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摘 要：近幾年，新能源的利用越來越廣泛，國家對光伏電站系統(tǒng)的建設(shè)十分重視，促使光伏并網(wǎng)系統(tǒng)被大量使用。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置可以適用于光伏發(fā)電并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全，降低人力維護(hù)成本。
1概述
福建鑫旭日電力建設(shè)集團(tuán)有限公司成立于2008年4月22日，占地面積42486平方米，總建筑面積61548平方米?，F(xiàn)集團(tuán)下屬有電力勘察設(shè)計院、電氣設(shè)備制造廠、電力建設(shè)公司(變電公司、配電公司)為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。是國網(wǎng)公司供配電設(shè)施入圍單位，也是大型央企、大型房企、大型工業(yè)企業(yè)、大型商業(yè)企業(yè)、大型市政項目核心的變配電系統(tǒng)供應(yīng)商。公司產(chǎn)品包括安全型充氣柜、中置柜、低壓柜、預(yù)裝式變電站、動力配電箱等?，F(xiàn)集團(tuán)公司在職人員500多人，年業(yè)績近10億，在全國承接的大型電力工程累計已有1600多項，均在安全運行，目前已是國內(nèi)較有競爭力的電力工程EPC總承包的大型企業(yè)。
AM5SE 系列微機(jī)保護(hù)測控裝置(以下簡稱裝置)集保護(hù)、控制、測量、通訊和監(jiān)視功能于一體，資源豐富、配置完善、維護(hù)方便、性能穩(wěn)定，適用于 35kV 及以下電壓等級電力系統(tǒng)的保護(hù)和測控，實現(xiàn)進(jìn)線、主變、配電變、電動機(jī)、電容器、母聯(lián)、PT 等保護(hù)。應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋電力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業(yè)。
裝置硬件設(shè)計采用可靠性配置，軟件配以專門的保護(hù)算法，抗干擾性能強(qiáng)，可靠性高，保護(hù)實現(xiàn)方式靈活，能與 Acrel-2000Z 電力監(jiān)控系統(tǒng)配套使用，為電力系統(tǒng)的安全可靠運行提供保障。
2 產(chǎn)品需求
本次針對福建鑫旭日電力集團(tuán)澤勝翔安火炬園10/0.4KV光伏項目裝設(shè)AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置，主要是利用裝置中的頻率突變跳閘和有壓自動合閘功能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護(hù)作用。
正常運行時，線路的頻率處于平衡穩(wěn)定的值，當(dāng)頻率波動較大，其頻率變化率超過了規(guī)定的定值時，可能會導(dǎo)致用電設(shè)備遭到破壞影響供電質(zhì)量且對電力維修人員的生命安全有很大的威脅。因此，需要頻率突變保護(hù)功能跳開并網(wǎng)點開關(guān)，對電站起到保護(hù)作用。
頻率突變跳閘保護(hù)功能主要是監(jiān)測線路中的頻率變化率，當(dāng)線路有流，或線路有壓且斷路器合閘時，若頻率變化率df/dt大于頻率突變定值，裝置經(jīng)可設(shè)延時發(fā)出頻率突變跳閘命令。保護(hù)邏輯如下圖。
圖1 頻率突變保護(hù)邏輯
孤島效應(yīng)：當(dāng)電網(wǎng)供電因故障、誤操作或停電維修等原因造成中斷供電，各個新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仍在運行，并向周圍負(fù)載供電，構(gòu)成一個電力公司無法控制的自給供電孤島。
當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生時，造成的危害：
1、電網(wǎng)無法控制孤島中的電壓和頻率，如果電壓和頻率超出允許范圍，可能會對用戶的設(shè)備造成損壞;
2、如果負(fù)載容量大于逆變電源容量，電源過載運行，容易被燒毀;
3、孤島進(jìn)行重合閘會導(dǎo)致該線路再次跳閘，可能損壞逆變電源或其他設(shè)備;
4、與逆變電源相連的線路仍帶電，對檢修人員造成危害，降低電網(wǎng)的安全性。
有壓自動合閘保護(hù)功能主要是為了能夠保護(hù)電網(wǎng)與光伏電站之間安全工作同時，保證用戶的方便，需要做到光伏電站系統(tǒng)欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護(hù)成本。
當(dāng)檢測到市電側(cè)電壓恢復(fù)正常，頻率正常，且待并側(cè)電壓和市電側(cè)電壓的電壓幅值、電壓頻率和電壓相角滿足同期條件時，若斷路器處于分位，裝置經(jīng)可設(shè)延時發(fā)出有壓自動合閘命令。其中，同期動作的判斷條件可以選擇投入或退出，若退出，則不加入同期動作條件，僅判斷市電側(cè)電壓、頻率。保護(hù)邏輯如下圖。
圖2 有壓自動合閘保護(hù)邏輯
AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。
本工程線路主要包括市電側(cè)和光伏并網(wǎng)側(cè)兩大部分，由于孤島效應(yīng)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中經(jīng)常發(fā)生，因此需要在并網(wǎng)柜處安裝AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護(hù)功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運行，整個配電室上圖方案如下：
圖3 配電室上圖方案
針對本項目的一次方案及二次圖紙設(shè)計如下：
