光伏发电站配电系统与继电保护研究

国能清远清洁能源有限公司 肖俊杰

最近数年来，我国科学技术与经济条件逐步改善，工业生产与居民日常生活对电能的需求逐步提升，电力系统因而得到更为广泛的重视与应用。随着诸多大型光伏电站的建成与投入使用，光伏电站在电力系统中的地位日益提升，在设计规划光伏发电站配电系统时需综合考虑多种因素，本文以某光伏发电站为例，探讨了该站配电线路的设计方案与继电保护措施。

发电站周边自然条件为：亚热带季风性气候，夏季炎热、冬季相对寒冷，全年高温区段集中在夏季8月份；夏季降水丰富，每年雷暴日总数约30天，冬季上冻，土壤冻结深度约1m，砂质黏土居多。当地太阳能资源丰富，全年日照时长月2550～3500小时，年辐射量超5400MJ/M2.a，日照百分率处在60%～80%之间，为光伏电站提供了良好的环境。

发电站结构布局：该光伏发电站占地较大，被划分为多个区域，还配备一座污水提升站；发电站配电系统负荷情况：该光伏发电站的所有区域都需消耗电能，且绝大部分用电设备都属于二类负荷，年最大负荷利用小时数为6000h，每个区域有380V负荷。

1 继电保护系统综述

线路过电流保护。指的是当电力线路中通过的电流超出预先规定的最大值时，发动保护装置进行处理的方式；定时限过电流保护的动作原理。定时限过电流保护指的是供电系统被保护线路短路时，能够作出反应并用动作时间保证选择性的保护方式。反时限过电流保护中，短路电流大小与反应时间成反比。

电流速断保护。为弥补定时限过电流保护中的缺陷，确保动作选择性，可适当提高电流整定值，缩短动作时限，此类方法称为电流速断保护，其中的无时限电流速断保护存在保护死区，因此不可单独使用，否则可能出现安全事故。而在无时限电流速断保护有效范围外增添定时限电流速断保护装置，则能够解决该部分的短路故障，完善保护系统。因此无时限电流速断保护常用于小电流接地系统中，并与定时限过电流保护配合使用。

电网的距离保护。电网的距离保护指用阻抗构成的继电保护系统，能精准反映故障位置和保护装置安装处的距离，并根据该距离调整动作时间。若配电系统短路处距离装置较近、动作时间较短；若短路处距离装置距离较大、动作时间则较长，因此系统能够选择性处理故障线路。距离保护的最大优点是受到保护系统运行方式较小，能保持稳定性能。

电力变压器保护。若电路中出现异常，导致变压器各项物理参数过高或过低，都容易使其发生故障、降低电力传动效率，影响整个发电站的正常运转，还可能带来较大经济损失。因此，必须为电力变压器添加继电保护系统，实时监测其功率、电压、电流等的高低变化，实现有效调节，确保变压器能够安全平稳运行，为厂房稳定供电。

过电流保护。设计变压器的继电保护系统时，还需考虑对大电流的防范，并在高压端与低压端放置断路器，当检测到变压器两段电流过大时，立刻切断电路连接，缩小故障范围。当出现异常跳闸时，过电流保护装置还可当成总线使用，以保护低压侧。但需注意的是，若变压器短路，容易出现阻抗保护与延时过高现象，因此设计保护系统时要根据所用变压器的热稳定性设定装置参数。

过负荷保护。过负荷保护指的是将保护装置接在某一相电路中，当被保护元器件超过规定负荷，自动断开回路，从而保护元件。一般延时动作于信号，或延时跳闸、自动延时减少电路负荷。绝大多数情况下变压器过负荷为三相对称，因此只需对其中一相进行监测与保护即可。

零序电流保护。指的是在变压器线路上安装零序电流互感器，低压侧中性点直接接地，利用接地系统产生的较大零序电流保护电路。若光伏发电站配电系统中包含多台变压器并列运行，则只能有部分变压器的低压侧中性点接地。

