基于故障解列装置的水电和光伏电源接入策略

许梦琪

摘 要：将适应接入策略的水电站分为2类，通过实例加以说明，并着重从第二类水电站接入时，T接点至变电站线路电压降可能引起线路末端用户电压超上限这个困扰已久的问题入手，分析常规方法存在的弊端，提出通过电站内配置过频过压安全、稳定控制装置的方法予以解决。该接入策略与已接入的南平松溪信义光伏电站和后续多个光伏电站的接入，在系统侧配置的故障解列装置，出发点相同。由此引申出，该策略有利于电源接入时需提升供电质量和保证线路或电源侧故障时能有效隔离故障的情况。

关键词：水电站；光伏电站；线路电压降；故障解列

中图分类号：TM727 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.006

南平拥有得天独厚的地理条件，水力资源丰富，光伏布点多，所辖各县电站发电量以就近消纳为主，多余部分送入省网，有利于提高区域供电能力。中压配电网大多以村道为线路走廊架设，一定的容量裕度及必要的联络有利于提高负荷转供能力和供电可靠性。适宜的接入策略有利于合理使用廊道资源和节省造价。利用水、太阳能等清洁能源发电不仅有利于保护环境，更能节省成本。这些可再生能源取之不尽、用之不竭，其投资主要是建设成本。水电站大多分布在远离变电站和负荷中心的偏远山区，输电距离远，专线接入变电站的建设成本高。大型光伏发电站具有用地面积大、纬度低、光照强、太阳能板需30°倾斜角装设的特点，山坡节省支架高度，且山区土地租金比平原经济性高。已接入的南平松溪信义光伏电站、已完成科研的政和光伏电站和邵武光伏电站、已批复2017年接入的浦城鑫浦光伏电站和2018年接入的昌盛光伏电站根据远景建设规模均为110 kV电压等级接入。

1 接入电压等级

根据接入电源装机容量确定接入电压等级，根据电网现状和规划列出可行的接入方案，从线路电压降、维护工作量、综合造价等方面进行对比，选择最佳的接入策略。

根据线路电压降 和 可

推出，T接点至变电站线路电压降与接入电压等级、接入电源装机容量、线路导线截面、机组功率因数、线路长度等因素有关。电压降要求不超过10%，当超过10%时，线路末端用户电压将超上限，造成用户电器被烧毁和电源端电压过高，可能危及发电机组的安全运行，对电网的可靠运行造成不利影响。

从以上几个方面综合考虑，选择合适的接入电源装机容量、接入电压等级和机组功率因数是降低线路电压降的首选方法，若仍难满足，需采取以下對策：将接入方案适用的水电站分为2类，一类是地理位置离变电站较近且有备用间隔、可共用水电专线的水电站，另一类是地理位置离变电站直线距离超过其电压等级输送距离的水电站。在某个变电站供区内，有2个或2个以上的第一类水电站时，水电站共用35 kV及以下线路挂灯笼式的T接于输电线上。第二类水电站就近T接35 kV及以下输电线，T接点靠近电源侧配置三遥分界开关，调度可进行遥控。这种常规做法虽起到双管齐下的作用，但无线公网的安全性较差，存在弊端，无线专网建设耗资大，可行性低。水电站内配置过压过频安全、稳定控制装置也可起到双保险的作用，过压定值按电网公司下达的定值整定，合理控制机组出力，保障水电站电力输出，并使线路末端至变电站段线路电压降符合要求，以保护末端用户电器安全。由电站内配置的过压过频安全、稳定控制装置实现过电压时跳电站高压侧出线开关的功能，此方法减少了调度遥控工作量，应对突发事件的实时性强，降低了分界断路器应具备的条件，也提高了安全性，不受通讯网络影响，且经济性好。

