杭能光伏電站的繼電保護(hù)整定

何欣 杭州市余杭供電局， 浙江 杭州 311100

杭能光伏電站的繼電保護(hù)整定

何欣 杭州市余杭供電局， 浙江 杭州 311100

隨著分布式電源越來(lái)越多地安裝在配電網(wǎng)中，它將對(duì)配網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)電壓、線(xiàn)路潮流、短路電流、可靠性等各個(gè)方面都帶來(lái)影響。這必然會(huì)給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)配置帶來(lái)實(shí)質(zhì)性的挑戰(zhàn)，使得繼電保護(hù)人員在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)配置時(shí)必須考慮由它所帶來(lái)的影響。本文對(duì)杭能光伏電站的繼電保護(hù)的配置進(jìn)行了說(shuō)明，并通過(guò)整定計(jì)算證明了在不同故障點(diǎn)保護(hù)均能夠正確動(dòng)作，希望計(jì)算結(jié)果能夠?qū)贾莸貐^(qū)并網(wǎng)光伏電站的接入提供參考依據(jù)。

分布式電源；光伏電站；保護(hù)整定

引言

中國(guó)杭州能源與環(huán)境產(chǎn)業(yè)園是中節(jié)能在全國(guó)范圍內(nèi)推廣的以節(jié)能環(huán)保為特色的科技園區(qū)樣板和示范基地。在這里，太陽(yáng)能發(fā)電作為一種綠色可再生能源，與產(chǎn)業(yè)園內(nèi)建筑相結(jié)合，建設(shè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電示范項(xiàng)目，既可以展示中國(guó)在可再生能源開(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)和綠色環(huán)保的理念，又能充分體現(xiàn)園區(qū)節(jié)能環(huán)保的特色。因此并網(wǎng)光伏電站繼電保護(hù)的研究為以后太陽(yáng)能在杭州地區(qū)的使用提供實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論指導(dǎo)，是非常有意義的工作。

1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

1.1 微網(wǎng)發(fā)電技術(shù)

微網(wǎng)是集成多個(gè)分布式發(fā)電（Distributed Generation,DG）和負(fù)荷的獨(dú)立系統(tǒng)，提供電能和熱能。其中光伏發(fā)電就屬于分布式發(fā)電的其中一種。微網(wǎng)可以孤立運(yùn)行，滿(mǎn)足本地負(fù)荷的可靠性和安全性需要，也可以非常靈活地接入或撤離電網(wǎng)，從而大大提高了電網(wǎng)的可靠性。在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，微網(wǎng)和傳統(tǒng)配電網(wǎng)類(lèi)似，服從系統(tǒng)調(diào)度，可同時(shí)利用微網(wǎng)內(nèi)DG發(fā)電和從大電網(wǎng)吸取電能，并能在自身電力充足時(shí)向大電網(wǎng)輸送多余電能。外界大電網(wǎng)出現(xiàn)故障停電或有電力質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，微網(wǎng)可以通過(guò)能量管理單元控制主斷路器切斷與外界聯(lián)系，微網(wǎng)孤立運(yùn)行，此時(shí)微網(wǎng)內(nèi)負(fù)荷全部由DG供電。故障接觸后，主斷路器重新合上，微網(wǎng)重新恢復(fù)和主電網(wǎng)同步運(yùn)行，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)恢復(fù)到并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。而這兩種運(yùn)行模式無(wú)縫轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是微網(wǎng)與電網(wǎng)之間的電力電子接口，這種接口可以使分布式電源實(shí)現(xiàn)即插即用，同時(shí)可使微網(wǎng)作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，盡量減少分布式電源對(duì)電網(wǎng)的不利影響。[1]

1.2 杭能光伏電站的介紹

杭能光伏電站是設(shè)置在園區(qū)內(nèi)的廠(chǎng)房屋頂安裝太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電力，再通過(guò)并網(wǎng)型逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，并入電網(wǎng)。其中，逆變系統(tǒng)采用分散逆變、集中并網(wǎng)的布置形式，多個(gè)逆變器并聯(lián)接入交流匯流箱，通過(guò)交流匯流箱最終匯入杭能光伏電站400V母線(xiàn)。

光伏電站通過(guò)10kV電壓等級(jí)并入余杭電網(wǎng)。一期工程新建10kV變電站1座，即杭能光伏電站，主變?nèi)萘?×2300kVA,設(shè)置10/0.4kV兩個(gè)電壓等級(jí)，10kV進(jìn)線(xiàn)1回，采用單母線(xiàn)接線(xiàn)。

