地方小电源并网给电力系统带来的问题及解决措施.pdf

小水电 2 0 1 2 年第3 期 ( 总第 1 6 5 期) 技术交流 地 方小 电源并 网给 电力系统带来 的 问题 及 解 决措施 江涛 ( 中海油新能源威海风 电有限公 司 山东威海2 6 4 2 0 0 ) 许春华 ( 威海供电公 司 山东威海2 6 4 2 0 0 ) 周文彬 ( 威海职业学院机 电系 山东威海2 6 4 2 0 0 ) 【 摘要】在不影响电力系统稳定及供电可靠性的前提下，尽可能避免系统短路容量增大带来的问题 ，正确地使用继 电保护及 自动装置 。这在经济持续增长、电力需求不断扩大的今天是非常重要的。以威海市区 A站、B站 2座2 2 0 k V 变电 站为主电源，并A 3 5 k V 3座小型热电厂的城市配电网的研究模型，首先对短路容量进行了分析，并提出了限制 系统短路容 量的基本措施 ，在此基础上提 出了并网线路的继电保护及 自动装置的标准配置方案。图2幅。 【 关键词】地方小电源 并网运行短路容量配置方案 0 引 舌 近几年 ，为节能降耗 、改善环境 ，山东省威海 市大力发展城市集 中供热 ，市区 3 座小型热电联产 电厂相继并网，容量不断增大。地方小 电源通过多 条并 网线路 ，并人2 2 0 k V主网变 电站中压侧 ，给 中 压侧的短路容量带来较大的影响 ，电源联络线的继 电保护配置问题也越来越突出；同时 ，为保证系统 快速 、稳定恢复供电，还增设 了自动重合闸装置 。 1 短路容量的增大及限制措施 近十年来 ，市区先后扩建 、新建了第一热电厂 1 6 号机 ( 容量 2 X 1 2万 k W +4 X 3万 k W) ，第 二热电厂 1 5号机 ( 容 量 20 3万 k W +0 6万 k W+2 1 2 万 k w) ，第三热电厂 1 、2号机 ( 容量 2 X 1 2万 k w) 。已经批复待建 的项 目有 ：第 一热 电厂 7 、8号 机 ( 容量 2 X 3万 k w) ，分 别 并 入 2 2 0 k V A站 、B站3 5 k V 母线 ( 见图 1 、图 2 ) 。 随着地方电厂新增机组的投运并网，相关变 电 站的母线短路容量可能增大 ，从而导致某些变电站 的一次设备无法满足运行要求 ；因此 ，仅以2 2 0 k V A站、B站 开关 的遮 断容量为例进 行对 比计算分 析，其他的站内设备不进行分析。 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 3 2 0 作者简介：江涛 ( 1 9 7 0一) ，男，工程师，主要从事工业 电气自动化在电厂的应用和管理工作。 E m a i l ：j t 一 9 7 0 4 0 6 1 6 3 e o m。 2 2 0 k VA 站 3 5 k V母 线 第三热电厂 第二热电厂 图 1 2 2 0 k V A站配 电网 2 2 0 k vB站 3 5 k V母线 第一热 电厂 图 2 2 2 0 R V B站配 电网 1 9 技术交流 一 ： k V一 3 0 0 0 A l 2。 B站主变3 5 k V 侧装设电抗器：X X X X -3 5 k V 一 2 5 0 0 A一 8 。 B站主变1 O k V 侧更换电抗器：X X X X -1 0 k V 一 23 0 0 0 A 一 1 0。 本方案可从根本上限制系统短路容量。 1 2 3 第三种方案 将2 2 0 k V A站、B站主变压器更换为高阻抗变 压器，从而达到限制短路电流的目的。本方案同第 一 种方案均存在投资大和工作量大的问题。 1 2 4 第 四种方案 限制系统运行方式 ，即将 A站、B站主变分列 运行 ，A站、B站系统之间的倒换及母线倒换必须 采用将 电厂解列或停电倒换的方式。 1 )第一种情况 。A站主变采取并列运行方式 ， B站采取 1台主变运行 ，各地方热电厂均不并 网， A站与 B站系统可 以通过合环方式调电。 2 )第二种情况 。