摘 要：近幾年，新能源的利用越來越廣泛，國(guó)家對(duì)光伏電站系統(tǒng)的建設(shè)十分重視，促使光伏并網(wǎng)系統(tǒng)被大量使用。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置可以適用于光伏發(fā)電并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個(gè)電站和相關(guān)維護(hù)人員的生命安全，降低人力維護(hù)成本。
 
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)；防孤島保護(hù)；孤島現(xiàn)象
 
1概述
福建鑫旭日電力建設(shè)集團(tuán)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。現(xiàn)集團(tuán)下屬有電力勘察設(shè)計(jì)院、電氣設(shè)備制造廠、電力建設(shè)公司（變電公司、配電公司）為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。是國(guó)網(wǎng)公司供配電設(shè)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(xiàng)目核心的變配電系統(tǒng)供應(yīng)商。公司產(chǎn)品包括安全型充氣柜、中置柜、低壓柜、預(yù)裝式變電站、動(dòng)力配電箱等。現(xiàn)集團(tuán)公司在職人員500多人，年業(yè)績(jī)近10億，在全國(guó)承接的大型電力工程累計(jì)已有1600多項(xiàng)，均在安全運(yùn)行，目前已是國(guó)內(nèi)較有競(jìng)爭(zhēng)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(duì)福建鑫旭日電力集團(tuán)澤勝翔安火炬園10/0.4KV光伏項(xiàng)目裝設(shè)AM5SE-IS防孤島保護(hù)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(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)作用。
正常運(yùn)行時(shí)，線路的頻率處于平衡穩(wěn)定的值，當(dāng)頻率波動(dòng)較大，其頻率變化率超過了規(guī)定的定值時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備遭到破壞影響供電質(zhì)量且對(duì)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(hù)功能跳開并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)，對(duì)電站起到保護(hù)作用。
頻率突變跳閘保護(hù)功能主要是監(jiān)測(cè)線路中的頻率變化率，當(dāng)線路有流，或線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(shè)延時(shí)發(fā)出頻率突變跳閘命令。保護(hù)邏輯如下圖。
圖1 頻率突變保護(hù)邏輯
有壓自動(dòng)合閘保護(hù)功能主要是為了能夠保護(hù)電網(wǎng)與光伏電站之間安全工作同時(shí)，保證用戶的方便，需要做到光伏電站系統(tǒng)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(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護(hù)成本。
當(dāng)檢測(cè)到市電側(cè)電壓恢復(fù)正常，頻率正常，且待并側(cè)電壓和市電側(cè)電壓的電壓幅值、電壓頻率和電壓相角滿足同期條件時(shí)，若斷路器處于分位，裝置經(jīng)可設(shè)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(cè)電壓、頻率。保護(hù)邏輯如下圖。

圖2 有壓自動(dòng)合閘保護(hù)邏輯
 
3 產(chǎn)品方案
本工程線路主要包括市電側(cè)和光伏并網(wǎng)側(cè)兩大部分，由于孤島效應(yīng)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)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(hù)裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護(hù)功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，整個(gè)配電室上圖方案如下：

 
圖3 配電室上圖方案
針對(duì)本項(xiàng)目的一次方案及二次圖紙?jiān)O(shè)計(jì)如下：

圖4 一次方案設(shè)計(jì)圖

圖5 并網(wǎng)柜二次原理圖
4 測(cè)試
在與客戶進(jìn)行了有效溝通的基礎(chǔ)上，客戶于2022年1月5日對(duì)防孤島保護(hù)裝置的頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護(hù)功能進(jìn)行調(diào)試。
（1）測(cè)試儀器和保護(hù)裝置

圖6 現(xiàn)場(chǎng)AE型繼電保護(hù)測(cè)試儀電壓電流接線
              
圖7  AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置一次模擬圖                圖8 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán)境   
（2）頻率突變保護(hù)測(cè)試
1）測(cè)試項(xiàng)目
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖紙及客戶需求，本次頻率突變保護(hù)裝置測(cè)試值設(shè)置見表1：
表1 AM5SE-IS頻率突變保護(hù)測(cè)試值設(shè)置

