(國(guó)網(wǎng)成都供電公司，四川 成都 611021)

0 引 言

許多大型廠礦和企業(yè)擁有自備電源，這些電源發(fā)電除自用外，有時(shí)通過(guò)35 kV、10 kV饋線向電網(wǎng)倒送電能。隨著國(guó)家提倡對(duì)可再生能源以及清潔能源的開(kāi)發(fā)利用，各類以小型發(fā)電機(jī)組為獨(dú)立系統(tǒng)的小電源也得以迅速發(fā)展。隨著這類電源容量和數(shù)量的增加和并網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行帶來(lái)的影響日益突出[1]。

首先分析了并網(wǎng)小電源對(duì)系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)的影響，提出了受小電源影響的一些元件保護(hù)，如：母線保護(hù)、主供線路保護(hù)、主變壓器保護(hù)、備自投保護(hù)以及故障低壓解列保護(hù)等，確定了并網(wǎng)小電源聯(lián)切原則，最后結(jié)合某110 kV終端變電站保護(hù)和備自投聯(lián)切并網(wǎng)小電源的方案，驗(yàn)證了該聯(lián)切原則的正確性，以期為以后變電站入網(wǎng)的小電源聯(lián)切提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 并網(wǎng)小電源對(duì)電力系統(tǒng)的影響

小電源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是小電源與電力系統(tǒng)并網(wǎng)后，在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，若小電源系統(tǒng)無(wú)法正常解列，容易引起電力系統(tǒng)和電力用戶設(shè)備受損；二是電力系統(tǒng)內(nèi)保護(hù)及自動(dòng)裝置與小電源保護(hù)配合、整定困難，容易引起保護(hù)及自動(dòng)裝置誤動(dòng)或拒動(dòng)造成事故擴(kuò)大，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成一定的影響[2]。下面將具體介紹一下并網(wǎng)小電源在變電站內(nèi)各類繼電保護(hù)動(dòng)作后對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

1.1 110 kV母差保護(hù)動(dòng)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(hù)。當(dāng)110 kV母差保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)變電站內(nèi)一主供電源時(shí)，在上網(wǎng)小電源的支撐下，通常變電站站內(nèi)電壓能持續(xù)一段時(shí)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(hù)動(dòng)作跳開(kāi)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(dǎo)致中低壓側(cè)備自投拒動(dòng)，或者即使電壓跌落滿足了中低備自投的動(dòng)作條件，但在合閘備用電源時(shí)可能會(huì)造成系統(tǒng)與小電源系統(tǒng)的非同期合閘，對(duì)電力系統(tǒng)造成巨大的沖擊。

1.2 主供電源線路保護(hù)動(dòng)作

通常情況下，對(duì)于接入小電源上網(wǎng)的110 kV負(fù)荷終端變電站與電力系統(tǒng)主電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的線路兩側(cè)開(kāi)關(guān)保護(hù)重合閘方式為：系統(tǒng)側(cè)整定為“投檢母有壓線無(wú)壓”，負(fù)荷側(cè)整定為“投檢同期或檢線有壓母無(wú)壓”。當(dāng)該類變電站與電力系統(tǒng)主電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的線路發(fā)生故障時(shí)，線路兩側(cè)的開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)兩側(cè)開(kāi)關(guān)，此時(shí)若負(fù)荷終端側(cè)開(kāi)關(guān)重合閘投“檢同期”，由于站內(nèi)小電源所支撐的母線電壓很難滿足同主電網(wǎng)一樣的頻率、電壓和相位，那么終端側(cè)開(kāi)關(guān)檢同期重合閘基本上無(wú)法滿足重合條件[4]；若終端側(cè)開(kāi)關(guān)重合閘投“檢線有壓母無(wú)壓”，由于站內(nèi)小電源提供電源支撐，母線電壓也不會(huì)較快地降到無(wú)壓條件，那么終端側(cè)開(kāi)關(guān)檢線有壓母無(wú)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(tǒng)的負(fù)荷終端變電站與主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的線路一旦發(fā)生故障，若小電源系統(tǒng)容量足夠大，則該類變電站將由小電源帶載形成孤網(wǎng)運(yùn)行，否則將造成全站失壓事故。

1.3 主變壓器高后備保護(hù)動(dòng)作

一般情況下，110 kV負(fù)荷終端變電站主變壓器中性點(diǎn)為不接地運(yùn)行方式，接地點(diǎn)一般由進(jìn)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(diǎn)直接接地來(lái)保證110 kV系統(tǒng)為大電流接地系統(tǒng)。

