基于故障解列裝置的水電和光伏電源接入策略

許夢琪

摘 要：將適應接入策略的水電站分為2類，通過實例加以說明，并著重從第二類水電站接入時，T接點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困擾已久的問題入手，分析常規方法存在的弊端，提出通過電站內配置過頻過壓安全、穩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多個光伏電站的接入，在系統側配置的故障解列裝置，出發點相同。由此引申出，該策略有利于電源接入時需提升供電質量和保證線路或電源側故障時能有效隔離故障的情況。

關鍵詞：水電站；光伏電站；線路電壓降；故障解列

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.006

南平擁有得天獨厚的地理條件，水力資源豐富，光伏布點多，所轄各縣電站發電量以就近消納為主，多余部分送入省網，有利于提高區域供電能力。中壓配電網大多以村道為線路走廊架設，一定的容量裕度及必要的聯絡有利于提高負荷轉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省造價。利用水、太陽能等清潔能源發電不僅有利于保護環境，更能節省成本。這些可再生能源取之不盡、用之不竭，其投資主要是建設成本。水電站大多分布在遠離變電站和負荷中心的偏遠山區，輸電距離遠，專線接入變電站的建設成本高。大型光伏發電站具有用地面積大、緯度低、光照強、太陽能板需30°傾斜角裝設的特點，山坡節省支架高度，且山區土地租金比平原經濟性高。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遠景建設規模均為110 kV電壓等級接入。

1 接入電壓等級

根據接入電源裝機容量確定接入電壓等級，根據電網現狀和規劃列出可行的接入方案，從線路電壓降、維護工作量、綜合造價等方面進行對比，選擇最佳的接入策略。

根據線路電壓降 和 可

推出，T接點至變電站線路電壓降與接入電壓等級、接入電源裝機容量、線路導線截面、機組功率因數、線路長度等因素有關。電壓降要求不超過10%，當超過10%時，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高，可能危及發電機組的安全運行，對電網的可靠運行造成不利影響。

從以上幾個方面綜合考慮，選擇合適的接入電源裝機容量、接入電壓等級和機組功率因數是降低線路電壓降的首選方法，若仍難滿足，需采取以下對策：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其電壓等級輸送距離的水電站。在某個變電站供區內，有2個或2個以上的第一類水電站時，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接點靠近電源側配置三遙分界開關，調度可進行遙控。這種常規做法雖起到雙管齊下的作用，但無線公網的安全性較差，存在弊端，無線專網建設耗資大，可行性低。水電站內配置過壓過頻安全、穩定控制裝置也可起到雙保險的作用，過壓定值按電網公司下達的定值整定，合理控制機組出力，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，以保護末端用戶電器安全。由電站內配置的過壓過頻安全、穩定控制裝置實現過電壓時跳電站高壓側出線開關的功能，此方法減少了調度遙控工作量，應對突發事件的實時性強，降低了分界斷路器應具備的條件，也提高了安全性，不受通訊網絡影響，且經濟性好。

2 接入電源裝機容量

接入電源裝機容量處于按電壓等級劃分標準的邊界、線路長度過長造成的線路末端電壓超上限。以閩北蘇區建陽區水資源配置（麻陽溪引水）引水系統的消能減壓電站（樟布消能電站）接入為例，麻陽溪引水資源配置工程位于南平市建陽區莒口、麻沙鎮。工程開發主要任務為供水，結合利用富余水頭消能發電。本工程近期日供水規模為1.0×105 t，遠期最大日供水規模為2.7×105 t，取水口位于雷公口二級電站尾水，通過引水系統輸水至擬建將口水廠，主要建筑物由雷公口二級電站進水口、輸水隧洞、輸水管道及樟布消能電站等組成。引水系統總長50.826 km，其中，隧洞長43.463 km，輸水管道長7.363 km，隧洞開挖斷面為城門形，洞徑2.8 m×2.8 m，輸水管道為一根DN1600鋼管或球墨管；樟布消能電站設置2臺發電機組以及一根旁通管，總裝機容量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.

如果設計裝機容量為2 MW，處于10 kV接入和35 kV接入交界處，當10 kV電壓等級T接于35 kV莒口變10 kV湖橋線065桿（導線選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后新增裝機1.8 MW，近期、遠期年發電量為5.04×106 kW·h、1.430×107 kW·h，經濟技術指標合理。樟布消能電站作為地區電源，就近接入建陽市電網，可提高區域電網的供電能力。樟布消能電站以供水量定發電量，隨季節變化不大，夏天供水量有所增長，其發電量也有所增加，電站根據供水情況，承擔基荷發電。如果接入湖橋線065桿，在電網低谷期的母線電壓近上限時，其后端用戶的電壓可能超上限。35 kV線路鐵塔的造價高，線路總投資大，國網對新能源接入的線路出資界面規定為由電網公司承擔，從投資經濟性角度考慮，將其裝機容量降為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長造成的線路電壓降偏高，可能帶來線路末端用戶電器在負荷低谷期電壓超上限而被燒毀的隱患。

3 光伏電站接入過頻過壓故障解列功能

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下段村，電站總裝機容量50 MWp，本期建設 30 MWp，2015年并網發電，后續20 MWp裝機規劃在2016年左右投運，送電方向為松溪電網；電站發電系統總效率約80%，最大出力約40 MW。光伏電站接入系統相關文件規定，系統側保護裝置除保護功能外，還應具備故障解列功能，即檢測到系統側電壓和頻率超過所設定值時進線間隔跳閘，相當于過壓過頻安全、穩定控制裝置。電站側應配置防孤島保護，當線路故障對側開關跳開后，電站側開關也跳開，防止電站、線路和故障點形成環形供電回路。

110 kV巖下變原凱迪電廠間隔用于本光伏電源接入，需新增一臺故障解列裝置。該故障解列裝置具備過頻過壓解列功能，具體由所設過頻過壓定值進行把控，相當于光伏電站側反孤島保護和輸電線路故障的后備保護，也是防止光伏電站本身具有的電壓頻率變動不受控制的特點可能對電力系統穩定造成破壞的預防措施，提升電網的電能質量。邵武光伏電站和政和東平農業光伏電站110 kV送出工程可行性研究也沿用了以上方法。

4 結論

水電這類常規能源或光伏這類新能源的接入，均響應了政府倡導的走低碳環保、節能減排之路的發展思路，同時隨著科技的進步，不合要求的電能會影響電器的使用壽命和用戶使用過程中的體驗，因此，提高電源接入的電能質量是社會發展的必然需求。過頻過壓可能引發線路故障、發電機組過壓故障，嚴重時，將對機組、人員安全和電網穩定構成威脅，是電源接入應重點解決的問題。本文通過分析南平地區水電和光伏接入的幾個例子，針對共同面臨的如何解決過壓和過頻問題提出了具體的解決措施，技術經濟合理，效果顯著。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