接線方式	3PT、3CT
頻率突變投退	投入
頻率突變定值	1.220Hz/S
頻率突變啟動(dòng)延時(shí)	0.200s
頻率突變延時(shí)	0.400s
電流判斷來源	測(cè)量電流
有流定值	0.100A

2）測(cè)試流程
根據(jù)表1所示進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線與測(cè)試值設(shè)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?qǐng)D10設(shè)置頻率變化率參數(shù)，裝置經(jīng)延時(shí)保護(hù)跳閘，對(duì)應(yīng)的指示燈亮，如圖11所示。
（3）有壓自動(dòng)合閘保護(hù)測(cè)試
1）測(cè)試項(xiàng)目
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工圖紙及客戶需求，本次有壓自動(dòng)合閘保護(hù)要求在市電側(cè)和并網(wǎng)側(cè)檢同期的情況下，觸發(fā)有壓自動(dòng)合閘保護(hù)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(hù)測(cè)試值設(shè)置見表2，檢同期測(cè)試值設(shè)置見表3：
表2 AM5SE-IS有壓自動(dòng)合閘測(cè)試值設(shè)置

接線方式	3PT、3CT
有壓自動(dòng)合閘投退	投入
有壓自動(dòng)合閘定值	50V
有壓自動(dòng)合閘延時(shí)	0.400s
有壓自動(dòng)合閘頻率上限	50.000Hz
有壓自動(dòng)合閘頻率下限	49.800Hz

 
表3 AM5SE-IS檢同期測(cè)試值設(shè)置

接線方式	3PT、3CT
同期允許投退	投入
同期控制字	投入
同期穩(wěn)定延時(shí)	0.200s
同期對(duì)象類型	同頻（環(huán)網(wǎng)合閘）
系統(tǒng)側(cè)通道號(hào)	9
系統(tǒng)側(cè)一次電壓	10V
系統(tǒng)側(cè)PT一次值	10V
系統(tǒng)側(cè)PT二次值	100V
待并側(cè)通道號(hào)	13
待并側(cè)一次電壓	10V
待并側(cè)PT一次值	10V
待并側(cè)PT二次值	100V
系統(tǒng)側(cè)頻率偏差	0.100Hz
待并側(cè)頻率偏差	0.100Hz
允許正頻差	0.100Hz
允許負(fù)頻差	0.100Hz
允許頻差加速度	1.000Hz/s
同頻并網(wǎng)相角差	5.000°
差頻并網(wǎng)相角差	5.000°
系統(tǒng)側(cè)相角補(bǔ)償	0.000°
同期導(dǎo)前時(shí)間	0.100s

2）測(cè)試流程
根據(jù)表2、表3所示進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線與測(cè)試值設(shè)置。
先讓斷路器處于分閘的狀態(tài)，如圖12所示，并給合后位開入對(duì)應(yīng)的開入量施加信號(hào)（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(shè)置如圖13所示。經(jīng)延時(shí)，裝置發(fā)出同期合閘及保護(hù)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
             

（4）測(cè)試結(jié)論
本次測(cè)試對(duì)AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置進(jìn)行了頻率突變跳閘和有壓自動(dòng)合閘保護(hù)功能驗(yàn)證，測(cè)試結(jié)果均符合用戶技術(shù)要求。AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置的頻率突變跳閘能有效防止線路頻率變化率突變，有壓自動(dòng)合閘保護(hù)能夠在系統(tǒng)失壓后檢測(cè)到有壓，斷路器自動(dòng)合閘，可以確保系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。
 
5 結(jié)語
防孤島保護(hù)裝置是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)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(jī)或者小型光伏變電站，這些基本為用戶側(cè)自備式電源系統(tǒng)，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(hù)裝置頻率突變功能可對(duì)線路中的頻率變化率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到頻率變化率超過了規(guī)定的定值時(shí)，裝置發(fā)出頻率突變跳閘命令跳開斷路器。有壓自動(dòng)合閘功能可做到光伏電站系統(tǒng)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(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護(hù)成本。
 
參考文獻(xiàn)
[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6月版
[2] 安科瑞35KV以及下變電所智能配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品二次原理圖集.2020.10月版
[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2021.11月版