A站主变采取并列运行方式 ， 任一地方热电厂并网；由于受 A站3 5 k V 母线短路 容量的限制，A站和 B站系统严禁通过合环的方式 调电。 3 )第三种情况。A站主变采取分列运行方式 ， 第二热 电厂 5号机组并网后 ，受 A站3 5 k v 母线短 路容量限制 ，A站和 B站系统严禁通过合环的方式 调电。 4 )第 四种情况。A站主变采取分列运行方式 ， B站主变采取并列运行方式 ，第一热电厂 5 、6号 ( 或 3 、4号 )并于 B站；由于受 B站 3 5 、1 0 k V 母 线短路容量限制 ，A站和 B站系统严禁通过合环的 方式调电。 本方案也可限制系统短路容量 ，但系统运行方 式受地方热电厂开机方式变化的影响较大。 1 3结 论 经对上述方案的综合分析 比较 ，采取了第二种 方案与第 四种方案相结合的措施 ，能够节省设备投 资和工程量 ，即在小热电厂并人系统联络线之前装 设限流电抗器，A站主变分列运行，既可限制小热 电厂并人3 5 k V N： 线的短路容量 ，又可根据热电厂机 组并网的隋况，及时调整 A站、B站主变运行方式。 经过几年的运行 ，效果 比较明显 。 1 1结果 分析 第一热电厂 5 8 号机组并网后，使 B站 3 5 、 1 0 k V N线短路容量增加较大。在 B站主变并列运 行时 ，将造成 B站3 5 k V 线路开关 、l O k V 线路开关 满足不了短路容量的运行要求 ，必须采取措施加以 限制。 同样 ，在 A站主变并列运行条件 下，第三热 电厂 1 、2 号机组并网，将使A站3 5 k V 额定短路开 断电流为2 5 k A 的线路开关不能满足短路容量 的运 行要求 ，需要采取限制措施。在任何情况下，A站 1 0 k V N： 线的短路容量能够达到运行要求 ，可 以不 用考虑。 通过对各相关变电站母线系统短路容量的计 算 ，不论何种运行方式都能够满足运行 的要求 ，因 此也可以不予考虑。 1 2 措 施 由计算分析结果可知 ，各小型热电厂规划机组 并人系统前 ，为满足系统短路容量的运行要求 ，需 要采取限制短路容量的措施或是进行必要的一次设 备更换。 1 2 1 第一种方案 更换 A站 、B站3 5 k V 开关及 B站 1 0 k V 开关 ， 提高开关 的遮断容量 ，但存在改造设备成本高 、工 程量大的问题 。 1 2 2 第二种方案 在不同位置装设电抗器进行限流。 1 )第一 种情 况。为 限制小 热 电厂 并人 系统 3 5 k V 母线 的短路容量 ，在其并入 网站联络线 之前 装设电抗器进行限流 ，粗选如下限流电抗器 ： 第一 热 电 厂 主 变 压 器 低 压侧 装 设 电抗 器 ： X X X X -6 3 k V 一2 0 0 0 1 2 (1 、2 号2 台 ) 、 ) ( ) ( X X 一6 3 k V 一3 0 0 0 A _ 一 1 2( 38 号 6台) 。 第二 热 电厂 主变 压 器 低 压 侧 装 设 电 抗 器 ： x x x x 一1 O k V 一2 0 0 0 A _ 1 2( 2台) 。 第三 热 电厂 主变 压 器 低 压 侧 装 设 电 抗 器 ： X X X X -6 3 k V 一2 0 0 0 A 一1 2( 2台) 。 2 )第 二种 情 况。在 2 2 0 k V A站 、B站 主变 3 5 k v 侧装设 限流电抗器 ，B站主变1 0 k V 侧分裂 电 抗器需更换。粗选如下限流电抗器 ： A站 主 变 3 5 k V侧 装 设 电 抗 器 ：X X X X -3 5 2 0 小水电 2 0 1 2 年第3 期 ( 总第1 6 5 期) 技术交流 2 联络线的保护配置方案 2 1 3 5 k V 联络 线 的保护 配置 为保证电力系统的稳定运行 ，要求快速切除联 络线故障。小 电源并网线必须根据实际情况制定可 行性 的保护配置方案。 2 1 1 方案 1 ：配置 电流保护 由于小电源和系统差异较大 ，因此联络线配置 电流保护受运行方式变化的影响，有很大的局限陛。 