分布式小電源并網(wǎng)典型模式

由于分布式小電源具備節(jié)省電網(wǎng)建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用、供電可靠性高以及清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，其建設(shè)速度不斷加快，且裝機(jī)容量也不斷增大。小電源線路一般接入變電站的110kV或35kV高壓母線并網(wǎng)運(yùn)行。相較于高壓母線上其他負(fù)荷線路，小電源線路向大電網(wǎng)系統(tǒng)輸送潮流，需對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行小電源系統(tǒng)相關(guān)的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改造或配置故障解列等安全自動(dòng)裝置。當(dāng)小電源線路本身或小電源線路所接入電壓等級(jí)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)切除故障點(diǎn)，保障供電質(zhì)量，減少電網(wǎng)設(shè)備的損壞及檢修人員的人身威脅。

01分布式小電源并網(wǎng)典型模式

分布式小電源并網(wǎng)運(yùn)行主要有三種典型模式，分別為：

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(kāi)關(guān)站后并入系統(tǒng)變電站低(中)壓側(cè)母線

3. 經(jīng)35kV、110kV變電站(高壓側(cè)環(huán)進(jìn)環(huán)出)后并入系統(tǒng)變電站低(中)壓側(cè)母線

02小電源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響

1. 短路容量的增大及限制措施

地方電廠規(guī)劃?rùn)C(jī)組的相繼并網(wǎng)，必將增大相關(guān)變電站的母線短路容量，可能導(dǎo)致部分變電站的一次設(shè)備滿足不了運(yùn)行要求。

2. 限制短路容量的措施

根據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，各熱電廠規(guī)劃?rùn)C(jī)組接入系統(tǒng)前，必須采取措施限制短路容量或更換一次設(shè)備以滿足系統(tǒng)短路容量的運(yùn)行要求?，F(xiàn)有以下幾種方案可供選擇：

方案一：更換開(kāi)關(guān)

方案二：裝設(shè)限流電抗器

方案三：采用高阻抗變壓器

03聯(lián)絡(luò)線的保護(hù)配置方案

1. 35kV聯(lián)絡(luò)線的保護(hù)配置

方案1：配置電流保護(hù)

由于小電源和系統(tǒng)差異較大，因此聯(lián)絡(luò)線配置電流保護(hù)受運(yùn)行方式的變化，有很大的局限性。

方案2：配置距離保護(hù)

由于距離保護(hù)不受系統(tǒng)方式變化的影響，適應(yīng)性強(qiáng)，聯(lián)絡(luò)線的線末靈敏度能夠滿足要求。

方案3：配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

配置縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)能同時(shí)快速切除線路故障，保證全線速動(dòng)。需同時(shí)配置電流保護(hù)或距離保護(hù)做后備保護(hù)。

2. 靈敏度時(shí)不能滿足要求時(shí)：

①主變保護(hù)：在一般35kV變電站，35kV電源側(cè)配置電流速斷為主保護(hù)，過(guò)電流作為后備保護(hù)。如主保護(hù)在高壓側(cè)校驗(yàn)靈敏度不夠，最好改為差動(dòng)保護(hù)。

如過(guò)電流保護(hù)靈敏度不夠，最好改為復(fù)壓閉鎖過(guò)電流，閉鎖電壓取進(jìn)10kV電壓相對(duì)靈敏。在選擇主變保護(hù)配置時(shí)，應(yīng)適當(dāng)超前考慮，以免因運(yùn)行方式變化出現(xiàn)靈敏度不夠現(xiàn)象。

②對(duì)線路保護(hù)：一般配置兩段式或三段式保護(hù)。在靈敏度不夠及無(wú)保護(hù)范圍或保護(hù)范圍很小時(shí)，可改為電壓保護(hù)或電壓閉鎖的電流保護(hù)，一般都能滿足要求。否則，可改為相間距離保護(hù)。由于相間距離保護(hù)的保護(hù)范圍受系統(tǒng)運(yùn)行方式的影響小，目前已在城市配電網(wǎng)中廣泛應(yīng)用，做相間短路保護(hù)。

