基于故障解列裝置的水電和光伏電源接入策略

許夢(mèng)琪

摘 要：將適應(yīng)接入策略的水電站分為2類，通過(guò)實(shí)例加以說(shuō)明，并著重從第二類水電站接入時(shí)，T接點(diǎn)至變電站線路電壓降可能引起線路末端用戶電壓超上限這個(gè)困擾已久的問(wèn)題入手，分析常規(guī)方法存在的弊端，提出通過(guò)電站內(nèi)配置過(guò)頻過(guò)壓安全、穩(wěn)定控制裝置的方法予以解決。該接入策略與已接入的南平松溪信義光伏電站和后續(xù)多個(gè)光伏電站的接入，在系統(tǒng)側(cè)配置的故障解列裝置，出發(fā)點(diǎn)相同。由此引申出，該策略有利于電源接入時(shí)需提升供電質(zhì)量和保證線路或電源側(cè)故障時(shí)能有效隔離故障的情況。

關(guān)鍵詞：水電站；光伏電站；線路電壓降；故障解列

中圖分類號(hào)：TM727 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.006

南平擁有得天獨(dú)厚的地理?xiàng)l件，水力資源豐富，光伏布點(diǎn)多，所轄各縣電站發(fā)電量以就近消納為主，多余部分送入省網(wǎng)，有利于提高區(qū)域供電能力。中壓配電網(wǎng)大多以村道為線路走廊架設(shè)，一定的容量裕度及必要的聯(lián)絡(luò)有利于提高負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力和供電可靠性。適宜的接入策略有利于合理使用廊道資源和節(jié)省造價(jià)。利用水、太陽(yáng)能等清潔能源發(fā)電不僅有利于保護(hù)環(huán)境，更能節(jié)省成本。這些可再生能源取之不盡、用之不竭，其投資主要是建設(shè)成本。水電站大多分布在遠(yuǎn)離變電站和負(fù)荷中心的偏遠(yuǎn)山區(qū)，輸電距離遠(yuǎn)，專線接入變電站的建設(shè)成本高。大型光伏發(fā)電站具有用地面積大、緯度低、光照強(qiáng)、太陽(yáng)能板需30°傾斜角裝設(shè)的特點(diǎn)，山坡節(jié)省支架高度，且山區(qū)土地租金比平原經(jīng)濟(jì)性高。已接入的南平松溪信義光伏電站、已完成科研的政和光伏電站和邵武光伏電站、已批復(fù)2017年接入的浦城鑫浦光伏電站和2018年接入的昌盛光伏電站根據(jù)遠(yuǎn)景建設(shè)規(guī)模均為110 kV電壓等級(jí)接入。

1 接入電壓等級(jí)

根據(jù)接入電源裝機(jī)容量確定接入電壓等級(jí)，根據(jù)電網(wǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃列出可行的接入方案，從線路電壓降、維護(hù)工作量、綜合造價(jià)等方面進(jìn)行對(duì)比，選擇最佳的接入策略。

根據(jù)線路電壓降 和 可

推出，T接點(diǎn)至變電站線路電壓降與接入電壓等級(jí)、接入電源裝機(jī)容量、線路導(dǎo)線截面、機(jī)組功率因數(shù)、線路長(zhǎng)度等因素有關(guān)。電壓降要求不超過(guò)10%，當(dāng)超過(guò)10%時(shí)，線路末端用戶電壓將超上限，造成用戶電器被燒毀和電源端電壓過(guò)高，可能危及發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行造成不利影響。