當(dāng)110 kV主供電源線路發(fā)生單相接地故障，由于某種原因造成本側(cè)開(kāi)關(guān)未跳開(kāi)，假設(shè)該類變電站中低壓側(cè)有小電源并網(wǎng)，此時(shí)該站將成為帶接地故障運(yùn)行的小電流接地系統(tǒng)，從而導(dǎo)致110 kV系統(tǒng)側(cè)會(huì)出現(xiàn)很大的零序過(guò)電壓，系統(tǒng)變電站和小電源系統(tǒng)升壓變壓器的中性點(diǎn)電位會(huì)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(jīng)濟(jì)損失。

1.4 備自投動(dòng)作

目前，備自投的故障掉電檢測(cè)信號(hào)一般是電壓，檢測(cè)信號(hào)單一往往易導(dǎo)致備自投的誤動(dòng)和拒動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)于存在大量地方小電源的地區(qū)，由于地方小電源對(duì)系統(tǒng)電壓的支撐作用，該問(wèn)題尤為突出[6]。另外，當(dāng)主供電源失電后，備自投檢測(cè)到一段母線失壓，將會(huì)啟動(dòng)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(wǎng)的情況下，可能造成備自投非同期合閘，對(duì)電力系統(tǒng)造成沖擊。

2 并網(wǎng)小電源聯(lián)切原則

綜上所述，在有小電源并網(wǎng)的110 kV負(fù)荷終端變電站，該站配置的相關(guān)保護(hù)動(dòng)作必須聯(lián)切并網(wǎng)小電源，其聯(lián)切的一般原則如下。

(1)110 kV母差保護(hù)動(dòng)作，須聯(lián)切并網(wǎng)小電源。

(2)主供電源線路保護(hù)動(dòng)作，須聯(lián)切并網(wǎng)小電源。

(3)主變壓器間隙過(guò)流或零序過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，第一時(shí)限聯(lián)切中低壓側(cè)并網(wǎng)小電源，第二時(shí)限跳主變壓器各側(cè)。

(4)備自投動(dòng)作，備用電源投入前須聯(lián)切并網(wǎng)小電源。

(5)若并網(wǎng)小電源線路保護(hù)具備低頻和低壓解列功能(根據(jù)《3～10 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》，在小電源側(cè)應(yīng)裝設(shè)低頻和低壓解列裝置)，聯(lián)切原則可進(jìn)行簡(jiǎn)化，以簡(jiǎn)化聯(lián)切回路，但必須保留上述原則的第(3)條和(4)條。

(6)各相關(guān)保護(hù)聯(lián)切小電源接點(diǎn)原則上與保護(hù)動(dòng)作出口接點(diǎn)為同一組出口繼電器。

3 110 kV負(fù)荷終端變電站保護(hù)和備自投裝置聯(lián)切并網(wǎng)小電源的方案

3.1 110 kV終端變電站典型保護(hù)配置

110 kV負(fù)荷終端變電站比較常見(jiàn)的主接線方式是單母分段或內(nèi)橋接線，為概括一般性，選擇單母分段接線方式的變電站進(jìn)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(hù)；

(2)110 kV聯(lián)絡(luò)或小電源線路配置光纖差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)等；

(3)主變壓器保護(hù)：主保護(hù)配置差動(dòng)保護(hù)和非電量保護(hù)；高后備保護(hù)配置復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)、零序保護(hù)和間隙保護(hù)；中低后備保護(hù)配置復(fù)壓方向過(guò)流保護(hù)；

(4)110 kV主供電源配置進(jìn)線和分段備自投裝置，中低壓側(cè)總路開(kāi)關(guān)均配置分段備自投裝置；

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

3.2 某110 kV單母分段接線方式變電站及小電源并網(wǎng)情況介紹

該站110 kV、35 kV和10 kV系統(tǒng)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(jí)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(wǎng)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(hù)配置為典型配置，其中35 kV和10 kV小電源線路保護(hù)均具備低頻和低壓解列功能。

3.3 確定聯(lián)切并網(wǎng)小電源方案

由于該站35 kV和10 kV小電源線路保護(hù)具備低頻和低壓解列功能，根據(jù)上述并網(wǎng)小電源聯(lián)切原則，該站聯(lián)切并網(wǎng)小電源的方案如下。

(1)主變壓器間隙過(guò)流或零序過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，第一時(shí)限聯(lián)切中低壓側(cè)所有并網(wǎng)小電源，第二時(shí)限跳主變壓器各側(cè)。

