故障解列保護在小電源接入系統中的應用

劉 春

（國網上海電力嘉定供電公司，上海 200085）

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

1 小電源接入系統

1.1 小電源并網存在的隱患

對小電源來講，因其本身容量不足，通常情況下不會對電網的安全穩定運行造成較大影響，但當主電網的主要供電線路因出現故障而致使瞬時跳閘發生時，小電源將由于不能承受變電站負荷而自行解列，等系統穩定后與系統重新并網。由于小電源與配網的融合度較低，當電網跳閘時間較長時，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，則系統將把小電源無條件拉入，致使一些嚴重故障產生[1]。當出現這種情況時，為使小電源在入網后可以正常地解列，工作人員應該對實際運行情況排查后，對有可能發生的狀況進行預測，并結合用戶需求，在小電源主網終端變電站合適的位置節點安裝故障解列裝置。

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

1.2 小電源接入系統的方式

小電源接入系統電網的方式主要有三種：（1）直接接入系統電網變電站低（中）壓側母線；（2）經系統開關站接入系統電網變電站低（中）壓側母線；（3）經35kV、110kV 變電站（高壓側環經環出）接入系統電網變電站低（中）壓側母線[3]。本文小電源的接入方式采用直接接入系統電網變電站低（中）壓側母線。

1.3 小電源接入繼電保護配置原則

小電源入網系統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.對于并網上網小電源（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線路電源側）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變電站（或開關站）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間隔的故障跳開時間，還應考慮到系統重合閘時間的配合問題。

3.并網線路及電源側內部變壓器、發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

在多電源網絡中，從網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定安全運行，電網發生故障時電網解列成幾個獨立的小電源保持正常運轉。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零序電壓和外接零序電壓進行比較，有告警時發出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，兩段保護可經各自的控制字投退。電壓判據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。過頻解列功能經固定低電壓（15V）閉鎖[5]。

故障解列的配置原則：

1.變電站（開關站）有地區電源聯網線時，根據需要配置獨立的故障解列裝置。故障解列裝置動作跳地區電源聯網線。

2.本裝置以變電站（開關站）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 固處常一發電線路供電。該中心設有一套余熱利用裝置，余熱鍋爐產生的過熱蒸汽供汽輪發電機組發電，所發電能主要供全廠生產、生活所需，同時余電通過朱17 線路并網上網。

在10kV 并網線路側朱17 固處常一發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 母線分段開關實現自切聯跳。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，也要曾經有壓，才能再次動作。檢測母線電壓時，壓變開關必須在合位，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自切合閘壓板合位、朱17 開關合位、朱17 自切聯跳壓板合位、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 千伏開關同時自切聯跳，跳朱17 開關，分段開關合閘。

將10 千伏一/二甲段分段開關自切合閘壓板合位、朱17 開關合位、朱17 自切聯跳壓板分位、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 千伏開關同時自切聯跳，朱17 開關不跳，分段開關不合閘。

將10 千伏一/二甲段分段開關自切合閘壓板合位、朱17 自切聯跳壓板分位、朱17 開關合位、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 千伏開關同時自切聯跳，分段開關合閘。

4 總結

綜上所述，故障解列裝置就是將電網的故障部分切除，確保非故障部分正常運行的裝置，因此故障解列是當系統中發生故障時，為故障不影響電網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電政策的實施，越來越多的資源綜合利用、風電、天然氣三聯供及光伏等小電源發電項目接入電網，因此，國家電網對小型發電的規范要求也越來越高，故障解列裝置的使用范圍也越來越廣泛，已成為電網安全穩定運行不可或缺的重要組成部分。