從以上幾個(gè)方面綜合考慮，選擇合適的接入電源裝機(jī)容量、接入電壓等級(jí)和機(jī)組功率因數(shù)是降低線路電壓降的首選方法，若仍難滿足，需采取以下對(duì)策：將接入方案適用的水電站分為2類，一類是地理位置離變電站較近且有備用間隔、可共用水電專線的水電站，另一類是地理位置離變電站直線距離超過(guò)其電壓等級(jí)輸送距離的水電站。在某個(gè)變電站供區(qū)內(nèi)，有2個(gè)或2個(gè)以上的第一類水電站時(shí)，水電站共用35 kV及以下線路掛燈籠式的T接于輸電線上。第二類水電站就近T接35 kV及以下輸電線，T接點(diǎn)靠近電源側(cè)配置三遙分界開(kāi)關(guān)，調(diào)度可進(jìn)行遙控。這種常規(guī)做法雖起到雙管齊下的作用，但無(wú)線公網(wǎng)的安全性較差，存在弊端，無(wú)線專網(wǎng)建設(shè)耗資大，可行性低。水電站內(nèi)配置過(guò)壓過(guò)頻安全、穩(wěn)定控制裝置也可起到雙保險(xiǎn)的作用，過(guò)壓定值按電網(wǎng)公司下達(dá)的定值整定，合理控制機(jī)組出力，保障水電站電力輸出，并使線路末端至變電站段線路電壓降符合要求，以保護(hù)末端用戶電器安全。由電站內(nèi)配置的過(guò)壓過(guò)頻安全、穩(wěn)定控制裝置實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓時(shí)跳電站高壓側(cè)出線開(kāi)關(guān)的功能，此方法減少了調(diào)度遙控工作量，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的實(shí)時(shí)性強(qiáng)，降低了分界斷路器應(yīng)具備的條件，也提高了安全性，不受通訊網(wǎng)絡(luò)影響，且經(jīng)濟(jì)性好。

2 接入電源裝機(jī)容量

接入電源裝機(jī)容量處于按電壓等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的邊界、線路長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)造成的線路末端電壓超上限。以閩北蘇區(qū)建陽(yáng)區(qū)水資源配置（麻陽(yáng)溪引水）引水系統(tǒng)的消能減壓電站（樟布消能電站）接入為例，麻陽(yáng)溪引水資源配置工程位于南平市建陽(yáng)區(qū)莒口、麻沙鎮(zhèn)。工程開(kāi)發(fā)主要任務(wù)為供水，結(jié)合利用富余水頭消能發(fā)電。本工程近期日供水規(guī)模為1.0×105 t，遠(yuǎn)期最大日供水規(guī)模為2.7×105 t，取水口位于雷公口二級(jí)電站尾水，通過(guò)引水系統(tǒng)輸水至擬建將口水廠，主要建筑物由雷公口二級(jí)電站進(jìn)水口、輸水隧洞、輸水管道及樟布消能電站等組成。引水系統(tǒng)總長(zhǎng)50.826 km，其中，隧洞長(zhǎng)43.463 km，輸水管道長(zhǎng)7.363 km，隧洞開(kāi)挖斷面為城門(mén)形，洞徑2.8 m×2.8 m，輸水管道為一根DN1600鋼管或球墨管；樟布消能電站設(shè)置2臺(tái)發(fā)電機(jī)組以及一根旁通管，總裝機(jī)容量1 800 kW。樟布消能電站到110 kV麻沙變的空間距離和電氣距離約為9 km和11.5 km，到35 kV莒口變的空間距離和電氣距離約為11.5 km和15.5 km.

