安科瑞 劉邁

　　摘要：當前小型光伏發電廠及光伏微電網得到了迅猛的發展，但在特立尼達和多巴哥共和國自建發電廠發的電只能用于自身消耗，禁止流向電網,這就需要自建發電廠有設計安裝防逆流裝置，在電力局頒發發電證書前，防逆流裝置的保護功能通過電力局的驗收。本文結合案例就電力局要求的防逆流保護功能進行探討

　　關鍵詞：可持續；環保；新技術；光伏發電；防逆流

　　0.引言

　　特立尼達和多巴哥共和國某機場光伏發電廠設計裝機容量為518kWp，每28塊光伏板連成一個光伏組串連接至215kVA組串式逆變器，總共設計34個光伏組串，2臺逆變器，通過0.8/12kV的變壓器升壓后連接至機場管理局12kV配電系統的備用饋線端。12kV配電系統的2路進線連接至電力局供應的電網，饋線則連接至機場的所有負載，進線柜、饋線柜及母聯柜均通過母排連接。該機場光伏發電用于機場內部的用電需求，約占內部總用電需求的25%，剩余75%的用電仍需電網供應。當機場在某些時刻用電負載減少時，要求在原有的12kV配電系統中設計安裝防逆流裝置，防止光伏發電流向電網，影響電網的穩定性。

　　1.防逆流裝置的選用與保護功能設計

　　1.1方案選擇

　　在機場的12kV配電系統中，2面進線柜中分別安裝有1個三相電壓互感器PT和3個電流互感器CT，且已連接至原有的機械電壓/電流表中。基于用戶的原有配置，防逆流裝置的選用和保護功能的設計有2種方案可以實現。

　　方案一：多功能電表+SCADA系統監測控制。如圖1所示，該方案中多功能電表用于監測2路進線的有功

圖1方案一系統圖

　　功率，然后通過交換機及光纖將數據采集至PLC中，然后利用SCADA程序來實現輸出控制，當監測到有功功率小于設定的閾值時輸出一個分閘信號，切斷光伏發電廠并網點的斷路器開關，從而保證光伏發電不會流向電網側。

　　方案二：微機綜合保護裝置。如圖2所示，該方案中利用微機綜合保護裝置來監測2路進線的有功功率，當任何一相出現逆功率時微機綜合保護裝置會輸出一個分閘信號，從而切斷光伏發電廠并網點的斷路器開關，從而防止光伏發電流向電網。此外該微機綜合保護裝置還具有自我故障監測功能，當設備出現非正

圖2方案二系統圖

　　常狀態時也會自動輸出一個分閘信號，進一步保證了防逆流的安全和可靠性。基于安全可靠性、成本及用戶和當地電力局的要求，終選擇方案二作為防逆流保護的設計實施方案。

　　1.2保護原理

　　逆功率保護裝置處于投用狀態，當有逆功率產生且測量到的任一相逆功率大于整定值，保護動作跳閘輸出端口產生一個常閉干觸點信號。逆功率保護裝置能夠準確測量發電單元從電網系統吸收有功的大小，測量的電壓取值并網點的電壓互感器，電流取自并網點電流互感器，在對應端子的接線時需要注意互感器線圈。

　　2.微機綜合保護裝置安裝

　　2.1安裝準備和檢查

　　安裝前檢查微機保護裝置的包裝是否完好，規格型號是否正確，安裝附件及配件是否齊全；安裝場所清潔、干燥，且無熱源及強磁場；該裝置為柜門嵌裝，安裝時確保柜門無油污、灰塵、及有害化學物質；安裝時需要預留足夠的空間，以方便布線、端子安裝、接線等，柜門與柜體之間應該預留一定長度的導線裕量，滿足柜門開啟和關閉。

　　2.2安裝

　　采用機械開孔方式在柜門的合理位置開孔，開孔邊緣應用銼刀和砂紙進行打磨處理，確保無毛刺，進行防腐處理；將裝置穿過安裝孔，裝置與柜門之間應該布設密封墊圈，然后用安裝卡將保護裝置安裝牢固；安裝完成后仔細檢查保護裝置的銘牌是否完好無刮損，端子保護蓋板牢固無脫落，裝置固定牢固無松動。

　　2.3回路接線

　　互感器接線：為了系統的穩定可靠和維護方便，PT一次側安裝熔斷器或斷路器；CT接線前應將所有的二次側端子短接，以保證CT接線的安全,CT二次接線完成后才能移除短接端子排。注意：PT二次側端子接線時保證其開路，禁止短接；CT二次側端子接線時禁止其開路，其端子短接接地。電源接線：本裝置采用直流供電，電源端子接線不需要區分正/負。

