光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化装置的制作方法

本实用新型属于发电技术领域，涉及一种光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化装置。

背景技术：

目前不少已建大型火力发电厂利用闲置场地(如灰场闲置用地、灰场闭库后的平坦区域及下游坝面)进行光伏建设，采用“自发自用”模式接入火电厂高压厂用电系统，降低厂用电率，打造节能、低碳的“绿色”火力发电厂。

火电厂高压厂用电系统接地电容电流ic多数小于10a，中性点采用不接地方式。当光伏电缆集电线路接入后，较长的新增电缆线路会引起系统接地电容电流明显增大。当系统接地电容电流超过10a时，根据dl/t5153-2014《火力发电厂厂用电技术规程》，需将高压厂用电系统中性点接地方式改造为低电阻接地方式。

针对光伏系统的接入，高压厂用电系统改造常规方案及单相接地故障保护方式为：

(1)根据光伏线路的路数，在高压厂用母线段上增加相应面数的高压开关柜，柜内配置综保装置。当本回路发生单相接地故障时，综保装置输出跳闸指令动作于本回路断路器跳闸。

(2)新增一台专用接地变压器通过高压开关柜接于高压厂用电母线上，柜内配置综保装置。当系统各回路中发生单相接地故障时，该综保装置输出跳闸指令带时限动作于本回路断路器和高厂变高低压侧断路器跳闸，机组解列。

(3)母线上原有所有馈线柜内综保装置、零序ct等设备及二次回路接线进行改造或更换。当本回路发生单相接地故障时，综保装置由原有的输出报警信号变化为输出跳闸指令动作于本回路断路器跳闸。

(4)高压厂用母线段上所配的小电流接地选线装置拆除。

上述方案的缺点在于：系统中小容量光伏的接入大大降低了原有大机组系统供电可靠性，高压厂用电系统原有所有馈线柜设备均需改造/更换，涉及的费用不低。高压厂用电改为中性点低电阻接地方式后，当发生单相接地故障后，保护有效地识别故障回路并动作于相应回路跳闸，虽然减少了单相接地故障转化为双重接地故障的概率，但使得负载的跳闸次数增加，大大降低了原有系统供电的可靠性，若发生拒动，后备保护会引起机组解列，给大机组可靠运行带来风险。

总的来说，小容量光伏系统的重要性相对较低，按常规方案实施，满足规范要求，但彻底改变了原有大机组高压厂用电系统的单相接地故障保护方式，给大机组可靠运行带来不确定的风险，同时该方案可能涉及原有一大批高压开关柜的改造，经济性较差。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化装置，该装置能够有效的保证系统的运行稳定性，且经济性较好。

为达到上述目的，本实用新型所述的光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化装置包括控制器、用于检测光伏进线回路是否发生单相接地故障的第一检测器、用于检测站用电系统中是否发生单相接地故障的第二检测器及用于检测馈线回路是否发生单相接地故障的第三检测器、用于动作于断路器跳闸的开关量输出模块和用于定位馈线单相接地故障对应回路号的报警器。

第一检测器、第二检测器及第三检测器的输入端分别与光伏进线回路零序ct、接线变中性点回路零序ct及馈线回路零序ct连接。控制器的输入端与第一检测器、第二检测器及第三检测器的输出端相连接。控制器的输出端与开关量输出模块的输入端和报警器的输入端相连接。开关量输出模块的输出端与光伏进线柜、接地变进线柜的断路器跳闸回路连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化方法及装置在具体操作时，当光伏进线回路发生单相接地故障时，光伏进线回路单相接地保护动作，使得光伏进线柜内的断路器跳闸；当母线上任一回路发生单相接地故障时，接地变中性点回路单相接地保护动作，使得接地变进线柜及所有光伏进线柜内的断路器同时延时跳闸；当馈线回路发生单相接地故障时，馈线回路单相接地保护动作，使得接地变进线柜及所有光伏进线柜内的断路器同时瞬时跳闸，并发出报警信号。上述做法保证了系统的运行稳定性，避免对系统进行大的改造，避免新增的重要级别低的光伏系统对重要级别高的大机组系统的运行带来不确定风险，经济性及可靠性较高。