经过大量 的计算表明 ，联络线的电流 I段保护 在小电源大方式下 出口灵敏度达到 1 是 可以用 的， 但在小电源， J -下出口灵敏度很低，基本不起作用。 电流保护其他段躲背后故障能力差，需要增加 方向闭锁。 2 1 2 方案 2 ：配置距离保护 由于距离保护不受系统方式变化 的影响 ，适应 性强 ，联络线的线末灵敏度能够满足要求 。 但采用距离保护时，要考虑 F r r 断线闭锁距离 保护 ，需要增加无方 向的过流保护。 2 1 3 方案 3 ：配置纵联差动保护 随着光纤通信的迅速发展和广泛应用，纵联差 动保护的应用也越来越广 ，技术也越来越成熟。 第一种情况 。通过配置纵联差动保护，联络线 两侧线路故障能同时被快速切除 ，全线速动得到保 证。为实现后备保 护需 同时配置距 离保护或 电流 保护。 第二种情况。要求联络线两侧的纵联差动保护 装置一致 ；同时须加强维护管理 ，提高通道 的可 靠性 。 2 1 4 结论 通过大量计算 ，结果表明一般 电压等级3 5 k V、 容量8 0 0 0 k V A以下 的升压 变在分列 运行时 ，联络 线末的灵敏度 1 5 ，联络线故障不仅能快速切除， 而且配置的纵联差动和方 向电流后备保护完全能满 足系统可靠性要求。 在如图 1 所示的复杂配电网中，联络线经过两 级或三级才能并入 主网2 2 0 k V 变 电站 A站 、B站 ， 灵敏度无法满足配合 要求 ，应配置距 离保护做后 备，代替方向电流后备保护。此种情况仍需要配置 F r r 断线过流保护。 运行经验表明，效果最佳的配置方案为纵联差 动和距离保护。 2 2自动装 置 的配置 考虑到系统的稳定及供电的可靠性，2 2 0 k V 线 路发生单相瞬时陛接地故障，保护动作跳闸后，主 电源侧多采用 “ 检线路无压重合”方式，终端变侧 则采用 “ 检同期重合闸”方式进行 自动重合闸；目 的是保证系统稳定 、迅速恢复供 电。 因为主网2 2 0 k V 终端变电站中压侧 为小电源系 统 ，地方小 电源在2 2 0 k V 主网发生线路故障，导致 保护动作跳闸后 ，会形成独立的、局部的小系统。 为保证小电源系统的安全稳定运行 ，要考虑联络线 的低频低压解列 ，这就需要考虑上述两种 自动装置 的配合使用。 2 2 1 2 2 0 k V 线路重合闸问题 在运 行 中 发 现 ，主 网2 2 0 k V终 端 变 电 站 的 2 2 0 k V 线路故障跳闸后 ，会出现两种运行情况 。 1 )负荷平衡 的情况 。对于2 2 0 k V B站 ，3 5 k V 小电源大方式下 ，能够带变 电站全部负荷 ，2 2 0 k V 线路检线路同期三相重合方式就能动作。 2 )负荷不平衡的情况。如果3 5 k V 小电源不能 带变 电站全部负荷 ，引起母线 电压及频率下降，不 能满足同期条件 ，造成2 2 0 k V 线路终端变侧重合 闸 拒动 ；同时 ，小电源将靠联络线的低频低压 自动装 置动作 ，与系统解列 ，这将导致主网2 2 0 k V 终端变 电站损失负荷。 为此 ，提出解决方案 ： 第一种方案。采取解列重合 闸方式 ，2 2 0 k V 线 路断路器故障跳闸时联跳3 5 k V 联络线，能够保证 2 2 0 k V 线路断路器故障跳 闸后 ，重合 闸动作正确。 待重合成功后 ，再恢复3 5 k V 联络线送电。 第二种方案。2 2 0 k V 线路故障时，不跳终端变 侧断路器 ，保护 动作跳3 5 k V 联络线 ，保证将小 电 源可靠 切 除 ，待 系 统 电源 侧 重 合 成 功后 ，再 将 3 5 k V 联络线恢复送电。 第三种方案。2 2 0 k V 线路保护的重合闸增加检 母线无电压方式 ，采用检查母线无电压三相故障鉴 别重合闸，即由于单相故障引起三相跳闸，重合三 相 ；由于相间故障引起三相跳闸 ，不重合三相。 