方保垒 王任 袁震
（山东枣庄供电公司 山东枣庄 277100）
摘要：为了解决小电源在智能变电站并网给继电保护专业带来的设计及施工难题，如备自投联切小电源、小电源并网后变电站的供电可靠性降低等，该文提出了小电源并网的一种实用保护解决方案。该方案保护配置合理，二次回路简单可行，有效解决了智能站备自投装置通过光口联切常规小电源保护装置的难题，极大地提高了并网变电站的供电可靠性。在实践中证明该方案简单有效。
关键词：智能变电站；小电源；保护；虚端子
Abstract: In order to solve the design and construction problems that small power supply grid-connected in the smart substation brings to the relay protection professional , such as intertripping the small power by automatic input device of standby power supply , decreasing of power supply reliability of the substation after the small power grid-connected and so on, this paper proposes a practical protection solutions about the small power supply grid-connected. In this scheme ,protection configuration is reasonable, secondary circuit is simple and feasible.This scheme effectively solves the problem brought by intertripping the conventional small power supply through optical interfaces in smart substations , and greatly improves the power supply reliability of grid substations. The scheme has been proved simple and effective in practice.
Keywords: Smart substation; Small power supply; Protection; Virtual terminal
0 引言
近几年，基于IES61850通信的智能变电站如雨后春笋般建设起来并投入运行，但随着经济的发展，这些智能变电站正逐渐面临着扩建与改造的局面。并且，随着光伏发电与风力发电等分布式电源的增多，利用110kV变电站并网的10kV小电源（ 光伏发电和风力发电电厂）日益增多。小电源在常规110kV变电站并网，保护解决方案已经比较成熟，但是对于110kV智能变电站，小电源并网的保护解决方案并不成熟，如110kV进线需要增加保护装置，110kV备自投需要增加联切小电源的回路设计等。针对这些问题，本文通过列举一个工程实例，提出了一种简单实用的小电源并网的解决方案，可有效解决上述问题。
1 小电源在110kV智能变电站并网的一次接线图介绍
小电源（光伏发电）在110kV变电站并网，一般是在110kV变电站的10kV 母线上接入，因此本文就以小电源在110kV变电站的10kV 母线并网为例进行讨论。图1 为小电源在110kV变电站并网的典型接线图。
主接线图：
图1 小电源在110kV变电站并网的典型接线图
图中，小电源电站10kV出线2回，分别接至该110kV智能变电站2台主变的10kV侧母线上。
2 110kV智能站110kV进线的保护解决方案
小电源并网后的110kV变电站存在光伏盈余电力升压至110kV电压等级外送的情况，因此站内110kV进线应增加相应的线路保护。在本次工程实例中，考虑到该110kV智能站110kV进线距离较远且均无随线光缆，因此2回110kV进线均按距离及零序电流保护配置，并配置三相重合闸功能。
在常规站进行该方案时，需要二次回路设计，包括保护装置的二次电流回路、二次电压回路、断路器位置等开入回路、跳闸回路、重合闸回路、主变保护动作闭锁重合闸回路、信号回路等，这些回路均可通过敷设二次电缆、接线来实现。
对于智能变电站，线路保护需要实现的功能同常规变电站需要实现的功能一致。但区别在于智能站的这些“回路”是通过连接光纤链路、拉虚端子来实现的。线路保护装置与该线路的合并单元和智能终端之间连接的光纤链路如下图所示：
图3 线路保护装置的SV采样虚端子详图
