浅谈小电源并网对继电保护及安全自动装置的要求

摘要：文章从继电保护装置、重合闸装置、备自投装置以及故障解列装置的原理及运行情况分析了小电源并网对电网的影响，根据继电保护的整定要求，结合电网的实际运行情况，分析了小电源并网对这些装置的影响，并提出了积极有效的改进措施，从而保障了小电源并网系统的安全可靠的运行。

关键词：小电源并网；继电保护；重合闸；备自投；故障解列

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）33-0149-03

目前全球的资源处于日渐紧缩的窘迫中，各国都为谋求长远发展在刻不容缓的开掘新的可用资源。我国电力部门也在积极开发和利用新型的环保的能源来进行发电，这些新型环保的可再生资源包括小水电、冶炼厂设备产生的低温余热发电以及垃圾焚烧发电等，但是这些小电源接入变电站后如果不合理配置安全可靠的继电保护及安全自动装置，那么它们对于电网的安全运行必将造成一定的影响，对电网内的继电保护及安全自动装置的正常运行也会造成一定的影响。

一、小电源并网系统的现状

在电力系统不断扩大的过程中，小电源往往通过弱联络线与大电网即区域电网联接。数目众多的小电源通过联络线与大系统并网，可缓解电网供电紧张和提高电网供电可靠性，但一些安全因素也需要考虑在内，因为小电源具有小型化、分散式的特点，会给电力系统的稳定运行、继电保护装置的配置带来压力，这对小电源和区域电网的安全运行不利。并且在电网中由于不断有大机组并网，系统往往仅重视大容量机组和主网网架，对小电源的安全问题则估计不足甚至很少考虑。在系统中靠近小电源侧大的事故冲击会使小电源的稳定运行遭受到严重破坏，因为小电源多是通过弱联络线与区域电网互联的。

二、小电源并网运行方式

国家能源政策一直在不断的调整，为了能够充分的利用自然资源，一些与主电网系统并网的地方小电源（如小水电厂、自备电厂等）日益增多。常用的并网形式有以下几种：

1．小型水电厂：此种类型的小机组的电厂，供电模式根据库容来定，有水就发，枯水不发，水大多发，水少少发，有的甚至采用日发夜停模式，只能向主电网输送电能，无直供负荷。并且一旦与主电网解列机组甩负荷，频率上升，需要紧急停机。

2．自备电厂：自备小电厂的建设主要是因为大中型企业为提高供电可靠性、调峰、减少线损，充分利用其生产过程中的沼气或余热等。一旦与主电网解列，通常无法保持负荷平衡。

3．地方电网：为提高电能质量和供电可靠性，在一些水利资源丰富地区，常常由于与县级供电企业的35～110kV电网并网的小水电较为丰富，在丰水期功率过剩时经县级电网倒送入主电网。若与主电网解列，此种电网丰水期往往能够保持负荷平衡，而枯水期时则可能造成县网崩溃。

三、小电源对电网的影响及相应的改进措施

如图1所示为某110kV A水电厂并网示意图，该水电厂目前总装机容量为29.6MW。由于A水电厂库容较小，调节能力也很差，所以在A水电厂出力极易受河流上游降雨量影响，在丰水期可以满发，而在枯水期则出力很少甚至为零。A水电厂通过线路L1与系统并网运行。另外，B变电站低压侧有一带众多小水电的县级电网系统，该县级电网系统在丰水期向主网送电，枯水期则由主网向其送电。

小电源一旦与系统并网运行，那么系统肯定会受到较大的影响，对于电网中故障电流的分布、系统电压等电气量以及电网的功率导向等都会随之出现问题，原先的继电保护保护及安全自动装置配置和整定原则都需要随着这些电气量的改变来重新考虑，制定相应的对策。

（一）小电源并网对继电器的影响及应采取的对策

1．继电保护的基本原理。继电保护装置主要是根据电力系统中电气量即电流、电压、功率、频率等的变化来工作的，因为元件发生短路或者异常情况时电气量会发生相应的变化，或者是根据物理量的不同的原理来工作的，从而构成各种原理的保护。

2．小电源并网对继电保护装置的影响及应对措施。在没有小电源时，作为进线开关的1DL、4DL保护是退出的。现在由于小电源的存在，当电网上的主供线路L2发生故障跳闸时，开关1DL、2DL、3DL、4DL就会有故障电流流过，开关1DL、4DL保护必须投入，同时，为防止开关1DL、2DL、3DL、4DL及B变电站主变保护反方向故障误动，需将其电流保护方向功率元件投入，方向由母线指向线路或变压器。