　　通信接線：以太網通信[4]。裝置配置有10/100M自適應以太通訊網口，采用標準RJ-45接頭；RS-485通信[4]：裝置同時配有RS-485通信口，端子標記為D+、D-。通信電纜可以采用普通的屏蔽雙絞線，但總長度不宜超過1000m，各個設備的RS-485端口正負性連接正確，電纜屏蔽層一端需接地。

　　DI接線：裝置標配4路開關量輸入，端子標記為DI1、DI2、DI3、DI4、DIC，用于連接外部干觸點信號，檢測到的信號會在設備上進行動態監測；DO接線：裝置內部有2個電磁型繼電器，端子排標記為DO1、DO2、DO3、DO4。AI的接線：裝置端子標記為AI+、AI-。AI接入的電流信號為為直流信號，接線時要注意電流方向，不允許反接。

　　3.微機綜合保護裝置調試及操作

　　3.1通電前檢查

　　檢查所有的接線均準確無誤，接線端子牢固無松動，端子標識正確且完善，柜門處的布線有保護軟管且有適當的裕量，所有的布線整理固定妥當；供電電源電壓穩定且滿足該裝置的安全供電范圍，所有的線纜絕緣測試已經完成，測試結果均合格；檢查裝置接地線連接可。裝置的接地線已可靠接入開關柜的接地線，且接地電阻測試合格，滿足低阻抗要求（小于1Ω)。

　　3.2通電檢查

　　裝置工作狀態檢查。用萬用表測量供電電源電壓，確認電壓正常后合上裝置工作電源開關，裝置正常工作特征如下：觀察裝置指示燈狀態，上電瞬間裝置指示燈點亮，程序進入初始化狀態，之后運行指示燈閃爍，表示程序初始化完成，液晶顯示屏進入待機狀態；斷路器分合位指示燈正常；斷路器分合測試。在裝置控制面板上進入菜單選項，然后對斷路器進行分合閘操作，查看裝置監視斷路器分合位的指示燈是否正常；參數設定。進入參數設定菜單，根據CT/PT的技術資料進行變比設置，根據電網的額定電壓進行一次側電壓等級設置。跳閘信號設置為脈沖干觸點信號輸出，脈沖時長設置為5s，DO信號設置為干觸點常開信號，在裝置內進行合閘操作時DO信號由常開變為常閉。

　　保護功能測試。進入裝置的“定值整定"菜單進行定值保護設置，分別在對應整定項進行過電壓、欠電壓及過電流保護整定；在保護裝置的電流CT、電壓PT端子上注入電流及輸入不同的電壓，測試在不同電流及電壓情況下的DO信號輸出情況；檢查保護裝置的動作事件記錄及輸出指示燈的狀態；開關量輸入功能測試。進入保護裝置“運行監視"菜單下的“輸入信號監視"，對開關量輸入信號逐一進行測試，檢查開關量顯示與實際狀態是否一致，“合位"為有信號、“分位"為無信號，并查看“事件追憶"中是否有對應的事件記錄。

　　3.3液晶顯示屏操作

　　該微機保護裝置的液晶顯示屏具有屏保功能，可根據操作頻率進行調整。在屏保模式下按任意鍵即可喚醒屏幕。當裝置出現故障、告警或自檢出錯信號時，顯示屏和背光電源將自動打開并保持常亮，提醒操作人員進行故障的排除。

　　3.4LED指示燈功能

　　該微機保護裝置配置有7個高亮度LED指示燈，用于監測、顯示不同的工況，具體功能分別如下。

　　運行指示燈：運行正常時指示燈固定頻率的緩慢閃爍，裝置停止運行或非正常運行時指示燈熄滅或常亮；通訊指示燈：RS485通訊功能正常且有數據傳輸時指示燈閃爍，無數據傳輸時指示燈長亮，裝置停止運行或通訊非正常時指示燈熄滅；充電指示燈：指示燈常亮代表合閘充電狀態；動作指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態，僅當出現跳閘保護動作時指示燈變為長亮，進行復位操作后指示燈恢復至熄滅狀態；預告信號指示燈：一般情況下該指示燈處于熄滅狀態，當發生不需輸出跳閘的保護動作時該指示燈長亮，進行復位操作后指示燈恢復至熄滅狀態；跳閘位置信號指示燈：當接入信號為常開干觸點信號時指示燈常亮；合閘位置信號指示燈：當接入信號為常閉干觸點信號時指示燈常亮。

