小電源并網(wǎng)對安全自動裝置的影響分析

楊健康 章立

摘 ?要：結合某一區(qū)域電網(wǎng)停電事故，詳細分析了保護及安全自動裝置的動作過程。針對現(xiàn)有配置仍導致負荷損失的問題，分析了小電源并網(wǎng)對系統(tǒng)安全自動裝置配置的影響：需要認真研究電源與電網(wǎng)安全自動裝置的配合問題，尤其是低頻低壓減載（解列）裝置與備用電源自動投入裝置的協(xié)同配合。最后提出了小電源并網(wǎng)運行后保護配置的改進方案。

關鍵詞：小電源;低頻低壓;備自投

0前言

在我國“雙碳”目標之下，分布式電源將更多地接入電力系統(tǒng)。由于這些小電源位置分散，容量相對較小，大多以10 kV或35 kV等較低電壓接入電網(wǎng)的110kV終端變電站，使原終端站的保護、安全自動配置及運行要求發(fā)生變化，如配合不當將嚴重影響設備的安全，擴大事故停電的范圍。因此，小電源并網(wǎng)后的系統(tǒng)備自投、線路重合閘、低頻減載、聯(lián)絡線保護等都需要進行相應調(diào)整。目前，針對小電源并網(wǎng)后安全自動裝置的配置與定值整定，都沒有明確的規(guī)程規(guī)定，各地區(qū)電網(wǎng)均根據(jù)各自電網(wǎng)結構的特點和運行要求，參照相關規(guī)范而采取不同的措施，本文結合某一事故案例，針對性地分析小電源并網(wǎng)對終端變電站安全自動裝置的影響，希望本文對電網(wǎng)運行人員和繼電保護整定人員有一定的借鑒意義。

1跳閘前運行方式

系統(tǒng)接線方式入圖1所示

（1）某110kV甲變電站故障前運行方式：

110kV系統(tǒng)：單母線分段接線，母聯(lián)710處于分位;

35kV系統(tǒng)：單母線分段接線，母聯(lián)310處于分位，并配有備自投裝置，但未啟用備投功能（原因后面分析）。35kVⅡ段母線上通過聯(lián)絡線接有一小電源（垃圾發(fā)電廠）。

（2）某35kV乙變電站故障前運行方式：

35kV系統(tǒng)：單母線分段接線，母聯(lián)310開關處于分位;

10kV系統(tǒng)：單母線分段接線，母聯(lián)110開關處于分位，并配有備自投裝置，已啟用備投功能。本站配有低頻低壓解列裝置，低頻低壓取35kV母線電壓和頻率，動作后切除10kV出線。

跳閘前小電源向系統(tǒng)輸送有功功率16.9 MW;甲站通過2#主變向35kVⅡ段母線輸送有功功率15.1MW。

2故障發(fā)生情況及處理過程

2020-11-01 11：09：52.299，110kV甲變電站2號主變非電量保護動作，跳開主變兩側702、302開關;

2020-11-01 11：11：00.174，35kV乙站低頻低壓裝置動作，跳開本站10kVⅡ段母線上所有開關;

2020-11-01 11：11：00.346，小電源側開關開關跳閘;

2020-11-01 11：11：04.351，35kV乙站備自投動作跳開102開關;

2020-11-01 11：11：04.551，35kV乙站備自投動作合上110開關。

調(diào)度緊急啟動事故處理流程（刀閘操作未列出）：

2020-11-01 11：34，拉開甲站電廠線開關;

2020-11-01 11：35，合上甲站35kV分段310開關;

2020-11-01 11：37，拉開乙站10 kV分段110開關;