（二）小电源并网对重合闸装置的影响及所采取的改进措施

1．重合闸装置的工作原理。自动重合闸装置是将因故障跳开后的断路器按需要自动投入的一种自动装置（简称重合闸装置）。当线路发生短路时，保护动作，跳开故障相或者三相断路器全跳，然后重合闸动作，重新合上故障相或三相断路器。如果是短时的接地故障，那么重合很可能成功，线路恢复正常，如果是永久性接地故障，则故障线路所在断路器加速

跳闸。

2．因小电源影响应采取的改进措施。重合闸方式一般分为检定同期、检定无压和非同期三种。对于单电源线路，线路两侧重合闸均采用的是非同期方式，对于双电源线路，大电源侧采用检无压方式，小电源侧采用检同期方式。因此，图1所示系统中，线路L2系统侧开关5DL重合闸应投检无压方式，小电源侧开关4DL重合闸应投检同期方式。但是，这种方式存在小电源侧开关4DL重合闸拒动的可能。假设线路L2故障，线路断路器跳闸，系统侧开关5DL重合闸检无压重合成功后，如果小水电出力与B变电站负荷刚好平衡，线路L2小电源侧开关4DL检同期重合方式就能动作。如果小水电出力与B变电站负荷不平衡，故障解列装置动作使小电源与系统解列引起母线电压及频率下降，不能满足同期条件，造成重合闸拒动。为了防止小电源侧开关4DL重合闸拒动，4DL可以采用检母线无压线路有压与检同期同时投入的方式，如果小水电出力与B变电站负荷刚好平衡，4DL检同期重合方式就能动作，如果小水电出力与B变电站负荷不平衡，小电源与系统解列后，4DL检母线无压线路有压重合方式就能动作，从而避免重合闸拒动。

（三）小电源并网对备自投装置的影响及所采取的改进措施

1．备自投装置的工作原理。备用电源自动投入装置是当工作电源因故障断开以后，能自动而迅速地将备用电源投入到工作或将用户切换到备用电源上去，从而使用户迅速恢复用电的一种安全自动装置。简称备自投装置。按照动作逻辑的不同，主要有两种方式：进线备自投、分段备自投。

进线备自投是指某母线上有两回进线电源，正常情况下一回作为工作电源，另一回备用；当工作电源故障停电后，由备自投装置自动将该母线负荷切到备用电源上供电的方式。

分段备自投是指：某母线上设有一分段开关，每段母线上各有一回进线电源，正常情况下两回均作为各自母线的工作电源，互为备用；当其中一回电源故障停电后，由备自投装置自动合上分段开关将相应母线负荷切到另一母线上供电的方式。

2．因小电源影响应采取的改进措施。主网C变电站装有备自投装置，采用的是进线备自投方式，线路L4工作，线路L3备用。该备自投装置动作逻辑如下：110kV母线无压，线路L3有压，线路L4无流，则延时Tt1（备自投跳闸时间）后跳开8DL，确认8DL跳开后经延时Th2（备自投合闸时间）合上6DL。

在没有地区小电源情况下，当线路L4故障跳开系统侧开关后，C变电站110kV母线电压降为零，满足母线无压条件，备自投可以动作。但是，在地区小电源与系统并网后，地区小电源支撑了C变电站110kV母线电压使之不至于下降太多，不满足母线无压条件，备自投不能动作。因此，为了使备自投装置能可靠动作，必须在B变电站2DL、3DL配置小电源解列装置，并且要求备自投跳闸时间与小电源解列装置最长动作时间配合，以确保小电源可靠解列后备自投装置

才动作。

（四）故障解列装置的原理及配置要求

故障解列装置是反映系统电压或频率的变化而动作的一种安全自动装置。当电网上的主供线路发生故障跳闸时，此时小电源系统就会因为功率不平衡而出现电压或频率波动，故障解列装置就会根据电压或频率波动情况，将小电源迅速可靠地解列。以图1所示小电源系统为例：在丰水期，110kV A水电厂满发出力达29.6MW，而B变电站负荷大约20MW，若此时L2线路故障跳闸后，A水电厂与B变电站所构成的小电源系统会出现电压及频率升高的现象；在枯水期，110kV A水电厂出力不到2MW，而B变电站负荷仍为20MW，若此时L2线路故障跳闸后，A水电厂与B变电站所构成的小电源系统会出现电压及频率下降的现象。针对上述现象，小电源系统必须配置同时具备过压解列、高频解列、低压解列、低频解列功能的故障解列装置。

四、结语

随着并入系统的小电源不断增多，小电源对整个系统的影响也不容小觑，因此为了保障系统的正常运行应采取积极的措施来保障小电源的安全可靠的运行，本文从继电保护装置、重合闸装置、备自投装置以及故障解列装置的原理和运行情况分析了小电源并网对电网的影响，根据电网实际运行情况，提出了较合理的改进措施，从而保障了电网安全可靠的运行。

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