3 )针对 负荷不平衡情况 的 3种重合 闸方案， 21 技术交流 S M A L L H Y D R O P O WE R 2 0 1 2 N o 3 ， N o 1 6 5 由于2 2 0 k V 主网终端变电站中压侧多为弱小 电源系 统 ，而且各个变电站的运行方式及实际接线等情况 的不同，可以采用增加检母线无电压故障鉴别重合 闸方式 ；即当线路发生单相瞬时性故障时，采用检 线路无压方式，2 2 0 k V 主电源侧保护装置发三相跳 闸令跳开三相断路器 ，重合 闸先重合 成功 ；同时 ， 终端 变侧 保 护 装 置 则 不 间 断地 检 测 2 2 0 k V母 线 电压。 若此时的小电源能够满足变电所负荷时，装置 检测母线电压大 于 7 0 的母线额定电压和差值小 于 3 0 相角的检 同期条件，则 发重合令将 断路器三 相重合；若此时的小电源无法满足变电所负荷需求 而频率和电压下降时 ，由 自动装置在规定时间内动 作 ，切除地方小 电源 ，装 置检测小 于 3 0 的母线 电压 ，满足检母线无压条件 ，则发重合令仍将断路 器三相重合 ，迅速 自动恢复对用户的供 电。系统稳 定后再将小电源并入主系统。 2 2 2 联络线低频低压解列装置 在实际运行 中，2 2 0 k V主网终端变 电站很少采 用单 回线路运行 ，地方小电源并网运行于2 2 0 k V 主 网联络变电站 的中压3 5 k V 侧时 ，重合 闸的问题就 不是很突出了，而主要考虑 的是联络线低频 解列 装置。 当2 2 0 k V主 网联 络变 电站 的中压母 线 因故失 压 ，或者与联络线配合的上一级3 5 k V 线路发生故 障，系统侧线路保护动作跳闸后， 小电源系统独立 运行 ，带部分3 5 k V 变 电站负荷 。如果能够达到 负 荷平衡 ，则短时独立运行 ；如果频率下降 ，则联络 线低频低压解列跳闸，以确保小电源可靠解列 。 3 结语 通过调 整主 网2 2 0 k V变 电站变压器 的运行 方 式，有效解决了由于系统运行方式改变，造成短路 容量增大而带来 的问题。通过小 电源系统的运行方 式调整可以达到负荷 的基本平衡 ，而并网线路的继 电保护及 自动装置的正确配置 ，则有效保证了系统 供电的稳定性及可靠性。 一 址 j S 址 址 jI L S 屯 j L L 址 址 址 址 也 屯 址 S 屯 S 屯 S 屯 S ( 上接 第 3 3页) 最不利工况为导流期坝体渡汛库水位9 0 1 6 2 m 时 ，水平护底板顶面高程8 7 2 0 m。由于右侧 的回 流淘刷 ，沿护板右前处边缘冲刷最大深度为7 3 m， 护板下游中部至左侧淘刷较浅 ，与左岸防冲墙连接 处最大深度为3 m；但从水平护岸板下游2 3 2 m至 拐弯处，沿防冲墙段淘刷仍然较深，在 l l 1 2 ln 之 间 。 校核洪水位工况永久底孔泄流 ，沿护底板冲刷 最大深度为8 m，在护底板 的前方 ，左岸护岸 冲刷 最大深度为1 1 m。 3 3 优化方案成果分析 表孑 L 出口消能方案采用挑流 +两侧护岸导墙的 型式，通过试验验证对回流淘刷问题没有改善，回 流对护岸基础 的淘刷较 为严 重，将造成护岸 的失 稳。宽尾墩挑流 +消力塘方案虽然解决 了回流对河 床及岸坡的影响，但挑流造成消力塘内瞬时涌泼高 度较大，消力塘边墙较高。 22 责任编辑吴昊 s I L S 屯j止 ； 屯 址 j 喜 t ； S 址 底孔 出口消能方案采用挑流 +护坦 、护岸型式 较为合适。冲坑不会影响到护坦和边坡的稳定 ，由 于岩体抗 冲流速较低 ，所 以必须将防冲墙护至冲刷 最深点。 4 结语 通过对泄水建筑物下游消能防冲布置方案的研 究及模型试验的验证确定了最终方案。在下游河床 较宽及基岩抗冲流速较低的情况下，表孑 L 出口消能 方案采用宽尾墩挑流 +消力塘方案 ，护坦末端设置 防冲墙。底孔 出口消能方案采用挑流 +护坦、护岸 方案 ，防冲墙根据试验验证护至冲刷最深点，有效 解决了回流对河床及岸坡的影响。与泄水建筑物采 用常规消力池的布置方案相比节省了工程投资 ，同 时解决 了实际工程技术问题。 责任编辑吴昊