故障解列保護在小電源接入系統(tǒng)中的應用

劉 春

（國網(wǎng)上海電力嘉定供電公司，上海 200085）

本文以國網(wǎng)上海嘉定供電公司35kV 朱橋站朱17固處常一發(fā)電的現(xiàn)場運維情況來研究小電源入網(wǎng)時故障解列裝置在保護中的作用。在國家相關(guān)政策支持下，為最大限度地利用余熱進行發(fā)電，本次工程將原有“并網(wǎng)不上網(wǎng)”的接入方式改為“并網(wǎng)上網(wǎng)”，并對有關(guān)保護裝置進行調(diào)配。

1 小電源接入系統(tǒng)

1.1 小電源并網(wǎng)存在的隱患

對小電源來講，因其本身容量不足，通常情況下不會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成較大影響，但當主電網(wǎng)的主要供電線路因出現(xiàn)故障而致使瞬時跳閘發(fā)生時，小電源將由于不能承受變電站負荷而自行解列，等系統(tǒng)穩(wěn)定后與系統(tǒng)重新并網(wǎng)。由于小電源與配網(wǎng)的融合度較低，當電網(wǎng)跳閘時間較長時，在某些情況下小電源自行解列不成功，與此同時，如果主電源不滿足重合條件，則系統(tǒng)將把小電源無條件拉入，致使一些嚴重故障產(chǎn)生[1]。當出現(xiàn)這種情況時，為使小電源在入網(wǎng)后可以正常地解列，工作人員應該對實際運行情況排查后，對有可能發(fā)生的狀況進行預測，并結(jié)合用戶需求，在小電源主網(wǎng)終端變電站合適的位置節(jié)點安裝故障解列裝置。

與此同時，隨著人類社會的不斷發(fā)展和科技進步，既有各種企業(yè)擴大生產(chǎn)的需求，又有工廠不斷擴建的要求。各工廠企業(yè)為穩(wěn)定持續(xù)的生產(chǎn)效率，多數(shù)采用自備電機、自備電源等方式保證充足的生產(chǎn)動力。各公司的自有電源接入電網(wǎng)運行時，給電網(wǎng)的安全運行帶來了負擔。近幾年，小電源反送電導致電網(wǎng)嚴重受損的事故已頻頻發(fā)生[2]。

1.2 小電源接入系統(tǒng)的方式

小電源接入系統(tǒng)電網(wǎng)的方式主要有三種：（1）直接接入系統(tǒng)電網(wǎng)變電站低（中）壓側(cè)母線；（2）經(jīng)系統(tǒng)開關(guān)站接入系統(tǒng)電網(wǎng)變電站低（中）壓側(cè)母線；（3）經(jīng)35kV、110kV 變電站（高壓側(cè)環(huán)經(jīng)環(huán)出）接入系統(tǒng)電網(wǎng)變電站低（中）壓側(cè)母線[3]。本文小電源的接入方式采用直接接入系統(tǒng)電網(wǎng)變電站低（中）壓側(cè)母線。

1.3 小電源接入繼電保護配置原則

小電源入網(wǎng)系統(tǒng)的保護配置應滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

1.對于并網(wǎng)上網(wǎng)小電源（除光伏電源外），小電源高壓總進線斷路器（即小電源接入公共電網(wǎng)線路電源側(cè)）應配置主后合一光纖電流差動保護，后備保護采用距離或方向過流、零流保護。

2.小電源側(cè)應安裝故障解列裝置，功能包括低/過壓保護、低/過頻率保護及零壓保護功能；故障解列裝置動作時間應大于其電網(wǎng)變電站（或開關(guān)站）的動作時間；低電壓時間定值應小于用戶母線上及其他系統(tǒng)間隔的故障跳開時間，還應考慮到系統(tǒng)重合閘時間的配合問題。

3.并網(wǎng)線路及電源側(cè)內(nèi)部變壓器、發(fā)電機等設備的二次電流、電壓模擬量及保護動作、斷路器變位等開關(guān)量應接入故障錄波儀(除光伏電源外)。

2 故障解列保護

在多電源網(wǎng)絡中，從網(wǎng)絡電源及負荷的布局中可以看出，在合適的位置安裝故障解列裝置，可以保障重要用戶的穩(wěn)定安全運行，電網(wǎng)發(fā)生故障時電網(wǎng)解列成幾個獨立的小電源保持正常運轉(zhuǎn)。故障解列裝置保護項目包括零序過壓、低壓、高頻、低頻等，作為主保護存在，通常采用階梯保護形式，即三段式保護。本文以南瑞繼保PCS-9658D 為列分析故障解列保護的基本功能[4]：

1.低壓解列，設兩段低壓解列，各段電壓、時間定值及控制字可獨立整定。低壓元件啟動必須要曾經(jīng)有壓，即低壓解列電壓定值要小于上電后的最小線電壓。低壓元件復歸后，也要曾經(jīng)有壓，才能再次跳閘。低壓解列要通過PT 斷線閉鎖，正常運行時測量到的自產(chǎn)零序電壓和外接零序電壓進行比較，有告警時發(fā)出PT斷線報警，同時閉鎖故障解列裝置。低壓解列的方式：三個線電壓中任意一個低于低壓定值，低壓解列動作。為了防止低壓解列動作后母線失壓低壓解列長期動作，低壓解列動作400ms 后即返回。

2.低頻解列，設兩段低頻解列，各段頻率、時間定值及控制字可以單獨整定。頻率滿足35Hz～65Hz 范圍，且必須在低頻頻率定值以上，低頻解列才可以投入。低頻解列動作120ms 后即復歸。低頻解列功能經(jīng)固定低電壓（15V）閉鎖。

