光伏电站继电保护配置探讨

2016-08-10韦超

大科技 2016年30期

关键词：熔断器继电保护电站

韦超

（南方电网综合能源（云南）有限责任公司云南昆明650200）

光伏电站继电保护配置探讨

韦超

（南方电网综合能源（云南）有限责任公司云南昆明650200）

光伏发电作为太阳最重要的发电形式，在能源充分利用的基础上，使光伏发电技术和光伏产业迅速发展。为了保障光伏电站的运行安全，继电保护装置起到重要的作用。所以本文首先在分析光伏电站并网运行的基础上，探究光伏电站继电保护配置的标准，具体分析光伏电站几点保护配置，以更好的促进光伏电站的安全运行。

光伏电站；继电保护；保护装置

太阳能在大气圈外时到达地球上的光照强度可以达到1.38kW/m2。我国地大物博，太阳能资源十分丰富，全国将近2/3的土地，每年的日照总量可以超过2000h，所以说我国发展太阳能产业有着巨大的优势。而光伏电站为太阳能的发电提供了重要的技术支持。大型光伏电站的建设，是我国发展清洁新能源的重要战略路径。光伏电站的容量不大，所以当前光伏电站的建设实行的是并网运行的策略。并网运行的发展使接入配电网的光伏电站的数量逐步增加，促使配电网有原本的放射形式转变成多电源的形式，这种转变方式给光伏电站配电系统造成压力，为了保证光伏电站的运行安全，通常最有效的方式就是安装继电保护配置，以促进光伏电站的整体发展。

1 光伏电站并网系统概括

对于一般的大型光伏电站而言，通常由5部分共同组成（如图1），首先是光伏电池，光伏电池在电站中居于中心位置，通过光照吸收太阳能，并转化成电能。在光伏电站中，由于单个光伏电池的电容较小，在应用时多为多个电池排列运行，用户会根据光伏电站的要求，选择不同的光伏电池板，然后通过光伏阵列，将各个电池板阵列的电能集中起来，接入变换器；之后是DC/DC变换器和DC/AC逆变器，可以将直流电转化成交流电，实现光伏电站的并网控制。变换器的作用是稳定逆变器的侧电压，可以为用户提供直流的发电支持；然后是滤波器，可以有效的控制谐波电流，然后通过升压变压器接入电网。

图1 光伏电源并网系统

2 光伏电站继电保护必备配置

在新能源快速应用发展的今天，光伏电能有着强大的发展潜力，光伏电站的安全运行，也是保持电网稳定运作的重要影响因素。电站保护配置的应用必不可少，像逆变器的防孤岛保护，对光伏逆变器的防孤岛效应进行检测，防孤岛保护，当电网断电时并网的逆变器会立即停止发电；静止无功发生装置，该装置的应用经过电抗器并联于电网，通过调节桥式电路交流侧来输出电压，可以有效的控制直流逆变到交流上的电压值，保持系统的稳定运行。

而低电压穿越功能的运用更加促进了光伏电站继电保护系统的稳定发展，当发电机的电压降到了一定值时可以使电网不脱离并持续运行，甚至还可以为电网提供一定的无功系统自动恢复的能力，以减少电机组故障反复并网对电网的冲击。所以说低电压穿越和防孤岛保护两种功能存在一定的矛盾性，两者是否同时选取，要根据电站的具体运作规模和模式进行选择。如小型光伏电站，电网容量较小，在电网出现故障时，应立即保护，因此可以选择防孤岛保护装置；大型光伏电站，逆变器在电网中所占的比例较大，当出现故障时会对电网的稳定性产生重大的影响，所以应该低电压穿越功能。

3 继电保护配置策略

3.1 110kV继电保护配置

光伏电站一般会根据地区位置、装机规模等因素，选择不同的电压等级，一般的光伏电站所选的电压等级为110kV或者220kV。选择较多的则是110kV母线。为了更好的对110kV母线进行保护，一般要对母线进行差动保护配置，以保证光伏电网的稳定和安全，可以对110kV母线配置低周低压解列继电保护装置，主要的作用是当系统出现故障时，会及时的与故障断开，保障系统的运行安全。此外还需要对主变压器设置可以反映不同线路故障的保护装置。光伏电站的继电保护应该根据国家出台的《继电保护和安全自动装置技术规程》进行配置。如：①纵联差动保护。在变压器或者其引出线发生短路的故障时，可以对其起到主要保护的作用，当线路励磁通流和短路线路产生相互不平衡的电流时，纵联差动保护所需要具备的能力就是可以对其进行躲避；②零序电流保护。零序电流保护可以对单项接地的110kV线路进行故障保护，主要的作用是当主变压器两侧出现短路或者其它故障时，可以延动作于跳闸的产生；③主变过负荷。主要作用是党变压器出现过负荷的故障时，主变过负荷装置会发出故障警报的信号；④主变压力保护。该配置的主要作用是，当主变压器两侧出现故障时，会瞬时对其进行保护跳闸；⑤温度保护。顾名思义，就是当线路温度超度规定值时，会动作于使主变压器两侧跳闸断开。