3. 結(jié)論

通過(guò)大量計(jì)算表明，一般35kV電壓等級(jí)升壓變?nèi)萘吭?000kVA以下，升壓變分列運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)線線末靈敏度

不小于1.5，能快速切除聯(lián)絡(luò)線故障，聯(lián)絡(luò)線配置縱聯(lián)差動(dòng)和方向電流后備保護(hù)能夠滿足系統(tǒng)要求。

某復(fù)雜配電網(wǎng)中，聯(lián)絡(luò)線要經(jīng)過(guò)兩級(jí)或三級(jí)才能并入主網(wǎng)220kV變電站A、B站，靈敏度無(wú)法滿足配合要求，應(yīng)配置距離保護(hù)做后備，代替方向電流后備保護(hù)。此種情況仍需要配置PT斷線過(guò)流保護(hù)。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，效果最佳的配置方案為縱聯(lián)差動(dòng)和距離保護(hù)。

04通用整定規(guī)則

1. 終端線原則

(1)電流保護(hù)I段

①按躲本線路末端變壓器其它側(cè)故障整定。

(2)電流保護(hù)II段(可省略)

①按本線路末端故障有規(guī)定靈敏度整定。

②按躲本線路末端變壓器其它側(cè)故障整定。

③按與本線路變壓器時(shí)限速斷保護(hù)配合整定。

(3)電流保護(hù)III段

①按本線路末端故障有規(guī)定靈敏度整定。

②按本線路變壓器其它側(cè)故障有靈敏度整定。

③按躲最大負(fù)荷電流整定。

2. 聯(lián)絡(luò)線原則

(1)相間距離保護(hù)I段

①按躲本線路末端故障整定

②按躲本線路末端變壓器其它小阻抗側(cè)故障整定。

(2)相間距離保護(hù)II段

①按本線路末端故障有規(guī)定靈敏度整定。

②按與相鄰線路的相間距離保護(hù)配合整定。

③按與相鄰線路的電流電壓保護(hù)配合整定。

④按與相鄰線路縱聯(lián)保護(hù)配合整定。

⑤按相鄰無(wú)保護(hù)線路末端故障有靈敏度整定。

⑥按躲本線路末端變壓器其它小阻抗側(cè)故障整定。

(3)相間距離保護(hù)III段

①按本線路故障有規(guī)定靈敏度整定。

②按躲最小負(fù)荷阻抗整定。

③按與相鄰線路的相間距離保護(hù)配合整定。

④校核定值不應(yīng)伸出相鄰變壓器其它小阻抗側(cè)。(定值若躲不過(guò)，時(shí)間延長(zhǎng)到設(shè)置時(shí)間;若躲得過(guò)，按整定極差取)

⑤按相鄰無(wú)保護(hù)線路末端故障有靈敏度整定。

⑥按相鄰變壓器末端故障有靈敏度整定。

05自動(dòng)裝置的配置

1. 主網(wǎng)220kV線路重合閘

在運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，主網(wǎng)220kV終端變電站的220kV線路故障跳閘后，出現(xiàn)兩種運(yùn)行情況：

(1)負(fù)荷平衡的情況：

(2)負(fù)荷不平衡的情況：

導(dǎo)致主網(wǎng)220kV終端變電站損失負(fù)荷。為此，提出解決方案：

方案1：220kV線路故障時(shí)，不跳終端變側(cè)斷路器，保護(hù)動(dòng)作跳35kV聯(lián)絡(luò)線，保證將小電源可靠切除，待系統(tǒng)電源側(cè)重合成功后，再將35kV聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)送電。

方案2：220kV線路保護(hù)的重合閘，增加檢母線無(wú)電壓方式，采用檢查母線無(wú)電壓三相故障鑒別重合閘，即單相故障三相跳閘重合三相、相間故障三相跳閘不重合。

2. 聯(lián)絡(luò)線低頻低壓解列裝置

保證小電源與系統(tǒng)解列后，不因頻率或電壓崩潰造成全停，需要安裝低頻低壓解列裝置。

當(dāng)220kV聯(lián)絡(luò)變電站的中壓母線因故失壓，或者與聯(lián)絡(luò)線配合的上一級(jí)35kV線路發(fā)生故障，系統(tǒng)側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳閘后，小電源系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，帶部分35kV變電站負(fù)荷。如果能夠達(dá)到負(fù)荷平衡，則短時(shí)獨(dú)立運(yùn)行，如果頻率下降，則聯(lián)絡(luò)線低頻低壓解列跳閘，以確保小電源可靠解列。解列點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在功率平衡點(diǎn)上。