安全用电。由于光伏发电站中包含大量易燃物品与精密仪器设备，静电也可能造成危害。据统计，在光伏发电站发生的触电事件中，低压触电事故数量较多，且在雷雨季节发生频率较高。为避免工作人员随意靠近配电系统，应在重要电路装置和电缆旁边安装栏杆、警示牌等，让全体职员及附近社会人士远离配电系统；所有高压带电体都要妥善保护、严禁裸露安装，且必须在旁边设置清晰的警示牌，警醒职员。

防雷保护。防雷保护系统一般由三种装置构成，第一是接闪器，能够吸收雷云放电；第二是连通装置，即引下线，需具有较强的物理性能，耐腐蚀性强、在高温下保持稳定；第三则是接地装置，能够将雷电流均匀地引入大地。

2 电气设备选择与继电保护

2.1 设备选择依据

选择配电系统的电气设备时，需根据实际使用需求和使用环境挑选对应型号的设备，并按照使用环境中的最大短路电流依次对设备性能进行检验。

2.2 总降压变电所设备选择

总降压变电所一、二次侧设备主要包括高压断路器、高压隔离开关、电压互感器与电流互感器等，其中一次侧在户外，二次侧在户内。因此，高压断路器可选用SW2-35/1000型户外少油断路器；高压隔离开关可选取GW2-35/600型户外高压隔离开关；电压互感器使用SN10-10I/630-300型电压互感器；电流互感器选择LQZQD-35型户外独立式电流互感器；二次测设备的高压断路器可选用SN10-10/630-300型户内少油断路器；高压隔离开关可选用GN1-10/200型户内高压隔离开关；电压互感器可用JDF-10型电压互感器；电流互感器可用LAJ-10型电流互感器。

2.3 其他选择及继电保护

车间线路设备选择。可选用SN10-10II 型户内少油断路器；GN1-10/400型户内高压隔离开关；JDF-10型电压互感器与LQZQ-10型电流互感器；母线选择。总降压变电所35kV 侧母线可选用LMY-63×6.3型矩形硬铝母线，10kV 侧母线同上；避雷器选择。选择避雷器时，须确保避雷器额定电压与安装处的系统电压一致，避雷器灭弧电压大于网络电压的1.1倍，工频放电电压不小于系统最大相电压的3.5倍，最后，避雷器需与电器绝缘配合。因此，可在35kV 进线处选取FZ-35型号避雷器，在10kV 选择FZ-10型号避雷器。

高压线路到变电所二次侧的继电保护。本光伏发电站变电所可使用定时限过电流保护，采用DL型继电器，接线系数设置为1；过负荷保护动作整定时间设置为15s；总降压变电所电力变压器继电保护。总降压变电所可采用定时限过电流保护，同样选用DL 型继电器，并将接线系数设置为1；负荷保护动作时间整定为15s。

3 外部保护与接地设计

防雷设计。本发电站变电所的总面积为50m×80m，考虑到反击问题，选择在距离变电所6m 处布置四根等高的避雷针，其中每两根相邻避雷针的间距分别为80m 与60m，对位避雷针间距为100m。假设变电所平均高度为16m，经计算得知当避雷针高度为28.5m 时，能够将所有区域纳入保护区内。

接地保护设计。本次接地保护设计要求接地电阻小于等于10欧姆，根据本光伏发电站周围土质，可视作其电阻为1000欧姆，可使用φ50mm 的长2.5m 钢管共计50根构建接地体，钢管间距为6mm。经计算得知该设计能够满足上述要求。

综上，经济与科学技术的高速发展使得电力系统复杂程度逐步提升，本文明确指出了本课题研究背景与价值。通过对光伏发电站配电系统供电系统的详细描述，针对光伏发电站配电系统保护线路进行了设计，挑选适宜的装置，并根据现实环境给出外部防雷措施、接地保护方案等。