摘要：近幾年，新能源的利用越來越廣泛，國家對光伏電站系統(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，可以快速切除并網(wǎng)點，使本站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證整個電站和相關(guān)維護人員的生命安全，降低人力維護成本。
關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)；防孤島保護；孤島現(xiàn)象
1概述
福建鑫旭日電力建設(shè)集團有限公司成立于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)集團下屬有電力勘察設(shè)計院、電氣設(shè)備制造廠、電力建設(shè)公司（變電公司、配電公司）為一體的國家高新技術(shù)企業(yè)。是國網(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、動力配電箱等。現(xiàn)集團公司在職人員500多人，年業(yè)績近10億，在全國承接的大型電力工程累計已有1600多項，均在安全運行，目前已是國內(nèi)較有競爭力的電力工程EPC總承包的大型企業(yè)。
2 產(chǎn)品需求
本次針對福建鑫旭日電力集團澤勝翔安火炬園10/0.4KV光伏項目裝設(shè)AM5SE-IS防孤島保護裝置，主要是利用裝置中的頻率突變跳閘和有壓自動合閘功能實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護作用。
正常運行時，線路的頻率處于平衡穩(wěn)定的值，當(dāng)頻率波動較大，其頻率變化率超過了規(guī)定的定值時，可能會導(dǎo)致用電設(shè)備遭到破壞影響供電質(zhì)量且對電力維修人員的生命安全有很大的威脅。因此，需要頻率突變保護功能跳開并網(wǎng)點開關(guān)，對電站起到保護作用。
頻率突變跳閘保護功能主要是監(jiān)測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，若頻率變化率df/dt大于頻率突變定值，裝置經(jīng)可設(shè)延時發(fā)出頻率突變跳閘命令。保護邏輯如下圖。
圖1 頻率突變保護邏輯
有壓自動合閘保護功能主要是為了能夠保護電網(wǎng)與光伏電站之間安全工作同時，保證用戶的方便，需要做到光伏電站系統(tǒng)欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護成本。
當(dāng)檢測到市電側(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，若斷路器處于分位，裝置經(jīng)可設(shè)延時發(fā)出有壓自動合閘命令。其中，同期動作的判斷條件可以選擇投入或退出，若退出，則不加入同期動作條件，僅判斷市電側(cè)電壓、頻率。保護邏輯如下圖。
圖2 有壓自動合閘保護邏輯
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防孤島保護裝置，利用其頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護功能保證人員和電網(wǎng)的安全可靠運行，整個配電室上圖方案如下：
圖3 配電室上圖方案
針對本項目的一次方案及二次圖紙設(shè)計如下：
圖4 一次方案設(shè)計圖
圖5 并網(wǎng)柜二次原理圖
4 測試
在與客戶進行了溝通的基礎(chǔ)上，客戶于2022年1月5日對防孤島保護裝置的頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護功能進行調(diào)試。
（1）測試儀器和保護裝置
圖6 現(xiàn)場AE型繼電保護測試儀電壓電流接線
圖7 AM5SE-IS防孤島保護裝置一次模擬圖 圖8 現(xiàn)場調(diào)試環(huán)境
（2）頻率突變保護測試
1）測試項目
根據(jù)現(xiàn)場施工圖紙及客戶需求，本次頻率突變保護裝置測試值設(shè)置見表1：
表1 AM5SE-IS頻率突變保護測試值設(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
頻率突變啟動延時0.200s
頻率突變延時0.400s
電流判斷來源測量電流
有流定值0.100A
2）測試流程
根據(jù)表1所示進行現(xiàn)場接線與測試值設(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，按照圖10設(shè)置頻率變化率參數(shù)，裝置經(jīng)延時保護跳閘，對應(yīng)的指示燈亮，如圖11所示。
圖9 斷路器合閘狀態(tài)
圖10 頻率突變參數(shù)設(shè)置
圖11 頻率突變保護動作事件記錄
（3）有壓自動合閘保護測試
1）測試項目
根據(jù)現(xiàn)場施工圖紙及客戶需求，本次有壓自動合閘保護要求在市電側(cè)和并網(wǎng)側(cè)檢同期的情況下，觸發(fā)有壓自動合閘保護功能，所以需要有壓自動合閘和同期功能都投入，有壓自動合閘保護測試值設(shè)置見表2，檢同期測試值設(shè)置見表3：
表2 AM5SE-IS有壓自動合閘測試值設(shè)置
接線方式3PT、3CT
有壓自動合閘投退投入
有壓自動合閘定值50V
有壓自動合閘延時0.400s
有壓自動合閘頻率上限50.000Hz
有壓自動合閘頻率下限49.800Hz
表3 AM5SE-IS檢同期測試值設(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0.200s
同期對象類型同頻（環(huán)網(wǎng)合閘）
系統(tǒng)側(cè)通道號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)相角補償0.000°
同期導(dǎo)前時間0.100s
2）測試流程
根據(jù)表2、表3所示進行現(xiàn)場接線與測試值設(shè)置。
先讓斷路器處于分閘的狀態(tài)，如圖12所示，并給合后位開入對應(yīng)的開入量施加信號（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，裝置發(fā)出同期合閘及保護合閘事件記錄，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
圖14 同期合閘動作事件記錄 圖15 有壓自動合閘動作事件記錄
圖16 電壓、頻率遙測顯示
（4）測試結(jié)論
本次測試對AM5SE-IS防孤島保護裝置進行了頻率突變跳閘和有壓自動合閘保護功能驗證，測試結(jié)果均符合用戶技術(shù)要求。AM5SE-IS防孤島保護裝置的頻率突變跳閘能合理防止線路頻率變化率突變，有壓自動合閘保護能夠在系統(tǒng)失壓后檢測到有壓，斷路器自動合閘，可以確保系統(tǒng)恢復(fù)正常供電。
5 結(jié)語
防孤島保護裝置是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，許多重要場所0.4kV的低壓變電站都會引入燃油發(fā)電機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防孤島保護裝置頻率突變功能可對線路中的頻率變化率進行實時監(jiān)測，當(dāng)檢測到頻率變化率超過了規(guī)定的定值時，裝置發(fā)出頻率突變跳閘命令跳開斷路器。有壓自動合閘功能可做到光伏電站系統(tǒng)欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設(shè)備的安全，電網(wǎng)的穩(wěn)定，又可降低人力維護成本。