3. 聯(lián)絡(luò)線重合閘

在實(shí)際運(yùn)行中，聯(lián)絡(luò)線主系統(tǒng)電源側(cè)采用解列重合閘，即聯(lián)絡(luò)線主系統(tǒng)電源側(cè)投入檢無(wú)壓重合閘，小電源側(cè)停用重合閘。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線故障兩側(cè)跳閘后，主系統(tǒng)電源側(cè)檢無(wú)壓重合，重合于無(wú)故障線路后，再將小電源并入主系統(tǒng)。

聯(lián)絡(luò)線跳閘后，有壓檢同期重合很難成功，原因是它對(duì)頻差要求很?chē)?yán)。例如：通常整定故障點(diǎn)熄弧時(shí)問(wèn)最長(zhǎng)為0.9s，同期檢查繼電器按最大允許角40°整定，再加上繼電器返回系數(shù)0.8的返回角32°，在0.9s時(shí)間內(nèi)，兩側(cè)相位角不能超出72°范圍。這相當(dāng)于滑差周期4.5s，允許頻差0.22Hz/s。通常聯(lián)絡(luò)線路跳閘后，很難滿足這樣的頻差限定，故重合成功的機(jī)會(huì)很少。其次，即使?jié)M足頻差要求，設(shè)在臨界角40°左右發(fā)合閘脈沖，加上斷路器動(dòng)作延時(shí)，合閘瞬間相角也將近60°，這時(shí)兩側(cè)電網(wǎng)的沖擊也是比較大的。

4. 聯(lián)絡(luò)線配置方案

配置縱聯(lián)差動(dòng)三段式距離保護(hù)(或選配三段式方向電流保護(hù))、同期無(wú)壓鑒定重合閘。

以縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，三段式距離保護(hù)(或三段式方向電流保護(hù))為后備保護(hù)。

5. 聯(lián)絡(luò)線三相一次重合閘應(yīng)考慮的兩個(gè)問(wèn)題

(1)時(shí)間的配合：考慮兩側(cè)保護(hù)可能以不同的延時(shí)跳閘，此時(shí)須保證兩側(cè)均跳閘后，故障點(diǎn)有足夠的去游離時(shí)間。

(2)同期問(wèn)題：重合時(shí)兩側(cè)系統(tǒng)是否同步的問(wèn)題以及是否允許非同步合閘的問(wèn)題。

06分布式小電源并網(wǎng)繼電保護(hù)改造要求

小電源線路一般按聯(lián)絡(luò)線配置保護(hù)裝置，線路兩側(cè)配置主備合一光纖電流差動(dòng)保護(hù)，并配置功能齊全的后備保護(hù)。線路小電源側(cè)一般不配置重合閘，若系統(tǒng)側(cè)有線路電壓互感器，可配置檢無(wú)壓重合閘，反之則不配置重合閘。由于多數(shù)變電站建成投產(chǎn)時(shí)未考慮到后期小電源線路的接入，其繼電保護(hù)裝置均以純負(fù)荷線路為對(duì)象進(jìn)行設(shè)計(jì)，不滿足小電源線路接入系統(tǒng)后對(duì)繼電保護(hù)動(dòng)作的相關(guān)要求，因此需對(duì)相關(guān)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改造。

(1)小電源線所接入電壓等級(jí)的母差保護(hù)應(yīng)增加聯(lián)跳小電源線路跳閘出口回路。

當(dāng)母差保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)切除小電源線路。反之，小電源線路持續(xù)向故障點(diǎn)提供電流，直至主變壓器后備保護(hù)切除故障，延長(zhǎng)故障切除時(shí)間。