如果設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為2 MW，處于10 kV接入和35 kV接入交界處，當(dāng)10 kV電壓等級(jí)T接于35 kV莒口變10 kV湖橋線065桿（導(dǎo)線選LGJ-150），消能電站至變電站的線路電壓降為11.9%.如果樟布消能電站投產(chǎn)后新增裝機(jī)1.8 MW，近期、遠(yuǎn)期年發(fā)電量為5.04×106 kW·h、1.430×107 kW·h，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)合理。樟布消能電站作為地區(qū)電源，就近接入建陽(yáng)市電網(wǎng)，可提高區(qū)域電網(wǎng)的供電能力。樟布消能電站以供水量定發(fā)電量，隨季節(jié)變化不大，夏天供水量有所增長(zhǎng)，其發(fā)電量也有所增加，電站根據(jù)供水情況，承擔(dān)基荷發(fā)電。如果接入湖橋線065桿，在電網(wǎng)低谷期的母線電壓近上限時(shí)，其后端用戶的電壓可能超上限。35 kV線路鐵塔的造價(jià)高，線路總投資大，國(guó)網(wǎng)對(duì)新能源接入的線路出資界面規(guī)定為由電網(wǎng)公司承擔(dān)，從投資經(jīng)濟(jì)性角度考慮，將其裝機(jī)容量降為1.8 MW，10 kV專線接入變電站。這種方法不僅減少了線路投資，還避免了電站與變電站間電氣距離過(guò)長(zhǎng)造成的線路電壓降偏高，可能帶來(lái)線路末端用戶電器在負(fù)荷低谷期電壓超上限而被燒毀的隱患。

3 光伏電站接入過(guò)頻過(guò)壓故障解列功能

以南平松溪信義光伏電站110 kV送出工程為例，該電站位于南平市松溪縣舊縣鄉(xiāng)下段村，電站總裝機(jī)容量50 MWp，本期建設(shè) 30 MWp，2015年并網(wǎng)發(fā)電，后續(xù)20 MWp裝機(jī)規(guī)劃在2016年左右投運(yùn)，送電方向?yàn)樗上娋W(wǎng)；電站發(fā)電系統(tǒng)總效率約80%，最大出力約40 MW。光伏電站接入系統(tǒng)相關(guān)文件規(guī)定，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)裝置除保護(hù)功能外，還應(yīng)具備故障解列功能，即檢測(cè)到系統(tǒng)側(cè)電壓和頻率超過(guò)所設(shè)定值時(shí)進(jìn)線間隔跳閘，相當(dāng)于過(guò)壓過(guò)頻安全、穩(wěn)定控制裝置。電站側(cè)應(yīng)配置防孤島保護(hù)，當(dāng)線路故障對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后，電站側(cè)開(kāi)關(guān)也跳開(kāi)，防止電站、線路和故障點(diǎn)形成環(huán)形供電回路。

110 kV巖下變?cè)瓌P迪電廠間隔用于本光伏電源接入，需新增一臺(tái)故障解列裝置。該故障解列裝置具備過(guò)頻過(guò)壓解列功能，具體由所設(shè)過(guò)頻過(guò)壓定值進(jìn)行把控，相當(dāng)于光伏電站側(cè)反孤島保護(hù)和輸電線路故障的后備保護(hù)，也是防止光伏電站本身具有的電壓頻率變動(dòng)不受控制的特點(diǎn)可能對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定造成破壞的預(yù)防措施，提升電網(wǎng)的電能質(zhì)量。邵武光伏電站和政和東平農(nóng)業(yè)光伏電站110 kV送出工程可行性研究也沿用了以上方法。

4 結(jié)論

水電這類常規(guī)能源或光伏這類新能源的接入，均響應(yīng)了政府倡導(dǎo)的走低碳環(huán)保、節(jié)能減排之路的發(fā)展思路，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，不合要求的電能會(huì)影響電器的使用壽命和用戶使用過(guò)程中的體驗(yàn)，因此，提高電源接入的電能質(zhì)量是社會(huì)發(fā)展的必然需求。過(guò)頻過(guò)壓可能引發(fā)線路故障、發(fā)電機(jī)組過(guò)壓故障，嚴(yán)重時(shí)，將對(duì)機(jī)組、人員安全和電網(wǎng)穩(wěn)定構(gòu)成威脅，是電源接入應(yīng)重點(diǎn)解決的問(wèn)題。本文通過(guò)分析南平地區(qū)水電和光伏接入的幾個(gè)例子，針對(duì)共同面臨的如何解決過(guò)壓和過(guò)頻問(wèn)題提出了具體的解決措施，技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，效果顯著。

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〔編輯：劉曉芳〕