圖4 一次方案設(shè)計圖
圖5 并網(wǎng)柜二次原理圖
4 測試
在與客戶進(jìn)行了溝通的基礎(chǔ)上，客戶于2022年1月5日對防孤島保護(hù)裝置的頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護(hù)功能進(jìn)行調(diào)試。
(1)測試儀器和保護(hù)裝置
圖6 現(xiàn)場AE型繼電保護(hù)測試儀電壓電流接線
圖7 AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置一次模擬圖
圖8 現(xiàn)場調(diào)試環(huán)境
(2)頻率突變保護(hù)測試
1)測試項目
根據(jù)現(xiàn)場施工圖紙及客戶需求，本次頻率突變保護(hù)裝置測試值設(shè)置見表1：
表1 AM5SE-IS頻率突變保護(hù)測試值設(shè)置
2)測試流程
根據(jù)表1所示進(jìn)行現(xiàn)場接線與測試值設(shè)置。
先讓斷路器處于合閘狀態(tài)，如圖9所示。然后在端子X1.17-X1.18、X1.19-X1.20、X1.21-X1.22上施加57.74V電壓，按照圖10設(shè)置頻率變化率參數(shù)，裝置經(jīng)延時保護(hù)跳閘，對應(yīng)的指示燈亮，如圖11所示。
圖9 斷路器合閘狀態(tài)
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圖10 頻率突變參數(shù)設(shè)置
圖11 頻率突變保護(hù)動作事件記錄
(3)有壓自動合閘保護(hù)測試
1)測試項目
根據(jù)現(xiàn)場施工圖紙及客戶需求，本次有壓自動合閘保護(hù)要求在市電側(cè)和并網(wǎng)側(cè)檢同期的情況下，觸發(fā)有壓自動合閘保護(hù)功能，所以需要有壓自動合閘和同期功能都投入，有壓自動合閘保護(hù)測試值設(shè)置見表2，檢同期測試值設(shè)置見表3：
表2 AM5SE-IS有壓自動合閘測試值設(shè)置
表3 AM5SE-IS檢同期測試值設(shè)置
2)測試流程
根據(jù)表2、表3所示進(jìn)行現(xiàn)場接線與測試值設(shè)置。
先讓斷路器處于分閘的狀態(tài)，如圖12所示，并給合后位開入對應(yīng)的開入量施加信號(AC/DC 220V或AC/DC110V)，然后在端子X1.17-X1.18、X1.25-X1.26上分別施加電壓UA=UB=57.74V∠0°，頻率f=49.99Hz，具體設(shè)置如圖13所示。經(jīng)延時，裝置發(fā)出同期合閘及保護(hù)合閘事件記錄，如圖14、圖15、圖16所示。
圖12 斷路器分閘狀態(tài)
圖 13 電壓施加窗口
圖14 同期合閘動作事件記錄
圖15 有壓自動合閘動作事件記錄
圖16 電壓、頻率遙測顯示
(4)測試結(jié)論
本次測試對AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置進(jìn)行了頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護(hù)功能驗證，測試結(jié)果均符合用戶技術(shù)要求。AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置的頻率突變跳閘能合理防止線路頻率變化率突變，有壓自動合閘保護(hù)能夠在系統(tǒng)失壓后檢測到有壓，斷路器自動合閘，可以確保系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。
12 路(可擴(kuò)展到 14 路)交流電壓/電流通道，測量三相電流、兩路零序電流、三相電壓、零序電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電能、無功電能。保護(hù)電流的測量不僅反映基波，還可以通過邏輯可編程軟件增加測量 2~10 次諧波，具有帶諧波制動的保護(hù)功能。
獨立操作回路，可自適應(yīng) 0.25~5A 開關(guān)跳合閘電流;
2 路 4～20mA 直流模擬量變送輸出，可通過邏輯可編程軟件自定義變送量;
20 路有源開關(guān)量輸入通道、10 路獨立無源開關(guān)量輸出通道;
2 路 RS485 串行通訊接口，支持 IEC60870-5-103、Modbus-RTU 規(guī)約;
2 路以太網(wǎng)接口，支持 TCP IEC60870-5-103、TCP Modbus-RTU 規(guī)約;
GPS 對時功能，支持 IRIG-B 對時方式(RS485 接口);
1 個 USB 接口，可通過 U 盤升級裝置程序，也可導(dǎo)出裝置的定值、故障錄波數(shù)據(jù)，方便故障分析;
1 個 RS232 接口，可通過 USB 轉(zhuǎn) 232 數(shù)據(jù)線升級裝置程序，還可上傳裝置定值、動作事件信息和故障錄波數(shù)據(jù)，方便現(xiàn)場事故分析。
5 結(jié)語
防孤島保護(hù)裝置是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，許多重要場所0.4kV的低壓變電站都會引入燃油發(fā)電機(jī)或者小型光伏變電站，這些基本為用戶側(cè)自備式電源系統(tǒng)，自發(fā)自用，不向中壓電網(wǎng)或高壓電網(wǎng)饋電。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置頻率突變功能可對線路中的頻率變化率進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)檢測到頻率變化率超過了規(guī)定的定值時，裝置發(fā)出頻率突變跳閘命令跳開斷路器。有壓自動合閘功能可做到光伏電站系統(tǒng)欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護(hù)成本。
審核編輯：湯梓紅
工商網(wǎng)監(jiān)
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