2 杭能光伏電站的繼電保護(hù)配置

光伏電源接入配電系統(tǒng)后勢(shì)必會(huì)改變配電網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向，現(xiàn)有的基于單端電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的配電系統(tǒng)保護(hù)和自動(dòng)重合閘裝置必須作出相應(yīng)的調(diào)整，否則分布式電源必將使配電網(wǎng)保護(hù)無(wú)法快速、準(zhǔn)確的切除故障，甚至?xí)?duì)配電系統(tǒng)及其設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成破壞。

2.1 繼電保護(hù)配置設(shè)計(jì)

光伏系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，必須根據(jù)G B/T 14285-2006《繼電保護(hù)和安全裝置技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，在光伏電站及電網(wǎng)側(cè)配置齊全的接入系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置。

2.1.1 線(xiàn)路保護(hù)

杭能光伏電站側(cè)配置帶方向的過(guò)流保護(hù)作為后備保護(hù)，動(dòng)作跳光伏電站側(cè)斷路器。

系統(tǒng)側(cè)線(xiàn)路保護(hù)根據(jù)杭電調(diào)[2011]33號(hào)文《杭州電網(wǎng)2011年年度繼電保護(hù)整定方案》，配置兩段式過(guò)流保護(hù)和三相一次重合閘功能。重合閘前后均不加速過(guò)流保護(hù)。重合閘應(yīng)具備檢線(xiàn)路無(wú)壓。

根據(jù)杭電調(diào)[2005]141號(hào)《關(guān)于下發(fā)加強(qiáng)地方電廠(chǎng)調(diào)度運(yùn)行管理若干規(guī)定的通知》，光伏電站側(cè)需配置低周、低壓解列保護(hù)，低周裝置應(yīng)具備滑差閉鎖功能，低壓裝置應(yīng)具備判斷短路功能。

2.1.2 主變保護(hù)

光伏電站主變保護(hù)應(yīng)配置本體保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)及相應(yīng)后備保護(hù)。

由于光伏電站的接入，110kV漁橋變10kV側(cè)帶有小電源出線(xiàn)（即杭能294線(xiàn)），故110kV漁橋變主變中性點(diǎn)需增加放電間隙及放電間隙流變，主變?cè)鲈O(shè)間隙零序電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)。同時(shí)，需加裝避雷器防止操作過(guò)電壓，加裝單相電壓互感器用于無(wú)壓鑒定。

2.2 繼電保護(hù)計(jì)算

2.2.1 建模

設(shè)功率基準(zhǔn)值為：SB＝100MVA

10kV基準(zhǔn)電流IB＝100/(1.732×10.5)=5500A

0.4kV基準(zhǔn)電流IB＝100/(1.732×0.4)=144.3A

杭能294線(xiàn)為全電纜線(xiàn)路，電纜型號(hào)為YJV22-10-3，400/600M。

R=ρl/S＝0.0206×600/400＝0.0309

X=X1L=0.08×0.6=0.048

杭能光伏電站升壓變SCBH-2000/10，10.5±2×2.5%/0.4，UK%=6%

2.2.2 漁橋變側(cè)杭能294線(xiàn)整定計(jì)算

根據(jù)杭電調(diào)字〔2011〕33號(hào)文《關(guān)于印發(fā)，＜杭州電網(wǎng)2011年年度繼電保護(hù)整定方案＞的通知》中規(guī)定，10kV線(xiàn)路一般配置：兩段式過(guò)流保護(hù)和三相一次重合閘功能。重合閘前后均不加速過(guò)流保護(hù)。杭能294線(xiàn)保護(hù)變比為800/5。

電流一段：按主干線(xiàn)路末端故障有不小于1.5倍靈敏度整定，并帶0.3s延時(shí)。電流二段：躲過(guò)線(xiàn)路最大負(fù)荷電流整定，且線(xiàn)路末端故障有足夠靈敏度，并帶1s延時(shí)。

2.2.3 杭能光伏電站杭能294線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)整定計(jì)算

2.2.3.1 限時(shí)電流速斷：按躲線(xiàn)路末端故障整定

2.2.3.2 過(guò)流

按線(xiàn)路末端有足夠靈敏度要求

與漁橋變其它10kV線(xiàn)路過(guò)流保護(hù)(800/5*5A，1S)配,取 KPH=1.15：

IDZ＝800×5×1.15/400=11.5A

綜合考慮，為保證杭能294線(xiàn)故障時(shí)，線(xiàn)路能可靠跳閘，取杭能光伏電站側(cè)杭能294線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流定值為4.5A，時(shí)間取1.3S。

2.2.4 杭能光伏電站升壓變整定計(jì)算

根據(jù)杭電調(diào)字〔2011〕33號(hào)文《關(guān)于印發(fā)＜杭州電網(wǎng)2011年年度繼電保護(hù)整定方案＞的通知》中規(guī)定，參考110kV主變保護(hù)整定原則進(jìn)行。

?