这里需要注意的是，由于该工程实例中，线路保护所用的电流与主变保护所用的电流出自同一电流互感器二次绕组及合并单元，在前期工程中主变保护所用的二次电流极性是以母线指向主变，但线路保护需要的二次电流极性是由母线指向线路，因此在文件配置时，需要在保护装置的SV接收中将接收的二次电流的极性取反，这样保护装置采集到的二次电流的方向才满足保护需要。
由于保护装置还需要开关位置、闭锁重合闸等开入量，该线路保护的GOOSE接收虚端子可按下图来联接：
图5 线路保护装置的GOOSE发送虚端子详图
这里需要注意的是，主变保护（包括非电量保护）动作跳110kV进线开关时，需要闭锁线路保护的重合闸（放置重合后对故障主变再次进行冲击）。由于主变保护发给110kV进线智能终端的跳闸命令是永跳，智能终端接收到永跳命令后，会发出“闭锁本套保护重合闸”命令，如图四中的闭锁重合闸虚端子联接，因此联接该虚端子后，主变保护动作闭锁线路保护重合闸功能即可实现。同时由于站内主变非电量跳闸仍是通过二次电缆实现，因此此时需检查之前的非电量跳闸是否接到了永跳或手跳的位置，这样当主变非电量保护动作时即可闭锁线路保护重合闸。
3、110kV备自投装置联切小电源保护方案
电力系统对发电厂厂用电、变电所供电可靠性要求很高，因为发电厂厂用电、变电站一旦供电中断，可能造成整个发电厂、变电站全站停电，后果十分严重。为保证供电可靠性，设置了备用电源。当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速的将备用电源投入工作，这就是备用电源自动投入装置，简称备自投装置。备自投装置现在已经广泛的应用在变电站中。当地方有小电源并网发电，为防止备自投装置动作后备用线路与小电源非同期并列，保护小电源，需在备自投装置中增加联切小电源逻辑回路。
对于常规变电站，备自投装置在备自投动作跳110kV进线开关的同时，会开出另外两幅接点，构成小电源的联切回路。但对于智能变电站，小电源并网安装的是常规保护装置，只能接收电量，即只能通过二次回路来实现跳闸，而该智能站内的备自投装置只能发送GOOSE跳闸命令，即跳闸命令走的是光纤，无法直接联切小电源。这就需要增设一个转换环节，让备自投发出联切小电源的GOOSE跳闸命令驱动硬接点，构成联切小电源的二次回路。通过在施工现场的多次研究与实验，最终决定在110kV备自投装置与#2主变10kV侧智能终端之间联接虚端子，通过主变10kV侧智能终端将GOOSE跳闸命令转换成硬接点，实现联切小电源回路。增加的光线链路如下图中红色实线所示：
图8 110kV备自投装置动作跳1DL开关时，联切小电源1和2的二次回路
同样，110kV备自投装置跳2DL开关的同时，通过“13-跳2DL”、“14-跳2DL备用开出1”驱动出口接点“2-3”、“2-4”，实现联切小电源1和小电源2。
4 小电源并网线路保护解决方案
该工程中，小电源（光伏电站）10kV出线2回，分别接至该110kV智能变电站2台主变的10kV侧母线上，小电源线路两侧应采用差动保护。在10kV光伏电站～110kV智能变电站双回线路两侧配置光纤电流差动保护，含有三段或四段可经复压和方向闭锁的过流保护，配置三相重合闸功能、及三相操作箱，并且并网线路要具备光缆通道。
5 其他事宜
在光伏电站，逆变器将直流转换为交流的过程中，不可避免地会产生谐波，所以并网逆变器的质量与性能对并网交流电的电能质量有着重要的影响。尽管电能质量对居民生活来说没有太大的影响，但是对工业生产和公司工作却有着巨大的影响，片刻电能的丢失和陷落都会导致生产制造工序和计算机的重新启动，这样就会造成难以估计的损失。本工程在110kV智能变电站侧配置1套电能质量在线监测装置，实现对光伏电站并网线路及母线电能质量连续监测，以确保电网安全运行。
6 结束语
小电源在智能变电站并网给保护专业的设计和安装调试带来一定的技术难题，如备自投联切小电源、小电源并网后变电站的供电可靠性降低等。该文提出了小电源并网的一种实用保护解决方案，包括110kV进线增加线路保护方案、110kV备自投联切小电源方案、小电源线路两侧保护配置方案等。该方案保护配置合理，二次回路简单可行，有效解决了智能站备自投装置通过光口联切常规小电源保护装置等技术难题，极大地提高了并网变电站的供电可靠性。
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作者简介：
方保垒（1988-），男，助理工程师，主要从事电力系统继电保护专业方面的工作。
论文作者:方保垒,王任,袁震
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/6/30
标签：电源论文; 变电站论文; 回路论文; 智能论文; 线路论文; 装置论文; 母线论文; 《电力设备》2016年第9期论文;