3.母線過壓解列，設兩段母線過壓解列，各段電壓、時間定值及控制字可以單獨整定，兩段保護可經(jīng)各自的控制字投退。電壓判據(jù)條件可采用相間電壓，當任意一相間電壓大于母線過壓解列電壓定值時，經(jīng)延時動作。

4.過頻解列，設兩段過頻解列，各段頻率、時間定值及控制字可以單獨整定，這兩段保護的控制字可各自進行投退。頻率要求在35Hz～65Hz 范圍內(nèi)且必須在過頻頻率定值以下，過頻解列才可以投入。過頻解列動作120ms 后即復歸。過頻解列功能經(jīng)固定低電壓（15V）閉鎖[5]。

故障解列的配置原則：

1.變電站（開關(guān)站）有地區(qū)電源聯(lián)網(wǎng)線時，根據(jù)需要配置獨立的故障解列裝置。故障解列裝置動作跳地區(qū)電源聯(lián)網(wǎng)線。

2.本裝置以變電站（開關(guān)站）單母線為單位，每段母線配置一套故障解列裝置。對于雙母線接線形式，要求主變及小電源線路均固定母線連接，考慮該母線配置一套故障解列裝置。故障解列裝置應配置低頻解列、低壓解列、零序過壓解列、母線過壓解列、過頻解列。故障解列裝置接入母線三相電壓及開口三角電壓[6]。

3 工程實例

上海固體廢物處置中心由上海嘉定35kV 朱橋站朱17 固處常一發(fā)電線路供電。該中心設有一套余熱利用裝置，余熱鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽供汽輪發(fā)電機組發(fā)電，所發(fā)電能主要供全廠生產(chǎn)、生活所需，同時余電通過朱17 線路并網(wǎng)上網(wǎng)。

在10kV 并網(wǎng)線路側(cè)朱17 固處常一發(fā)電配置光纖電流差動保護，后備保護采用定時限過流保護。在35kV朱橋變電站10kV 一段母線上配置一套故障解列保護，10kV 母線分段開關(guān)實現(xiàn)自切聯(lián)跳。本站故障解列裝置采用南瑞繼保PCS-9658D，如圖1 所示。

圖1 朱橋站故障解列裝置

故障解列保護配置低頻I 段（46Hz、0.5s）、低頻II段（48Hz、0.8s）、低壓I 段（85V、1.3s）和低壓II 段（85V、1.3s）保護。

低頻解列I 段動作（II 段與I 段類似），低頻解列軟硬壓板同時投入，低頻解列I、II 段功能投入，當檢測到10kV 一段母線電壓頻率由35Hz～65Hz 范圍內(nèi)跌落至低于低頻解列I、II 段整定值，最小線電壓大于15V，低頻解列I、II 段保護動作出口，120ms 周返回[7]。

低壓解列I 段動作邏輯圖如圖2 所示（II 段與I段類似），低壓解列軟硬壓板同時投入，低壓解列I、II 段功能投入，當檢測到10kV 一段母線電壓中的三個線電壓中任意一個小于低壓解列I、II 段整定值，低壓解列I、II 段保護動作出口，為了防止低壓解列動作后母線失壓低壓解列長期動作，低壓解列動作400ms后即返回。低壓解列動作低壓元件動作必須要曾經(jīng)有壓，即上電后最小線電壓要大于低壓解列電壓定值。低壓元件復歸后，也要曾經(jīng)有壓，才能再次動作。檢測母線電壓時，壓變開關(guān)必須在合位，同時無PT 斷線告警，快速PT 斷線無閉鎖，否則將閉鎖故障解列裝置[8]。

圖2 母線低壓解列I 段動作邏輯圖（II 段與I 段類似）

將10 千伏一/二甲段分段開關(guān)自切合閘壓板合位、朱17 開關(guān)合位、朱17 自切聯(lián)跳壓板合位、自切小電源檢修壓板分位、模擬I 段自切動作，此時跳1 號主變10 千伏開關(guān)同時自切聯(lián)跳，跳朱17 開關(guān)，分段開關(guān)合閘。

將10 千伏一/二甲段分段開關(guān)自切合閘壓板合位、朱17 開關(guān)合位、朱17 自切聯(lián)跳壓板分位、自切小電源檢修壓板分位、模擬I 段自切動作，此時跳1 號主變10 千伏開關(guān)同時自切聯(lián)跳，朱17 開關(guān)不跳，分段開關(guān)不合閘。

將10 千伏一/二甲段分段開關(guān)自切合閘壓板合位、朱17 自切聯(lián)跳壓板分位、朱17 開關(guān)合位、自切小電源檢修壓板合位、模擬I 段自切動作，此時跳1 號主變10 千伏開關(guān)同時自切聯(lián)跳，分段開關(guān)合閘。

4 總結(jié)

綜上所述，故障解列裝置就是將電網(wǎng)的故障部分切除，確保非故障部分正常運行的裝置，因此故障解列是當系統(tǒng)中發(fā)生故障時，為故障不影響電網(wǎng)安全運行而將其切除的安全自動裝置。隨著國家鼓勵新能源發(fā)電政策的實施，越來越多的資源綜合利用、風電、天然氣三聯(lián)供及光伏等小電源發(fā)電項目接入電網(wǎng)，因此，國家電網(wǎng)對小型發(fā)電的規(guī)范要求也越來越高，故障解列裝置的使用范圍也越來越廣泛，已成為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行不可或缺的重要組成部分。