摘 要：在“碳達(dá)峰"、“碳中和"的雙碳背景下，為了避免化石能源的直接燃燒導(dǎo)致氣候變化，新能源將作為新型電力系統(tǒng)供電的主體。為了保證新型電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，配置微機(jī)保護(hù)裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置有效監(jiān)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并實(shí)時(shí)記錄電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的位置及性質(zhì)，從而為故障的快速處理提供有效的參考信息。本文介紹的防孤島保護(hù)裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，可以針對高碑店沼氣發(fā)電項(xiàng)目中不同的對象提供相應(yīng)的保護(hù)，能大大提高變電站運(yùn)行的可靠性、安全性和供電質(zhì)量，有利于實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)無人或少人值班。

關(guān)鍵詞：新能源；沼氣發(fā)電；防孤島保護(hù)裝置；電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

1 項(xiàng)目概況

高碑店污水處理廠位于北京市朝陽區(qū)高碑店鄉(xiāng)境內(nèi)。是北京市較大的污水處理廠，也是我國第三大的污水處理廠。高碑店污水處理廠一期工程于1993年10月24日竣工投產(chǎn)，處理能力50萬立方米/d。二期工程于1999年年底竣工投產(chǎn)，處理能力為100萬立方米/d。北京市每天產(chǎn)生污水 250 多萬噸，近一半的污水在這里進(jìn)行處理。高碑店污水處理廠污水系統(tǒng)流域面積96平方公里，服務(wù)人口240萬人，占地68公頃，匯集北京市南部地區(qū)的大部分生活污水、東郊工業(yè)區(qū)、化工路的全部污水。

本項(xiàng)目位于北京市朝陽區(qū)高碑店鎮(zhèn)小郊亭社區(qū)小郊亭村1號高碑店污水處理廠內(nèi)。高碑店污水處理廠內(nèi)有3座總配電室，分別為高碑店污水總配電室、高碑店再生水廠總配電室、高碑店水廠總配電室。電纜進(jìn)出線方式為下進(jìn)線下出線。

2 產(chǎn)品需求

本沼氣發(fā)電系統(tǒng)接入用戶配電網(wǎng)會(huì)對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，包括諧波、電壓偏差、電壓波動(dòng)和電壓不平衡度等方面。同時(shí)本項(xiàng)目電站應(yīng)具備快速檢測孤島并斷開與電網(wǎng)連接的能力。且當(dāng)10kV線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)應(yīng)能快速動(dòng)作，滿足故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。

該項(xiàng)目為沼氣發(fā)電，“自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)"，故在進(jìn)線柜配置AM5SE-IS防孤島保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)逆功率保護(hù)、失壓保護(hù)功能，并與本段發(fā)電并網(wǎng)柜實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖；配置APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測電網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量是否正常，如電壓閃變、電壓中斷、電壓暫降等。在并網(wǎng)柜配置AM5SE-F線路保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)過流、零流等保護(hù)功能，并與本段進(jìn)線及母聯(lián)柜實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。在發(fā)電機(jī)柜配置APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測發(fā)電側(cè)電能質(zhì)量情況，如諧波、電壓偏差、頻率偏差等。當(dāng)供電系統(tǒng)上產(chǎn)生逆功率、失壓、過流等故障及電能質(zhì)量異?，F(xiàn)象時(shí)，保護(hù)裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測裝置都會(huì)及時(shí)反饋。

這幾款裝置主要通過以下功能實(shí)現(xiàn)對高壓柜的設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)視和保護(hù)：

產(chǎn)品圖片

產(chǎn)品型號

產(chǎn)品功能

AM5SE-F

線路保護(hù)裝置

三段式過流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖，可帶方向）、反時(shí)限過流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖）、兩段式零序I01過流/反時(shí)限過流保護(hù)、兩段式零序I02過流/反時(shí)限過流保護(hù)、重合閘、后加速過流保護(hù)（可經(jīng)低壓閉鎖）、過負(fù)荷告警、過負(fù)荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、過電壓保護(hù)、零序過壓保護(hù)、逆功率保護(hù)、頻率保護(hù)（低頻減載/高頻保護(hù)）、PT斷線告警、控制回路斷線告警、FC回路配合的過流閉鎖功能、檢同期

AM5SE-IS

防孤島保護(hù)裝置

兩段式低電壓、兩段式過電壓、兩段式低頻保護(hù)、兩段式高頻保護(hù)、兩段式逆功率保護(hù)、有壓自動(dòng)合閘、頻率突變跳閘功能等

APView500

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)：電壓、電流有效值；有功、無功、視在功率/電能、功率因數(shù)；電流、電壓不平衡度；電壓偏差；頻率偏差；2-63次諧波；0.5-62.5次間諧波；高頻次諧波、電壓閃變（短閃變、長閃變）、電壓波動(dòng)

暫態(tài)數(shù)據(jù)：電壓中斷；電壓暫降；電壓暫升

瞬態(tài)數(shù)據(jù)：電壓瞬態(tài)；電流瞬態(tài)

APView500PV

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)：直流分量；電壓、電流有效值；有功、無功、視在功率/電能、功率因數(shù)；電流、電壓不平衡度；電壓偏差；頻率偏差；2-63次諧波；0.5-62.5次間諧波；高頻次諧波、電壓閃變（短閃變、長閃變）、電壓波動(dòng)

暫態(tài)數(shù)據(jù)：電壓中斷；電壓暫降；電壓暫升

3 產(chǎn)品方案

該沼氣發(fā)電項(xiàng)目共有3個(gè)總配電室，分別為再生水區(qū)總變一、再生水區(qū)總變二和污水區(qū)總變二。共安裝4臺(tái)內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，通過4個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，采用10kV電壓等級的單母線分段系統(tǒng)接入用戶內(nèi)部系統(tǒng)。供電系統(tǒng)圖及配置如下：

圖1 再生水區(qū)總變一電氣總接線圖

圖2 再生水區(qū)總變二電氣總接線圖

圖3 污水區(qū)總變二電氣總接線圖

本項(xiàng)目燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組所需電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置組屏安裝，污水區(qū)總變二進(jìn)線柜裝置組屏安裝，其余產(chǎn)品就地分散安裝在高壓開關(guān)柜上，現(xiàn)場安裝如下圖所示，該項(xiàng)目已于2023年送電使用，運(yùn)行正常。

圖4 裝置就地和組屏現(xiàn)場安裝圖片

5 結(jié)語

隨著全球工業(yè)化和城市化的加快，人類生活會(huì)產(chǎn)生大量的溫室氣體排放，導(dǎo)致全球氣溫不斷上升。為了應(yīng)對氣候的變化，“碳達(dá)峰"、“碳中和"成為了各國實(shí)現(xiàn)減排和應(yīng)對氣候變化的主要目標(biāo)和路徑。新能源作為新型電力系統(tǒng)供電的主體，其系統(tǒng)的可靠運(yùn)行是至關(guān)重要的。微機(jī)保護(hù)裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置能有效監(jiān)測電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并實(shí)時(shí)記錄電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的位置及性質(zhì)，從而為故障的快速處理提供有效的參考信息。本文介紹的微機(jī)保護(hù)裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，可以針對高碑店沼氣發(fā)電項(xiàng)目中不同的對象提供相應(yīng)的保障，不但提高了供電的可靠性，使整個(gè)配電工程實(shí)現(xiàn)了綜合自動(dòng)化，還有效地降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。