(2)小電源線所接入電壓等級(jí)的自切保護(hù)應(yīng)增加聯(lián)跳小電源線路跳閘出口回路。

若主變壓器上級(jí)電源失電，由于小電源線的存在，小電源所在的低(中)壓自切系統(tǒng)不滿足低電壓條件，自切保護(hù)將無(wú)法啟動(dòng)。小電源線帶所在母線上其他負(fù)荷線路形成電力孤島運(yùn)行方式，將對(duì)重要用戶(hù)可靠供電造成影響。

(3)小電源線對(duì)應(yīng)主變壓器保護(hù)加裝復(fù)合電壓方向過(guò)電流

當(dāng)220kV變電站高壓側(cè)發(fā)生故障，中(低)壓側(cè)小電源提供的短路電流大于主變壓器中(低)側(cè)、高壓側(cè)一次設(shè)備額定電流時(shí)，對(duì)配置220kV母差保護(hù)的變電站應(yīng)投用220kV母差保護(hù)失靈聯(lián)跳，啟動(dòng)主變壓器保護(hù)聯(lián)跳主變壓器各側(cè)斷路器的保護(hù)功能。

若無(wú)220kV母差保護(hù)或220kV母差保護(hù)無(wú)失靈聯(lián)跳，啟動(dòng)主變壓器保護(hù)聯(lián)跳各側(cè)斷路器的功能，且當(dāng)其他保護(hù)無(wú)法切除故障時(shí)，需在主變壓器中(低)壓側(cè)配置復(fù)壓閉鎖方向過(guò)電流保護(hù)，復(fù)壓元件由各側(cè)電壓經(jīng)“或門(mén)”構(gòu)成，方向朝主變壓器高壓側(cè)，保護(hù)動(dòng)作跳本主變壓器中(低)壓側(cè)斷路器。

07范例：分布式小電源并網(wǎng)安全自動(dòng)裝置配置原則

對(duì)已投運(yùn)的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行改造，需主變壓器、母線等一次設(shè)備停電配合完成。為解決小電源并網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的影響，采用安裝故障解列裝置的方法。故障解列裝置一般具備低壓解列、低頻解列、過(guò)頻解列、零序過(guò)電壓解列和TV斷線閉鎖等基本功能。在現(xiàn)有的工程實(shí)踐中，分布式小電源故障解列裝置提供了較為成熟的解決方案。

為配合某分布式能源站建設(shè)，某220kV變電站35kV II段母線、35kV V段母線分別接入一回小電源線路。小電源雙線相關(guān)回路分別接入35kV母差及自切保護(hù)，同時(shí)分別為該站35kV II母及35 kV V母各配置了一套故障解列裝置，并網(wǎng)小電源系統(tǒng)接線方式如下圖所示。

當(dāng)8005線路作為終端電源線送能源站的負(fù)荷時(shí)，故障解列裝置停用，母線發(fā)生故障時(shí)跳主變壓器35 kV側(cè)開(kāi)關(guān)及電源聯(lián)絡(luò)線，母線電壓低于定值時(shí)自切動(dòng)作跳主變壓器35 kV側(cè)開(kāi)關(guān)并閉合分段開(kāi)關(guān)。

當(dāng)8005線路作為小電源線由能源站倒送至變電站2的35kV II段母線時(shí)，投入故障解列裝置?，F(xiàn)以投入低壓解列功能來(lái)說(shuō)明系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)故障解列裝置對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)作用。

1. 保障系統(tǒng)重合閘的可靠性

4001線路作為送該站的終端線路，僅在變電站1配置線路保護(hù)，且4001線路開(kāi)關(guān)裝有重合閘。當(dāng)4001線路線路發(fā)生單相瞬時(shí)性接地故障時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作跳4001線路電源側(cè)開(kāi)關(guān)。由于35kV側(cè)小電源的存在，使該站不接地系統(tǒng)中性點(diǎn)發(fā)生偏移，非故障相電壓為相電壓的1.732倍，中性點(diǎn)電壓為相電壓，若此電壓高于電源側(cè)4001線路開(kāi)關(guān)重合閘檢無(wú)壓的定值，將導(dǎo)致重合閘失敗，影響系統(tǒng)穩(wěn)定。