　　3.5菜單操作

　　在裝置液晶顯示屏畫面中按“確定"鍵進入主菜單，通過“上翻"“下翻"“確認"“取消"鍵選擇子菜單。

　　運行監視。本菜單主要用來監測顯示整定值、保護值、測量值、輸入信號、電量及諧波等實時數據，在“測量監視"子菜單下按“左"“右"鍵切換顯示一次值或二次值。該菜單反映了保護裝置的運行環境和狀態，投運時對這些量進行檢查，以確保裝置運行的準確性及電力系統的穩定性；定值整定。在“定值整定"菜單下通過“+"“-"進行整定數值的輸入，輸入完成后通過“確認"鍵完成整定設置；參數設置。本菜單用來設置和查看遙信/通信/遙控/電度/交流/信號邏輯/跳閘邏輯等參數，按“確認"鍵進入子菜單。

　　事件追憶。本菜單記錄顯示故障事件、遙信事件、遙控事件、自檢事件、功能事件及錄波事件等各類事件，裝置動作后應檢查這些記錄事件。通過“上翻"“下翻"鍵選擇需要查看的菜單，然后按“確定"鍵進入菜單，進入菜單后通過“上翻"“下翻"鍵切換查看不同的記憶事件；版本功能。本菜單主要用于測量調試、保護調試、數值監視、內部參數、液晶參數、特殊功能，按“確認"完成操作。

　　投運后注意事項。投入運行后應仔細檢查各指示燈的運行狀態，如果出現非正常狀態，應根據提示及時排除故障，恢復正常運行；在提示情況下，應注意檢查電流、電壓、有功、無功、功率因數顯示是否正確；檢查電壓、電流相位是否正確；檢查斷路器的分合閘狀態是否與本裝置顯示的一致；檢查通訊數據傳輸是否正確，延時是否正常；運行維護注意事項。如果裝置的動作、預告指示燈亮，應檢查事件記錄，確認已經排除故障后對記憶事件進行復位操作。不得隨意修改保護裝置的參數設置，尤其是保護整定參數。

　　電能質量在線監測需求

　　太陽能光伏發電系統通過光伏組件將太陽能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網，在將直流電能經逆變轉換為交流電能的過程中，可能會產生大量諧波及直流分量。

　　根據《光伏電站接入電網技術規定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統典型設計》（電網公司）規定，為保證對電能質量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開發投資有限公司10kV配電房側配置1套滿足GB/T19862《電能質量監測設備通用要求》的A類電能質量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質量指標的監測。電能質量在線監測數據需上傳至相關主管機構。

　　4.1配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

　　4.2現場應用圖

圖4光伏電站屏柜布置圖

圖5直流屏柜布置圖

　　圖6光伏電站監控主機臺布置圖

　　5.系統功能

　　5.1電能質量監視

　　在電能質量監控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質量信息。可以根據這些信息監測現場電能的質量，及時的做出應對方案。

圖7電能質量監視界面圖

　　5.2網絡拓撲圖

　　系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8站內設備系統網絡拓撲圖

　　5.3主接線圖

　　在此界面可以查看高壓保護柜的電量參數，監視斷路器和手車的狀態，在遠方狀態時可以遙控斷路器的分合，監視高壓柜保護裝置的參數，能夠及時的發現異常，及時做出相應的處理。

圖8主接線界面圖

　　6.結語

　　微機保護裝置能實現光伏發電系統發生逆功率時及時跳閘離網，確保并網發電的安全可靠。相對于電表監測，采用通信方式的控制器控制的斷路器跳閘保護、微機保護裝置直接采用干觸點輸出，通過硬接線進行分閘操作，其穩定性相對更高，減少了通信設備的采購及安裝調試費用，且安裝相對更加簡便，大大提高了施工的成本，縮減了施工工期，而且解決了光伏發電項目逆功率流入電網的難題，對小型自用發電項目具有很強的適用性。

　　參考文獻

　　[1]GB50797-2012,光伏發電站設計規范[S].北京:中國計劃出版社,2012.

　　[2]GB/T14285-2023,繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京:中國標準出版社,2023.

　　[3]吳錦富,張立芳.淺談防逆流裝置在小型光伏發電廠中的應用[J].2024(8):129-131

　　[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版