含分布式電源接入的變電站備自投應(yīng)用問題研究(0720許航)

1、含分布式電源接入的變電站備自投應(yīng)用問題研究許航1， 孫 鳴2（合肥工業(yè)大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院，安徽省合肥市230009）摘要：備用電源自動投入裝置可以提高供電的可靠性和連續(xù)性，但隨著分布式電源在變電站的大量接入，致使站內(nèi)的備用電源自投裝置動作延時較長, 不利于備自投的快速投入。論文以分布式電源接入某典型110kV終端變電站為例，從電源進線有無重合閘功能出發(fā)分析了分布式電源接入對變電站備用電源自投裝置時延的影響，得出進線開關(guān)不宜裝設(shè)重合閘的結(jié)論，在此基礎(chǔ)上有針對性的提出了兩種解決方案，以方案2為例給出了具體的實現(xiàn)方法，并對備自投動作邏輯做出了相應(yīng)的改進。關(guān)鍵詞：備用電源自投；分布式電源；重合閘

2、；時延Research on the Application of Automatic Bus Transferin Substation with DG ConnectedXU Hang 1，SUN Ming 2（School of Electrical and Automation Engineering Hefei University of Technology，230009 Hefei Anhui）Abstract: Automatic bus transfer can improve the reliability and continuity of power supply, b

3、ut with promoting the application of distributed generation, the action time delay of automatic bus transfer will be longer in radially fed networks. In this paper, take the distributed generation is included in the 110kV terminal substation of distribution network which is fed by a single source, t

4、he impact of the distributed generation on time delay of automatic bus transfer is analyzed from the view of the coming line whether has automatic reclosing or not, then a conclusion that it is not suitable for breaker of the coming line using automatic reclosing is drawn, based on that two new sche

5、mes are proposed for automatic bus transfer application. Taking scheme 2 as an example, the concrete realization method is given in this paper, simultaneously action logic of automatic bus transfer is modified correspondingly.Key words: automatic bus transfer；distributed generation；automatic reclosi

6、ng；time delay5 / 5文檔可自由編輯打印備用電源自投裝置是電力系統(tǒng)中為了提高供電可靠性而裝設(shè)的自動裝置。當(dāng)工作電源因故障或其他原因失電后，備用電源自投裝置迅速地將工作電源斷開，并將備用電源或其他正常工作電源投入工作1。備自投裝置在電力系統(tǒng)中尤其在110kV電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用2。針對一次系統(tǒng)的接線，備用電源自動投入的運行方式也有所不同，但基本都遵循以下總的原則3-7：a.工作母線不論任何原因電壓消失，備自投裝置均應(yīng)啟動。b.工作電源確實斷開后，備自投裝置_基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(50877021)。作者簡介：許航（1984-），男，陜西咸陽人，碩士研究生。才能投入。c.

7、備自投裝置的合閘脈沖應(yīng)是短脈沖，只允許備自投裝置動作一次。d.備用電源有壓時才能投入。f.備自投裝置投入時限應(yīng)盡可能短。但隨著國家對應(yīng)用新能源的鼓勵政策不斷出臺，以生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等幾十千瓦到幾十兆瓦的分布式電源（DG）正在不斷的接入電網(wǎng)系統(tǒng)中，致使原有的單側(cè)電源放射狀供電網(wǎng)絡(luò)變?yōu)楹行⌒碗娫吹亩鄠?cè)電源供電網(wǎng)絡(luò)8,9。從而導(dǎo)致電網(wǎng)中以檢母線無壓為啟動判據(jù)的備自投裝置將無法正常工作。故文獻10、12提出通過檢同期的方法來實現(xiàn)備自投裝置的投入；文獻11提出通過在小電源處加裝低周低壓解列裝置來切除小電源的方案，同時提出通過進線開關(guān)保護動作聯(lián)跳小電源的思想；文獻11，12提出通過備自