3.2 35kV继电保护配置

35kV继电保护配置的作用是保护母线的线路灵敏度，进一步简化与35kV母线相互配合的各个元件，应该对35kV母线配置母差保护。应该配置：①电流速断保护。即如果35kV母线出现短路时会保护电流的整定，电流速断保护会根据电流的整定值，进行装置保护动作，选择断路器跳闸，通常情况下电流速断保护没有时限，存在一定的保护死区，所以要根据不同的光伏线路进行设置；②过电流保护。所谓的过电流保护就是当母线的电流超过规定的最大值时，使保护装置进行动作的一种线路保护形式。即当被保护的线路中流过的电流超多预先整定数值时，就会启动保护装置，动作断路器跳闸并发出警报信号；③单相接地保护。目的是快速的切除35kV线路的单相故障。除此之外对35kV保护时应该与箱变保护的全范围熔断器的熔断曲线进行配合。设置无功补偿装置，该装置的目的是改善电能质量，主要作用是无功补偿、降低电压波动和闪变以及抑制谐波。需要在无功补偿装置的电源侧设置电流速断、接地保护等保护配置，作为SVG（静止无功功率发生装置）的变压器后备保护配置。根据规定，通常情况下，应该110kV以下的光伏电站应该按主变流量15～25%的电容补偿量进行配置。

3.3 光伏电源接入系统和自动保护配置

光伏配电系统的继电保护应该具备两个重要功能，意识当故障出现时尅瞬时的隔离故障点，防止继电系统故障进一步恶化；其二是发生故障时可以发出警报和跳闸，延迟动作。通常情况下我国继电保护分为电流速断、限时电流速断、限过电流保护三段式的电流保护。当前为了更好的保障继电系统的运行，通常设置自动重合闸装置（AAR），当继电系统发生短暂性的故障时，供电保护会系统就会自动的开启重合闸保护对负载的电量进行持续的供给。重合闸在配置时，应该保障一次重合闸就要成功，保障断路器在断电后有足够的实践去熄灭电弧，将重合闸的时间限制在系统的一端并可以适时的延长，保障光伏发电系统有足够的时间跳出重合闸时间内，在非合闸时，应该注意保障电器线路处于无电压的状态，以减少对电网的冲击。

3.4 光伏阵列区保护配置

为了使光伏发电系统得到最大的发电功率，通常会根据不同光伏电站的位置、太阳能资源条件，将太阳能光伏的支架朝向一定的方位，从支架设置的仰角、偏角、遮挡的躲避、逆变器容量是否匹配等方面进行考虑，综合得出的将光伏发电系统发电功率升至最大的排布方式就是光伏阵列。光伏电站为了有效的对光伏阵列的故障进行隔离，也为了避免在接线时出现误差或其它原因所导致局部故障而形成过流故障，一般在光伏阵列区会利用熔断器和断路器对其进行保护。

光伏阵列区的箱变保护，采用的是变压器保护用全范围熔断器，熔断器作为箱变短路或者过载故障的保护装置，在进行熔断器配置时需要与变压器的容量相互配合（如表1），也就是说当变压器出现故障时，熔断器熔断，由于不同线路的变压器容量不同，所选择的熔断器的类型也要有区别，通常当熔断器熔断后需要更换同种厂家、同种类型的熔断器。

表1 变压器容量与熔断器配置

此外为了保护逆变器到箱变之间的电缆，也需要在箱变的低压侧配置断路器，作用是当故障发生时，断路器内智能控制器会迅速的做出动作反应实现速断保护。通常情况下光伏电站的并网系统中存在两种形式的逆变器，一种是电压源型的逆变器，另一种是电流源型的逆变器，第一种逆变器由于工作效率较高，所以应用的范围也比较广泛。逆变器的作用就是将直流电能转变成能够并入到光伏电网中的交流电能。为了更好的发挥逆变器的作用，应该对其进行极性反接保护、过温保护、过流保护等配置。