2 接入电源装机容量

接入电源装机容量处于按电压等级划分标准的边界、线路长度过长造成的线路末端电压超上限。以闽北苏区建阳区水资源配置（麻阳溪引水）引水系统的消能减压电站（樟布消能电站）接入为例，麻阳溪引水资源配置工程位于南平市建阳区莒口、麻沙镇。工程开发主要任务为供水，结合利用富余水头消能发电。本工程近期日供水规模为1.0×105 t，远期最大日供水规模为2.7×105 t，取水口位于雷公口二级电站尾水，通过引水系统输水至拟建将口水厂，主要建筑物由雷公口二级电站进水口、输水隧洞、输水管道及樟布消能电站等组成。引水系统总长50.826 km，其中，隧洞长43.463 km，输水管道长7.363 km，隧洞开挖断面为城门形，洞径2.8 m×2.8 m，输水管道为一根DN1600钢管或球墨管；樟布消能电站设置2台发电机组以及一根旁通管，总装机容量1 800 kW。樟布消能电站到110 kV麻沙变的空间距离和电气距离约为9 km和11.5 km，到35 kV莒口变的空间距离和电气距离约为11.5 km和15.5 km.

如果设计装机容量为2 MW，处于10 kV接入和35 kV接入交界处，当10 kV电压等级T接于35 kV莒口变10 kV湖桥线065杆（导线选LGJ-150），消能电站至变电站的线路电压降为11.9%.如果樟布消能电站投产后新增装机1.8 MW，近期、远期年发电量为5.04×106 kW·h、1.430×107 kW·h，经济技术指标合理。樟布消能电站作为地区电源，就近接入建阳市电网，可提高区域电网的供电能力。樟布消能电站以供水量定发电量，随季节变化不大，夏天供水量有所增长，其发电量也有所增加，电站根据供水情况，承担基荷发电。如果接入湖桥线065杆，在电网低谷期的母线电压近上限时，其后端用户的电压可能超上限。35 kV线路铁塔的造价高，线路总投资大，国网对新能源接入的线路出资界面规定为由电网公司承担，从投资经济性角度考虑，将其装机容量降为1.8 MW，10 kV专线接入变电站。这种方法不仅减少了线路投资，还避免了电站与变电站间电气距离过长造成的线路电压降偏高，可能带来线路末端用户电器在负荷低谷期电压超上限而被烧毁的隐患。

3 光伏电站接入过频过压故障解列功能

以南平松溪信义光伏电站110 kV送出工程为例，该电站位于南平市松溪县旧县乡下段村，电站总装机容量50 MWp，本期建设 30 MWp，2015年并网发电，后续20 MWp装机规划在2016年左右投运，送电方向为松溪电网；电站发电系统总效率约80%，最大出力约40 MW。光伏电站接入系统相关文件规定，系统侧保护装置除保护功能外，还应具备故障解列功能，即检测到系统侧电压和频率超过所设定值时进线间隔跳闸，相当于过压过频安全、稳定控制装置。电站侧应配置防孤岛保护，当线路故障对侧开关跳开后，电站侧开关也跳开，防止电站、线路和故障点形成环形供电回路。

110 kV岩下变原凯迪电厂间隔用于本光伏电源接入，需新增一台故障解列装置。该故障解列装置具备过频过压解列功能，具体由所设过频过压定值进行把控，相当于光伏电站侧反孤岛保护和输电线路故障的后备保护，也是防止光伏电站本身具有的电压频率变动不受控制的特点可能对电力系统稳定造成破坏的预防措施，提升电网的电能质量。邵武光伏电站和政和东平农业光伏电站110 kV送出工程可行性研究也沿用了以上方法。

4 结论

水电这类常规能源或光伏这类新能源的接入，均响应了政府倡导的走低碳环保、节能减排之路的发展思路，同时随着科技的进步，不合要求的电能会影响电器的使用寿命和用户使用过程中的体验，因此，提高电源接入的电能质量是社会发展的必然需求。过频过压可能引发线路故障、发电机组过压故障，严重时，将对机组、人员安全和电网稳定构成威胁，是电源接入应重点解决的问题。本文通过分析南平地区水电和光伏接入的几个例子，针对共同面临的如何解决过压和过频问题提出了具体的解决措施，技术经济合理，效果显著。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