8、投裝置跳主供電源進線開關(guān)的同時聯(lián)切小電源的方法來避免小電源對備自投的影響。當(dāng)考慮到小電源容量、調(diào)節(jié)性能及大負(fù)荷等制約因素時，不難發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)檢同期投入的可能性不大。若在小電源處加裝低周低壓解列裝置，需一直等到小電源被解列，備自投才可投入。同理，采用備自投裝置跳工作電源進線開關(guān)同時聯(lián)切小電源的方法亦必須等到母線無壓備自投才能啟動。因而以上方案都不同程度延長了備自投的啟動時間。雖然文獻11提出進線開關(guān)動作聯(lián)跳小電源的思想，但是具體實施方案并未提及。 故本文以分布式電源接入單側(cè)電源110kV典型終端變電站為例，對DG的接入將會對該變電站備用電源自投時延帶來那些影響加以分析，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的解決方案

9、。1分布式電源接入對備用電源自投時延的影響現(xiàn)以圖1所示系統(tǒng)及特定的運行方式為例討論DG的接入對進線備自投時延的影響。特定的運行方式為：進線L1運行，進線L2備用，即QF1、QF3在合位，QF2在分位.圖1.110kV終端變典型接線圖Fig1. Typical connection diagram of 110kV terminal substation分布式電源DG通過110kV母接入變電站，現(xiàn)分兩種情況來考慮分布式電源接入對備用電源自投時延的影響： (1).QF1對側(cè)開關(guān)無重合閘功能：一旦電源進線故障，對側(cè)保護動作，造成110kV母失去工作電源，備用電源裝置理應(yīng)迅速啟動，跳QF1后合QF2，

10、恢復(fù)對用戶的供電。但是由于分布式電源的接入，在系統(tǒng)電源突然消失后，分布式電源與110kV母及110kV母形成局部短時孤島13，由于分布式電源的存在，導(dǎo)致110kV母及110kV母上仍有電壓，備自投因檢無壓啟動條件不滿足而無法投入，需一直等到分布式電源失穩(wěn)后由變電站的穩(wěn)控裝置將其切除方可投入。故分布式電源的接入延長了備自投的啟動時間。(2).QF1對側(cè)開關(guān)有重合閘功能：當(dāng)分布式電源未接入時，若系統(tǒng)電源進線發(fā)生瞬時性故障，QF1對側(cè)開關(guān)跳開后經(jīng)延時檢無壓重合，備自投無需投入即可恢復(fù)供電。若系統(tǒng)電源進線發(fā)生永久性故障，開關(guān)重合后再次跳開此時備自投才可投入。故備自投裝置需經(jīng)延時躲過對側(cè)開關(guān)重合閘時間，

11、此時限較長。當(dāng)分布式電源接入后，由于DG的存在將導(dǎo)致QF1對側(cè)開關(guān)檢無壓重合失效14,15，若采用檢同期重合的方法，由文獻15可知同樣無法實現(xiàn)重合。此時若強行手動重合，將會對電網(wǎng)系統(tǒng)及分布式電源產(chǎn)生沖擊和破壞。因此在分布式電源接入后重合閘將失去迅速恢復(fù)瞬時故障的能力且備自投動作延時較長。故我們認(rèn)為對有分布式電源接入的變電站的進線開關(guān)不宜裝設(shè)重合閘，而是通過備自投裝置快速實現(xiàn)對負(fù)荷的供電。故如何解決分布式電源接入后變電站備用電源自投裝置快速投入的問題就顯得十分必要。2解決方案及其實現(xiàn)方法在不考慮孤島運行的前提下解決分布式電源接入后，備用電源自投裝置應(yīng)用問題的關(guān)鍵是在失去系統(tǒng)工作電源后如何可靠并快

12、速的切除工作母線上所接入的分布式電源。2.1解決方案為了可靠并快速的切除分布式電源，可采用以下兩種解決方案。方案一：將原進線線路保護改造為全線速動的光纖縱差保護。一旦進線線路發(fā)生故障，線路兩側(cè)開關(guān)跳閘的同時，聯(lián)跳分布式電源接入開關(guān)。備自投檢無壓啟動，從而加快備自投的速度。其不足之處就是改造成本較高。方案二：在開關(guān)QF1處加裝監(jiān)控裝置，該監(jiān)控裝置具備檢測開關(guān)QF1處的電壓、電流、功率方向等功能。由特定的運行方式知，當(dāng)正常運行時，開關(guān)QF1的功率流向為線路指向母線。當(dāng)電源進線線路發(fā)生故障時，由于分布式電源的接入，此時流過開關(guān)QF1的功率方向為母線指向線路。當(dāng)其他原因?qū)е聦?cè)開關(guān)誤跳，進線電源消失，

