小电源并网对安全自动装置的影响分析

杨健康 章立

摘  要：结合某一区域电网停电事故，详细分析了保护及安全自动装置的动作过程。针对现有配置仍导致负荷损失的问题，分析了小电源并网对系统安全自动装置配置的影响：需要认真研究电源与电网安全自动装置的配合问题，尤其是低频低压减载（解列）装置与备用电源自动投入装置的协同配合。最后提出了小电源并网运行后保护配置的改进方案。

关键词：小电源;低频低压;备自投

0前言

在我国“双碳”目标之下，分布式电源将更多地接入电力系统。由于这些小电源位置分散，容量相对较小，大多以10 kV或35 kV等较低电压接入电网的110kV终端变电站，使原终端站的保护、安全自动配置及运行要求发生变化，如配合不当将严重影响设备的安全，扩大事故停电的范围。因此，小电源并网后的系统备自投、线路重合闸、低频减载、联络线保护等都需要进行相应调整。目前，针对小电源并网后安全自动装置的配置与定值整定，都没有明确的规程规定，各地区电网均根据各自电网结构的特点和运行要求，参照相关规范而采取不同的措施，本文结合某一事故案例，针对性地分析小电源并网对终端变电站安全自动装置的影响，希望本文对电网运行人员和继电保护整定人员有一定的借鉴意义。

1跳闸前运行方式

系统接线方式入图1所示

（1）某110kV甲变电站故障前运行方式：

110kV系统：单母线分段接线，母联710处于分位;

35kV系统：单母线分段接线，母联310处于分位，并配有备自投装置，但未启用备投功能（原因后面分析）。35kVⅡ段母线上通过联络线接有一小电源（垃圾发电厂）。

（2）某35kV乙变电站故障前运行方式：

35kV系统：单母线分段接线，母联310开关处于分位;

10kV系统：单母线分段接线，母联110开关处于分位，并配有备自投装置，已启用备投功能。本站配有低频低压解列装置，低频低压取35kV母线电压和频率，动作后切除10kV出线。

跳闸前小电源向系统输送有功功率16.9 MW;甲站通过2#主变向35kVⅡ段母线输送有功功率15.1MW。

2故障发生情况及处理过程

2020-11-01 11：09：52.299，110kV甲变电站2号主变非电量保护动作，跳开主变两侧702、302开关;

2020-11-01 11：11：00.174，35kV乙站低频低压装置动作，跳开本站10kVⅡ段母线上所有开关;

2020-11-01 11：11：00.346，小电源侧开关开关跳闸;

2020-11-01 11：11：04.351，35kV乙站备自投动作跳开102开关;

2020-11-01 11：11：04.551，35kV乙站备自投动作合上110开关。

调度紧急启动事故处理流程（刀闸操作未列出）：

2020-11-01 11：34，拉开甲站电厂线开关;

2020-11-01 11：35，合上甲站35kV分段310开关;

2020-11-01 11：37，拉开乙站10 kV分段110开关;

2020-11-01 11：38，合上乙站2号主变102开关，对乙站10kVⅡ段母线上所有出线逐条送电。

3继电保护及安全自动装置动作分析

主网变压器故障，302开关跳闸，而并网线没有解列，由小电源、甲站35kVⅡ段母线及出线、乙站35kVⅡ段母线、乙站2号主变、乙站10kVⅡ段母线及出线形成局部独立系统孤岛运行;而小电源出力难以支撑该局部电网的负荷需求，出现严重有功不足，系统频率下降，低频低压减载装置按预设的轮次将10kVⅡ段母线上所有负荷切除，切除后仍不能实现功率平衡，频率崩溃，发电机保护动作将小电源切除。整个独立系统孤网运行时间为1分8秒。随着小电源切除，乙站10 kV110备自投动作成功，但也失去了尽快恢复負荷供电的意义：从低频低压动作切除10 kVⅡ段母线上所有出线到这些出线恢复供电，中断供电27分钟。

4改进措施分析

通过上述分析可知，按照目前常规备自投装置和低频低压减载装置整定，在小电源并网条件下，必然出现安全自动装置失配误动，造成停电事故。针对上述问题，现提出如下解决措施：

（1）增加电源冗余

目前小电源一般接入终端变电站，终端变电站的一个重要特点就是电源点少，供电能力薄弱。变电站一旦发生事故，功率缺额十分明显，必然导致频率崩溃。通过加强电网建设或使小电源在更高一级变电站接入，从而增加所在并网变电站电源数量和容量的冗余，满足N-1原则，即使系统失去一个电源，仍可以保证小电源所在系统频率和电压在允许范围内。改善小电源并网环境有助于新能源的消纳，提升用户满意度，具有重要的现实意义。然而这一措施需要从长远角度进行规划，保护配置也将更加复杂。

（2）启用备自投功能

常规终端站备自投装置大多以检母线无压、进线无流作为备自投启动判据，经整定延时后跳工作开关，确认跳开后，合备用电源开关，恢复对负荷的供电。但是当变电站中低压侧母线接入小电源后，系统故障后，因短路电流和系统母线残压的存在，满足备自投装置的启动条件较困难，即使备自投装置正常启动，但对于失去与系统联络的小电源侧系统，其电压和频率变化一般较快，如此时备自投装置将失去同步的小电源系统强行并入系统，对小电源发电机的冲击将是难以容忍的。这就是甲站装设备自投装置但未启用备投功能的原因。对于中压或低压侧有小电源的变压器，主变主保护和后备保护在跳相应主变开关的同时，建议联跳小电源联络线开关。同时，备自投装置需满足在合备用电源开关之前，必须检查常用电源开关和并网电源开关均已跳开。这一解决方案的优点是接线及配置易于实现，缺点是不同于正常备自投，会给运维人员带来不便，增加误操作的风险。

（3）增配解列装置

此方案是在甲变电站站内装设小电源解列装置，当由于主网故障跳闸暂时形成局部系统时，解列装置动作先切小电源并网线路，确保失压负荷通过乙站站内10kV母联备自投恢复供电，防止负荷长期失电。此方案的关键是甲站解列装置与下级乙变电站低频低压装置在动作定值及跳闸时间上相互配合，确保先解列、后投备自投。由于两个装置存在配合的问题，当电压频率波动时，极易导致解列装置误动，需要仔细论证。

5结束语

本文结合一具体事故案例，分析了小电源接入系统终端站后对二次系统安全自动装置的影响。随着分布式电源尤其是新能源发电的并网逐渐增多，它们对系统的影响不容小视。小电源的并网应引起电网运行、调度、管理等部门的高度重视，不断发现问题并解决问题，切实提高并网后电网供电的可靠性。

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