2.2.4.1 差動(dòng)保護(hù)

2.2.4.1.1 差動(dòng)速斷保護(hù)電流定值：

躲變壓器空投時(shí)最大勵(lì)磁涌流（一般取6-8Ie）: 6Ie=6×1.375=8.25A

校核小方式下，高壓側(cè)引線(xiàn)兩相短路有靈敏度。

2.2.4.1.2 比率差動(dòng)

最小動(dòng)作電流定值：按躲正常運(yùn)行時(shí)不平衡電流計(jì)算，一般整定為0.4～0.6Ie。

拐點(diǎn)電流定值（一般取0.8～1Ie）：取1Ie

二次諧波制動(dòng)系數(shù)：取15%。

2.2.4.2 高壓側(cè)后備保護(hù)

2.2.4.2.1 電壓定值

復(fù)合電壓中負(fù)序線(xiàn)電壓元件：取6～8V（二次值），低電壓元件（線(xiàn)電壓）：取60～70V（二次值）

2.2.4.2.2 電流定值

按躲最大負(fù)荷電流整定：IDZ＝1.41Ifh.max＝1.41×110/80＝1.94A

復(fù)壓閉鎖過(guò)流Ⅰ段（帶方向）

當(dāng)主變低壓側(cè)故障時(shí)，有足夠靈敏度（KLM取1.5）

IDZ＝1339.99/(1.5×80)＝11.2A

綜合考慮，取復(fù)壓閉鎖方向過(guò)流定值為2A，0.7S，跳主變高、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，方向朝主變。

復(fù)壓閉鎖過(guò)流Ⅱ段

當(dāng)主變高壓側(cè)故障時(shí)，光伏電源向主變輸送故障電流，此時(shí)考慮對(duì)主變高壓側(cè)母線(xiàn)有靈敏度（KLM取1.5）

IDZ＝548.6/(1.5×80)＝4.57A

與杭能294線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)過(guò)流（400/5*4.5A,1.3S）配:

IDZ＝4.5×1.15=5.175A取6A，1.6S

2.2.4.3 過(guò)負(fù)荷定值

按躲變壓器額定電流整定

Ifh.max=（1.05/0.85）Ie＝1.7A取1.7A，10S 發(fā)信

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)杭能光伏電站的繼電保護(hù)整定配置計(jì)算，上述保護(hù)配置基本能滿(mǎn)足在各種故障下，即分布式電源下游、上游以及相鄰饋線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，現(xiàn)有保護(hù)配置能夠準(zhǔn)確動(dòng)作，動(dòng)作的時(shí)限能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)安全、穩(wěn)定性的要求，為以后并網(wǎng)光伏電站在杭州電網(wǎng)地區(qū)的接入提供實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論指導(dǎo)，是非常有意義的工作。

[1]雷廷，艾芊.光伏并網(wǎng)策略及應(yīng)用研究.智能電網(wǎng)與智能電器，2010年第2期

[2]杭州能源與環(huán)境產(chǎn)業(yè)園并網(wǎng)光伏發(fā)電站接入系統(tǒng)報(bào)告

[3]杭電調(diào)[2005]141號(hào)《關(guān)于下發(fā)加強(qiáng)地方電廠(chǎng)調(diào)度運(yùn)行管理若干規(guī)定的通知》

[4]DL中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，3kV～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程

[5]Q/ZD浙江省電力公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，浙江電網(wǎng)10～110kV系統(tǒng)繼電保護(hù)整定技術(shù)規(guī)范

[6]浙江省電力公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用細(xì)則

[7]浙江太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目接入電網(wǎng)管理暫行辦法

[8]浙江省光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范(征求意見(jiàn)稿)

[9]太陽(yáng)能光伏發(fā)電接入分析及實(shí)施輔助系統(tǒng)

[10]杭電調(diào)字〔2011〕33號(hào)《關(guān)于印發(fā)《杭州電網(wǎng)2011年年度繼電保護(hù)整定方案的通知》

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.068