13、此時110kV母有電壓但流過開關(guān)QF1的電流為零。故一旦檢測到開關(guān)QF1處功率方向為母線指向線路或母線有壓但流過開關(guān)QF1的電流為零監(jiān)控裝置動作，其在跳開QF1同時將分布式電源接入開關(guān)（開關(guān)QF7）快速切除。圖2. 相鄰線路故障時的功率流向Fig2. Power flow direction when fault happened at adjacent line 此方案不足之處是當(dāng)上一級變電所中與系統(tǒng)電源進線相鄰的出線發(fā)生故障時功率元件將會誤動（見圖2）。為盡可能的減少誤動，可采用如下方法加以改進。方法1：設(shè)置電流門檻值，只有當(dāng)功率元件動作同時流過開關(guān)QF1處的電流大于此門檻值時監(jiān)控裝置才能

14、動作出口。該電流門檻值按上級變電所母線發(fā)生兩相短路時仍有一定的靈敏度來整定。方法2：采用方向距離保護，保護的動作值按線路全長來整定。經(jīng)上述兩種方法改進后可以有效的減少誤動。既便發(fā)生誤動，也可通過備自投裝置快速投入加以彌補。當(dāng)然為避免誤動也可采取備自投加0.3s延時的方法，但延長了備自投的動作時間。所以各有利弊。方案二對原有變電站設(shè)備改動小，成本低，且備自投工作于其他方式時，例如分段備自投、變壓器備自投等，均可以通過類似的技術(shù)手段加以實現(xiàn)，這里不在贅述。2.2實現(xiàn)方法為保證斷路器QF2在合閘之前分布式電源已確實跳開，以文獻12中進線備自投方式1中的動作邏輯為基礎(chǔ)做相應(yīng)的改進，即在備自投出口合閘與

15、門處加QF7為跳位的輸入條件，只有滿足此條件，經(jīng)Thxl延時QF2才可以合閘。對原動作邏輯的改動如圖3所示。圖3. DG接入后改動的部分邏輯原理框圖Fig3. Partial logic functional block diagram After modification with DG connected待母線恢復(fù)供電，裝置亦可通過檢測到開關(guān)QF7跳閘返回的信號和檢測到滿足母線有壓及QF7線路側(cè)無壓的條件后，裝置的開關(guān)節(jié)點向QF7發(fā)出合閘指令。DG機組則由其端口處的檢同期裝置重新并入變電站系統(tǒng)恢復(fù)供電。3結(jié)論本文以分布式電源接入單側(cè)電源110kV典型終端變電站為例，分析了DG的接入將會對該

16、變電站備用電源自投時延帶來哪些影響并提出了相應(yīng)的解決方案，得出如下結(jié)論：1、分布式電源的接入延長了備自投的啟動時間；2、對有分布式電源接入的變電站其電源進線開關(guān)不宜裝設(shè)重合閘，可通過備自投裝置快速實現(xiàn)對負(fù)荷的供電；3、為縮短備自投的動作時間提出了兩種解決方案： 方案一：將原進線線路保護改造為全線速動的光纖縱差保護，保護出口的同時聯(lián)跳分布式電源接入開關(guān)；方案二：在系統(tǒng)電源進線接入開關(guān)處加裝具備方向電流（距離）保護和識別對側(cè)開關(guān)誤跳等功能的監(jiān)控裝置，該裝置動作出口的同時聯(lián)跳分布式電源接入開關(guān)；本文推薦使用方案二。以上結(jié)論可為解決分布式電源接入后備自投裝置應(yīng)用問題提供一定的參考。參考文獻1 DL40

17、0-91繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程S能源部，19912 梁東明，黃智勇備用電源自投裝置在地區(qū)110kV電網(wǎng)中的應(yīng)用J高電壓技術(shù)，2003，29(8)：57-59LIANG Dong-ming,HUANG Zhi-yong. Application of automatic closer of stand-by power source in 110 kV distr- ict power networkJ. High Voltage Engineering, 2003, 29(8): 57-59.3 王風(fēng)華，黃海列西變110 kV系統(tǒng)備用電源自投方案研究J 電力自動化設(shè)備，2000，20(

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