2020-11-01 11：38，合上乙站2號主變102開關，對乙站10kVⅡ段母線上所有出線逐條送電。

3繼電保護及安全自動裝置動作分析

主網(wǎng)變壓器故障，302開關跳閘，而并網(wǎng)線沒有解列，由小電源、甲站35kVⅡ段母線及出線、乙站35kVⅡ段母線、乙站2號主變、乙站10kVⅡ段母線及出線形成局部獨立系統(tǒng)孤島運行;而小電源出力難以支撐該局部電網(wǎng)的負荷需求，出現(xiàn)嚴重有功不足，系統(tǒng)頻率下降，低頻低壓減載裝置按預設的輪次將10kVⅡ段母線上所有負荷切除，切除后仍不能實現(xiàn)功率平衡，頻率崩潰，發(fā)電機保護動作將小電源切除。整個獨立系統(tǒng)孤網(wǎng)運行時間為1分8秒。隨著小電源切除，乙站10 kV110備自投動作成功，但也失去了盡快恢復負荷供電的意義：從低頻低壓動作切除10 kVⅡ段母線上所有出線到這些出線恢復供電，中斷供電27分鐘。

4改進措施分析

通過上述分析可知，按照目前常規(guī)備自投裝置和低頻低壓減載裝置整定，在小電源并網(wǎng)條件下，必然出現(xiàn)安全自動裝置失配誤動，造成停電事故。針對上述問題，現(xiàn)提出如下解決措施：

（1）增加電源冗余

目前小電源一般接入終端變電站，終端變電站的一個重要特點就是電源點少，供電能力薄弱。變電站一旦發(fā)生事故，功率缺額十分明顯，必然導致頻率崩潰。通過加強電網(wǎng)建設或使小電源在更高一級變電站接入，從而增加所在并網(wǎng)變電站電源數(shù)量和容量的冗余，滿足N-1原則，即使系統(tǒng)失去一個電源，仍可以保證小電源所在系統(tǒng)頻率和電壓在允許范圍內(nèi)。改善小電源并網(wǎng)環(huán)境有助于新能源的消納，提升用戶滿意度，具有重要的現(xiàn)實意義。然而這一措施需要從長遠角度進行規(guī)劃，保護配置也將更加復雜。

（2）啟用備自投功能

常規(guī)終端站備自投裝置大多以檢母線無壓、進線無流作為備自投啟動判據(jù)，經(jīng)整定延時后跳工作開關，確認跳開后，合備用電源開關，恢復對負荷的供電。但是當變電站中低壓側母線接入小電源后，系統(tǒng)故障后，因短路電流和系統(tǒng)母線殘壓的存在，滿足備自投裝置的啟動條件較困難，即使備自投裝置正常啟動，但對于失去與系統(tǒng)聯(lián)絡的小電源側系統(tǒng)，其電壓和頻率變化一般較快，如此時備自投裝置將失去同步的小電源系統(tǒng)強行并入系統(tǒng)，對小電源發(fā)電機的沖擊將是難以容忍的。這就是甲站裝設備自投裝置但未啟用備投功能的原因。對于中壓或低壓側有小電源的變壓器，主變主保護和后備保護在跳相應主變開關的同時，建議聯(lián)跳小電源聯(lián)絡線開關。同時，備自投裝置需滿足在合備用電源開關之前，必須檢查常用電源開關和并網(wǎng)電源開關均已跳開。這一解決方案的優(yōu)點是接線及配置易于實現(xiàn)，缺點是不同于正常備自投，會給運維人員帶來不便，增加誤操作的風險。

（3）增配解列裝置

此方案是在甲變電站站內(nèi)裝設小電源解列裝置，當由于主網(wǎng)故障跳閘暫時形成局部系統(tǒng)時，解列裝置動作先切小電源并網(wǎng)線路，確保失壓負荷通過乙站站內(nèi)10kV母聯(lián)備自投恢復供電，防止負荷長期失電。此方案的關鍵是甲站解列裝置與下級乙變電站低頻低壓裝置在動作定值及跳閘時間上相互配合，確保先解列、后投備自投。由于兩個裝置存在配合的問題，當電壓頻率波動時，極易導致解列裝置誤動，需要仔細論證。

5結束語

本文結合一具體事故案例，分析了小電源接入系統(tǒng)終端站后對二次系統(tǒng)安全自動裝置的影響。隨著分布式電源尤其是新能源發(fā)電的并網(wǎng)逐漸增多，它們對系統(tǒng)的影響不容小視。小電源的并網(wǎng)應引起電網(wǎng)運行、調(diào)度、管理等部門的高度重視，不斷發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，切實提高并網(wǎng)后電網(wǎng)供電的可靠性。

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