附图说明

图1为实施例一中光伏接入火电厂站系统方案及单相接地保护接线简图；

图2为本发明中单相接地保护优化装置的结构示意图。

其中，0为控制器、1为第一检测器、2为第二检测器、3为第三检测器、4为开关量输出模块、5为报警器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1，本实用新型所述的光伏接入火电厂站系统的单相接地保护优化装置包括控制器0、用于检测光伏进线回路是否发生单相接地故障的第一检测器1、用于检测站用电系统中是否发生单相接地故障的第二检测器2及用于检测馈线回路是否发生单相接地故障的第三检测器3、用于动作于断路器跳闸的开关量输出模块4、用于定位馈线单相接地故障具体回路号的报警器5。第一检测器1、第二检测器2及第三检测器3的输入端分别与光伏进线回路零序ct、接线变中性点回路零序ct及馈线回路零序ct连接。控制器0的输入端与第一检测器1、第二检测器2及第三检测器3的输出端相连接。控制器0的输出端与开关量输出模块4的输入端和报警器5的输入端相连接。开关量输出模块4的输出端与光伏进线柜、接地变进线柜内的断路器跳闸回路连接。

本实用新型的具体工作过程为：

通过光伏进线回路零序ct检测光伏进线回路是否发生单相接地故障，当光伏进线回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置检测到对应光伏进线回路零序电流大于设定值，瞬时动作于对应光伏进线柜内的断路器跳闸。

通过接线变中性点回路零序ct检测厂用电系统中是否发生单相接地故障，当母线上任一回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置检测到接线变中性点回路零序电流大于设定值，带时限动作于接地变进线柜及所有光伏进线柜内的断路器同时跳闸，高压厂用电系统中性点接地方式变回不接地方式，此时系统总接地电容电流小于10a。

通过原有各馈线回路零序ct检测各馈线回路是否发生单相接地故障，当馈线回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置检测到对应馈线回流零序电流大于设定值，瞬时动作于接地变进线柜及所有光伏进线柜内的断路器同时跳闸，高压厂用电系统中性点接地方式变回不接地方式，同时发出报警信号定位发生单相接地故障的具体馈线回路号。

实施例一

图1为某项目光伏接入火电厂站系统方案及单相接地保护接线简图。

光伏接入前，火电高压厂用电系统接地电容电流ic为6a，中性点采用不接地方式，各柜内综保装置中单相接地保护通过采集本柜内零序电流实现，保护动作于发出报警信号，由于接地电容电流值较小，综保装置难以准确识别，同时将所有回路的零序电流及母线电压接至常规小电流接地选线装置，用于识别定位具体单相接地故障回路。

新增光伏系统总容量为8.8mwp，通过两回6kv电缆集电线路接至高压厂用段上，6kv电缆总长度为20公里。

新增两面开关柜(即图中#1光伏进线柜和#2光伏进线柜)用于光伏线路接入。光伏接入后，新系统接地电容电流ic＝6+0.1x6.3x20＝18.6a，超过10a，中性点接地方式改造为低电阻接地系统。

新增一台专用接地变，通过一面开关柜(即图中接地变进线柜)接至高压厂用电母线上，为保证保护跳闸可靠性，电阻电流/额定值适当取大一些，ir取100a，对应电阻阻值r＝6300/1.732/100＝36.4欧，接地变容量需大于6.3/1.732*100/10.5＝34.6kva，取125kva。

单相接地保护方法如下：

1)光伏进线柜内单相接地保护

#1(#2)光伏进线柜内零序电流分别接至单相接地保护优化装置，当本回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置接收到的零序电流值超过保护整定值，单相接地保护动作于本柜内断路器跳闸。

2)接地变柜内单相接地保护

接地变中性点零序电流接至单相接地保护优化装置，当母线上任一回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置接收到的零序电流均会超过保护整定值，单相接地保护带时限动作于接地变进线柜、#1光伏进线柜及#2光伏进线柜内断路器同时跳闸。

3)原有馈线柜内单相接地保护

原有馈线回路柜内综保零序电流改接至单相接地保护优化装置。当原有馈线任一回路发生单相接地故障时，单相接地保护优化装置接收到的零序电流值超过保护整定值，单相接地保护瞬时动作于接地变进线柜、#1光伏进线柜及#2光伏进线柜内断路器同时跳闸，同时发出报警信号定位具体回路。