光伏電源接入對變電站保護及自動裝置的影響

楊輝

摘 要：廣泛引入光伏電源使分布式小電源在電網中的應用量增加，電網繼電保護與供電可靠性都將受到并入小電源的影響。本文分析了繼電保護受光伏發電并網的影響程度，闡述了如何進行繼電保護改造，并對小電源并網安全自動裝置如何配置的原則進行了說明。

關鍵詞：光伏電源；變電站保護；自動裝置

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.085

光伏發電是環保高效的發電技術。在持久性發電、可靠性和經濟成本上具有巨大優勢，對環境保護和能源可持續發展具有積極意義，因而受到國家重視并得到推廣，有利于電力資源供應多元化發展。光伏發電因接入電網的電壓等級不同，發電站也被國家電網公司分為小、中、大三種。由于配電網原有的網絡架構、故障時短路電流的流向及分布、系統潮流均會因光伏電源的接入而受到影響，可能導致原來的配置保護方法和自動裝置控制策略不再有效，使繼電保護裝置不能正常工作。由接線形式簡單的單端輻射性網絡變為復雜的多端供電系統，對于系統的保護整定及擴容都將增加難度。相比針對單一流向的配電網設計的繼電保護裝置，對自動保護裝置的要求也將加大。因此，研究光伏電源接入對變電站保護及自動裝置的影響具有積極意義。

1 光伏發電對電網的影響及改造要求

光伏發電對繼電網保護的影響體現在以下方面：①電流保護受到影響。并網光伏發電運行十分靈活，而傳統電網速度快且靈敏度高，因此二者保護難以兼容。如果接入的光伏電站較多，原有繼電保護設備的運行將受到嚴重影響。能助長故障電流并使其分流的光伏電源會對流經保護裝置的電流產生影響，若故障電流變大或變小，繼電保護裝置的靈敏度、配合程度及保護范圍都會被影響。②自動重合閘受影響。未解列的光伏系統在因繼電保護故障問題導致跳閘而形成電力孤島時，會對自動重合閘造成影響。③變電站備用電源自投裝置收到影響。在雙電源供電系統中，主線路發生跳閘，備用電源自投裝置因10kV和110kV母線都帶電而無法檢驗母線是否無壓，這將導致備用線路不運行，地區負荷將因長時間失去電壓對非同期合閘產生影響[1]。④熔斷器保護受到影響，一般情況下，熔斷器是安裝在電路的分支處或變壓器的高壓處，若電路末端出現故障，熔斷器的切斷操作可以起到很好的保護作用。當分布式光伏電站的接入后，線路運行結構必將被改變，線路運行穩定性也將大大降低。

修建變電站時很少考慮到后期接入小電源線路的問題，因而一般把純負荷電路當作對象進行繼電保護裝置的設計，這將導致小電源接入后無法保證繼電保護。因此，要使繼電保護裝置能不受影響，正常運行，就要對現有裝置進行改造。將聯跳小電源線路跳閘的出口回路接入到小電源線對應電壓等級的母差保護中，可以減少排除故障用時。然后把回路增設在接入的小電源線自切保護中，這可以避免其余負荷線路在母線上以電力孤島形式持續運行，進而使用戶用電需求受到影響。最后在小電源線對應的主變壓器保護上增加復合電壓方向過電流[2]，若220V變電站高壓側發生故障，且變電站中小電源的短路電流大于主變壓器中低壓側的額定電流時，應運用母差保護失靈聯跳阻斷各側斷路器達到保護目的。

2 變電站自動裝置配置保護

線路保護原則。將光伏電源以220V或380V電壓等級接入到公共電網中時，并網點與公共連接點間的斷路器能夠做到低壓閉鎖、失壓跳閘、短路速斷、延時保護等[3]。若是10kV和35kV的電壓等級接入保護系統，則考慮使用T接的方式接入配電網，并用專線將電源接到用戶變電站中。在10kV低電壓側，可以根據光伏電源短路電流整定進行考慮，即支路出線根據雙電源供電總容量判斷短路電流大小，并配置過流保護，根據線路長度對線路進行分級保護[4]。

母線保護原則。可根據光伏電源自身是否具有母線考慮是否用專用母線保護將母線系統接入光伏電源。若開關站側與系統側變電站的母線保護均不符合要求，為保證出現故障的母線能夠及時被切除而配置保護裝置。防孤島保護原則。為避免非同期合閘的產生，系統中受孤島保護的光伏電源，應該增加防孤島保護裝備[5]。當孤島被逆變器檢測到時，能夠快速與斷網斷開連接。同期裝置保護原則。將光伏電源接入時，要考慮它們能否滿足分布式電源的各項要求，此外，還要考慮配備多少同期裝置。若接入配電網時，分布式電源經過了同步電機，則應該考慮在合適位置配置同期裝置；若是變流器類型的分布式電源接入配電網，則不需要同期裝置。

安全自動裝置保護原則。接入的分布式電源是在10kV或35kV電壓等級系統上時，如果出現異常，接入到配電網上的光伏電源的安全自動裝置要能夠保證及時進行控制，并跳開斷路器。接入的分布式電源是在220V或380V電壓等級系統時，就不用考慮安全自動裝置的配置。

3 結束語

隨著光伏發電規模的擴大，光伏并網的容量和數量也將增加。對光伏電站的繼電保護及安全裝置配置進行探究，對已有方案不斷調整與創新，積累經驗，將有利于電網持續穩定地運行。

參考文獻：

[1]席原.分布式電源并網的繼電保護及安全自動裝置配置探討[J]. 中國設備工程，2017（11）：148-149.

[2]黃立場，葉秉森.并網光伏電站的繼電保護和安全自動裝置配置探析[J].電子測試，2017（18）：84-85.

[3]武嬌雯，張來，方菲.光伏發電站接入電網對繼電保護的影響及配置方案研究[J].自動化應用，2017（07）：142-143.

[4]彭靈.多電源下配電網繼電保護若干問題的探討[J].電氣開關，2015，53（04）：9-11.

[5]寧進榮.光伏電源接入對變電站保護及自動裝置的影響[J].電工技術，2017（11）：135-136+139.