AM5SE-IS防孤島保護裝置在福建鑫旭日電力集團項目中的應用

摘 要：近幾年，新能源的利用越來(lái)越廣泛，國家對光伏電站系統的建設十分重視，促使光伏并網(wǎng)系統被大量使用。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護裝置可以適用于光伏發(fā)電并網(wǎng)供電系統。當發(fā)生孤島現象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護人員的生命安全，降低人力維護成本。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)系統；防孤島保護；孤島現象

1概述

福建鑫旭日電力建設集團有限公司成立于2008年4月22日，占地面積42486平方米，總建筑面積61548平方米?，F集團下屬有電力勘察設計院、電氣設備制造廠(chǎng)、電力建設公司（變電公司、配電公司）為一體的國家優(yōu)良企業(yè)。是國網(wǎng)公司供配電設施入圍單位，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供應商。公司產(chǎn)品包括安全型充氣柜、中置柜、低壓柜、預裝式變電站、動(dòng)力配電箱等?，F集團公司在職人員500多人，年業(yè)績(jì)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，目前已是國內較有競爭力的電力工程EPC總承包的大型企業(yè)。

2 產(chǎn)品需求

本次針對福建鑫旭日電力集團澤勝翔安火炬園10/0.4KV光伏項目裝設AM5SE-IS防孤島保護裝置，主要是利用裝置中的頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘功能實(shí)現對整個(gè)系統的保護作用。

正常運行時(shí)，線(xiàn)路的頻率處于平衡穩定的值，當頻率波動(dòng)較大，其頻率變化率超過(guò)了規定的定值時(shí)，可能會(huì )導致用電設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，需要頻率突變保護功能跳開(kāi)并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，對電站起到保護作用。

頻率突變跳閘保護功能主要是監測線(xiàn)路中的頻率變化率，當線(xiàn)路有流，或線(xiàn)路有壓且斷路器合閘時(shí)，若頻率變化率df/dt大于頻率突變定值，裝置經(jīng)可設延時(shí)發(fā)出頻率突變跳閘命令。保護邏輯如下圖。

圖1 頻率突變保護邏輯

有壓自動(dòng)合閘保護功能主要是為了能夠保護電網(wǎng)與光伏電站之間安全工作同時(shí)，保證用戶(hù)的方便，需要做到光伏電站系統欠壓/失壓自動(dòng)跳閘，檢有壓后自動(dòng)合閘。這樣既可保證設備的安全，電網(wǎng)的穩定，又可降低人力維護成本。

當檢測到市電側電壓恢復正常，頻率正常，且待并側電壓和市電側電壓的電壓幅值、電壓頻率和電壓相角滿(mǎn)足同期條件時(shí)，若斷路器處于分位，裝置經(jīng)可設延時(shí)發(fā)出有壓自動(dòng)合閘命令。其中，同期動(dòng)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(dòng)作條件，僅判斷市電側電壓、頻率。保護邏輯如下圖。

圖2 有壓自動(dòng)合閘保護邏輯

3 產(chǎn)品方案

本工程線(xiàn)路主要包括市電側和光伏并網(wǎng)側兩大部分，由于孤島效應在光伏并網(wǎng)系統中經(jīng)常發(fā)生，因此需要在并網(wǎng)柜處安裝AM5SE-IS防孤島保護裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運行，整個(gè)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計如下：

圖4 一次方案設計圖

圖5 并網(wǎng)柜二次原理圖

4 測試

在與客戶(hù)進(jìn)行了有效溝通的基礎上，客戶(hù)于2022年1月5日對防孤島保護裝置的頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護功能進(jìn)行調試。

（1）測試儀器和保護裝置

圖6 現場(chǎng)AE型繼電保護測試儀電壓電流接線(xiàn)

圖7  AM5SE-IS防孤島保護裝置一次模擬圖                圖8 現場(chǎng)調試環(huán)境   

（1）頻率突變保護測試

1）測試項目

根據現場(chǎng)施工圖紙及客戶(hù)需求，本次頻率突變保護裝置測試值設置見(jiàn)表1：

表1 AM5SE-IS頻率突變保護測試值設置

2）測試流程

根據表1所示進(jìn)行現場(chǎng)接線(xiàn)與測試值設置。

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設置頻率變化率參數，裝置經(jīng)延時(shí)保護跳閘，對應的指示燈亮，如圖11所示。

圖9 斷路器合閘狀態(tài)

圖10 頻率突變參數設置

圖11 頻率突變保護動(dòng)作事件記錄

（1）有壓自動(dòng)合閘保護測試

1）測試項目

根據現場(chǎng)施工圖紙及客戶(hù)需求，本次有壓自動(dòng)合閘保護要求在市電側和并網(wǎng)側檢同期的情況下，觸發(fā)有壓自動(dòng)合閘保護功能，所以需要有壓自動(dòng)合閘和同期功能都投入，有壓自動(dòng)合閘保護測試值設置見(jiàn)表2，檢同期測試值設置見(jiàn)表3：

表2 AM5SE-IS有壓自動(dòng)合閘測試值設置

表3 AM5SE-IS檢同期測試值設置

2）測試流程

根據表2、表3所示進(jìn)行現場(chǎng)接線(xiàn)與測試值設置。

先讓斷路器處于分閘的狀態(tài)，如圖12所示，并給合后位開(kāi)入對應的開(kāi)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，具體設置如圖13所示。經(jīng)延時(shí)，裝置發(fā)出同期合閘及保護合閘事件記錄，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(dòng)作事件記錄                圖15 有壓自動(dòng)合閘動(dòng)作事件記錄

圖16 電壓、頻率遙測顯示

（1）測試結論

本次測試對AM5SE-IS防孤島保護裝置進(jìn)行了頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護功能驗證，測試結果均符合用戶(hù)技術(shù)要求。AM5SE-IS防孤島保護裝置的頻率突變跳閘能有效防止線(xiàn)路頻率變化率突變，有壓自動(dòng)合閘保護能夠在系統失壓后檢測到有壓，斷路器自動(dòng)合閘，可以確保系統恢復正常供電。

5 結語(yǔ)

防孤島保護裝置是光伏并網(wǎng)系統中的重要組成部分，許多重要場(chǎng)所0.4kV的低壓變電站都會(huì )引入燃油發(fā)電機或者小型光伏變電站，這些基本為用戶(hù)側自備式電源系統，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防孤島保護裝置頻率突變功能可對線(xiàn)路中的頻率變化率進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，當檢測到頻率變化率超過(guò)了規定的定值時(shí)，裝置發(fā)出頻率突變跳閘命令跳開(kāi)斷路器。有壓自動(dòng)合閘功能可做到光伏電站系統欠壓/失壓自動(dòng)跳閘，檢有壓后自動(dòng)合閘。這樣既可保證設備的安全，電網(wǎng)的穩定，又可降低人力維護成本。

參考文獻

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6月版

[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統設計與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版

[3] 安科瑞用戶(hù)變電站綜合自動(dòng)化與運維解決方案.2021.11月版