此外，由于4001線路線路跳開(kāi)后，該站35 kV II母負(fù)荷均由小電源供給，一旦容量不足，將影響對(duì)負(fù)荷的供電質(zhì)量。此時(shí)若通過(guò)故障解列裝置低壓解列跳8005線路開(kāi)關(guān)切除小電源，可在線路瞬時(shí)故障下使電源側(cè)4001線路開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后通過(guò)判無(wú)壓順利重合，即使線路重合不成功，35 kV母線也可以通過(guò)自切動(dòng)作來(lái)保證35 kV系統(tǒng)負(fù)荷的供電正常。

分布式小電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)線路重合閘的影響

對(duì)于中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中送終端變電站的線路，僅在線路大電源側(cè)有線路保護(hù)并配置重合閘，且線路電壓互感器安裝于A相。當(dāng)該線路發(fā)生瞬時(shí)單相(B相或C相)接地故障時(shí)，線路保護(hù)動(dòng)作跳電源側(cè)開(kāi)關(guān)，由于小電源的存在使終端變電站中性點(diǎn)電壓發(fā)生偏移，A相和C相(或B相)電壓升高至相電壓的1.732倍，使終端線路A相電壓升高，如果此電壓高于電源側(cè)開(kāi)關(guān)重合閘判無(wú)壓定值，則此開(kāi)關(guān)重合閘失敗。當(dāng)終端線路發(fā)生BC相間故障時(shí)，在跳開(kāi)電源側(cè)開(kāi)關(guān)后，小電源也會(huì)在終端線路A相上產(chǎn)生較高的殘壓，此殘壓往往高于電源側(cè)開(kāi)關(guān)重合閘判無(wú)壓定值，從而導(dǎo)致重合閘失敗。

2. 保證運(yùn)行變壓器的絕緣水平

對(duì)于該站不接地運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)終端線路4001發(fā)生單相接地故障時(shí)，電源側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳4001線路開(kāi)關(guān)。由于小電源并未與系統(tǒng)解列，此時(shí)主變低壓側(cè)非故障相電壓升高至1.732倍，中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，若長(zhǎng)期運(yùn)行將會(huì)影響變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平和壽命。加裝故障解列裝置后，將會(huì)自動(dòng)切除并網(wǎng)小電源，保證變壓器中性點(diǎn)不受高電壓沖擊而損壞。

分布式小電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變壓器的影響

對(duì)于并有小電源的終端變電站，其主變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。當(dāng)終端線路發(fā)生故障時(shí)，電源側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)開(kāi)關(guān)，由于小電源并未解列，在終端變電站形成中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障，非故障相電壓升高至1.732倍，中性點(diǎn)電壓升高為相電壓，將會(huì)影響中性點(diǎn)的絕緣水平和壽命。

對(duì)于主變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行的系統(tǒng)，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，由于小電源的存在，使系統(tǒng)有短路電流且主變壓器中性點(diǎn)有零序電流，主變壓器復(fù)壓閉鎖過(guò)電流或零序電流保護(hù)可能動(dòng)作而切除變壓器。裝有零序電壓和中性點(diǎn)間隙零序電流保護(hù)的變壓器也會(huì)因保護(hù)動(dòng)作而被切除。

3. 對(duì)重要用戶(hù)可靠供電

當(dāng)4001線路線發(fā)生故障使該站主變壓器與大電網(wǎng)隔離后，35kV II段母線的負(fù)荷全部由并網(wǎng)小電源提供，一旦容量有限的分布式小電源無(wú)法滿足所供系統(tǒng)內(nèi)全部負(fù)荷的需求，將影響負(fù)荷設(shè)備的正常運(yùn)行。而故障解列裝置在故障后切除并網(wǎng)小電源，使該站35kV II母通過(guò)自切動(dòng)作獲得電源，同時(shí)也使由小電源系統(tǒng)組成的孤島系統(tǒng)負(fù)荷得到保證。

分布式小電源并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)重要用戶(hù)的影響

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障并切除后，容量不足的分布式小電源無(wú)法滿足所供系統(tǒng)內(nèi)全部負(fù)荷需求，在影響供電可靠性的同時(shí)會(huì)造成電網(wǎng)事故。容量富裕的小電源有多余容量無(wú)法送出，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響

審核編輯：湯梓紅

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