(2)備自投動(dòng)作，備用電源投入前須聯(lián)切并網(wǎng)小電源，其中110 kV備自投動(dòng)作跳閘時(shí)聯(lián)切110 kV小電源和中低壓側(cè)所有小電源；35 kV和10 kV分段備自投動(dòng)作跳各總路開(kāi)關(guān)時(shí)，聯(lián)切各自相應(yīng)母線上小電源。

根據(jù)以上聯(lián)切方案，該站聯(lián)切并網(wǎng)小電源啟動(dòng)回路，如圖2所示，由于該站小電源路數(shù)較多，所以主變壓器后備保護(hù)動(dòng)作出口和各電壓等級(jí)備自投跳閘出口分別啟動(dòng)各自的重動(dòng)繼電器，其中10 kV小電源聯(lián)切啟動(dòng)回路與35 kV小電源聯(lián)切啟動(dòng)回路類似。

聯(lián)切并網(wǎng)小電源的出口回路見(jiàn)圖3，其中聯(lián)切10 kV小電源回路與聯(lián)切35 kV小電源出口回路類似。

圖2 某110 kV變電站聯(lián)切并網(wǎng)小電源的啟動(dòng)回路

圖3 某110 kV變電站聯(lián)切并網(wǎng)小電源的出口回路圖

3.4 110 kV備自投聯(lián)切110 kV小電源注意事項(xiàng)

該站110 kV I、II母各有1條小電源線路。當(dāng)變電站主供電源消失時(shí)，應(yīng)正確聯(lián)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(shí)盡量簡(jiǎn)化聯(lián)切回路以便運(yùn)行維護(hù)。聯(lián)切功能應(yīng)滿足以下要求。

(1)備自投方式1、2運(yùn)行(進(jìn)線備投方式)，備自投跳電源進(jìn)線崇通線152開(kāi)關(guān)或隆通線153開(kāi)關(guān)，同時(shí)應(yīng)聯(lián)切小電源巖通線151開(kāi)關(guān)和金通線154開(kāi)關(guān)(即無(wú)論跳進(jìn)線I或II，兩段母線上的小電源均須聯(lián)切)。

(2)分段備自投方式3運(yùn)行，備自投跳崇通線152開(kāi)關(guān)同時(shí)應(yīng)僅聯(lián)切小電源巖通線151開(kāi)關(guān)(只聯(lián)切本段母線的小電源)。

(3)方式4運(yùn)行，備自投跳隆通線153開(kāi)關(guān)同時(shí)應(yīng)僅聯(lián)切小電源金通線154開(kāi)關(guān)(只聯(lián)切本段母線的小電源)。

根據(jù)第2節(jié)“并網(wǎng)小電源聯(lián)切原則”第(6)條，聯(lián)切巖通線151開(kāi)關(guān)和金通線154開(kāi)關(guān)的取自110 kV備自投跳主供電源崇通線152開(kāi)關(guān)和隆通線153開(kāi)關(guān)的備用跳閘出口接點(diǎn)的重動(dòng)接點(diǎn)。在二次回路上，增加備自投跳152開(kāi)關(guān)分別配置聯(lián)切151開(kāi)關(guān)(1LP1)和154開(kāi)關(guān)(1LP3)的出口壓板；備自投跳153開(kāi)關(guān)分別配置聯(lián)切151開(kāi)關(guān)(1LP2)和154開(kāi)關(guān)(1LP4)的出口壓板。回路示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 110 kV備自投聯(lián)切110 kV小電源回路示意圖

在實(shí)際運(yùn)行中，可根據(jù)不同的運(yùn)行方式投入不同的出口壓板，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述聯(lián)切要求。當(dāng)投進(jìn)線備自投方式1或2時(shí)，同時(shí)投入1LP1、1LP2、1LP3和1LP4；當(dāng)投分段備自投方式3或4時(shí)，只投1LP1和1LP4。

4 結(jié) 論

通過(guò)分析并網(wǎng)小電源對(duì)電力系統(tǒng)各相關(guān)元件保護(hù)的影響，較全面概括了110 kV負(fù)荷終端變電站相關(guān)保護(hù)及自動(dòng)裝置動(dòng)作后應(yīng)采取的聯(lián)切措施，在此基礎(chǔ)上歸納提出了并網(wǎng)小電源聯(lián)切原則，根據(jù)該原則制定了四川某110 kV變電站相關(guān)保護(hù)和備自投聯(lián)切并網(wǎng)小電源方案，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)表明：該方案能切實(shí)可靠地聯(lián)切并網(wǎng)小電源，并且聯(lián)切裝置及回路簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，有利于變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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