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的建設十分重視，促使光伏并網系統被大量使用。本文介紹的AM5SE-IS防孤島保護裝置可以適用于光伏發電并網供電系統。當發生孤島現象時，可以快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全，降低人力維護成本。

1概述

福建鑫旭日電力建設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。現集團下屬有電力勘察設計院、電氣設備制造廠、電力建設公司(變電公司、配電公司)為一體的國家高新技術企業。是國網公司供配電設施入圍單位，也是大型央企、大型房企、大型工業企業、大型商業企業、大型市政項目核心的變配電系統供應商。公司產品包括安全型充氣柜、中置柜、低壓柜、預裝式變電站、動力配電箱等。現集團公司在職人員500多人，年業績近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，目前已是國內較有競爭力的電力工程EPC總承包的大型企業。

AM5SE 系列微機保護測控裝置(以下簡稱裝置)集保護、控制、測量、通訊和監視功能于一體，資源豐富、配置完善、維護方便、性能穩定，適用于 35kV 及以下電壓等級電力系統的保護和測控，實現進線、主變、配電變、電動機、電容器、母聯、PT 等保護。應用領域覆蓋電力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業。

裝置硬件設計采用可靠性配置，軟件配以專門的保護算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現方式靈活，能與 Acrel-2000Z 電力監控系統配套使用，為電力系統的安全可靠運行提供保障。

2 產品需求

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對整個系統的保護作用。

正常運行時，線路的頻率處于平衡穩定的值，當頻率波動較大，其頻率變化率超過了規定的定值時，可能會導致用電設備遭到破壞影響供電質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點開關，對電站起到保護作用。

頻率突變跳閘保護功能主要是監測線路中的頻率變化率，當線路有流，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，裝置經可設延時發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

孤島效應：當電網供電因故障、誤操作或停電維修等原因造成中斷供電，各個新能源并網發電系統仍在運行，并向周圍負載供電，構成一個電力公司無法控制的自給供電孤島。

當孤島效應發生時，造成的危害：

1、電網無法控制孤島中的電壓和頻率，如果電壓和頻率超出允許范圍，可能會對用戶的設備造成損壞;

2、如果負載容量大于逆變電源容量，電源過載運行，容易被燒毀;

3、孤島進行重合閘會導致該線路再次跳閘，可能損壞逆變電源或其他設備;

4、與逆變電源相連的線路仍帶電，對檢修人員造成危害，降低電網的安全性。

有壓自動合閘保護功能主要是為了能夠保護電網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欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設備的安全，電網的穩定，又可降低人力維護成本。

當檢測到市電側電壓恢復正常，頻率正常，且待并側電壓和市電側電壓的電壓幅值、電壓頻率和電壓相角滿足同期條件時，若斷路器處于分位，裝置經可設延時發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 產品方案

AM5SE-IS防孤島保護裝置主要適用于35kV、10kV及低壓380V光伏發電、燃氣發電等新能源并網供電系統。當發生孤島現象時，可以快速切除并網點，使本站與電網側快速脫離，保證整個電站和相關維護人員的生命安全。

本工程線路主要包括市電側和光伏并網側兩大部分，由于孤島效應在光伏并網系統中經常發生，因此需要在并網柜處安裝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計如下：

圖4 一次方案設計圖

圖5 并網柜二次原理圖

4 測試

在與客戶進行了溝通的基礎上，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試。

(1)測試儀器和保護裝置

圖6 現場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 現場調試環境

(2)頻率突變保護測試

1)測試項目

根據現場施工圖紙及客戶需求，本次頻率突變保護裝置測試值設置見表1：

表1 AM5SE-IS頻率突變保護測試值設置

2)測試流程

根據表1所示進行現場接線與測試值設置。

先讓斷路器處于合閘狀態，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設置頻率變化率參數，裝置經延時保護跳閘，對應的指示燈亮，如圖11所示。

圖9 斷路器合閘狀態

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圖10 頻率突變參數設置

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

根據現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和并網側檢同期的情況下，觸發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置見表2，檢同期測試值設置見表3：

表2 AM5SE-IS有壓自動合閘測試值設置

表3 AM5SE-IS檢同期測試值設置

2)測試流程

根據表2、表3所示進行現場接線與測試值設置。

先讓斷路器處于分閘的狀態，如圖12所示，并給合后位開入對應的開入量施加信號(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，具體設置如圖13所示。經延時，裝置發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

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，測試結果均符合用戶技術要求。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失壓后檢測到有壓，斷路器自動合閘，可以確保系統恢復正常供電。

12 路(可擴展到 14 路)交流電壓/電流通道，測量三相電流、兩路零序電流、三相電壓、零序電壓、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電能、無功電能。保護電流的測量不僅反映基波，還可以通過邏輯可編程軟件增加測量 2~10 次諧波，具有帶諧波制動的保護功能。

獨立操作回路，可自適應 0.25~5A 開關跳合閘電流;

2 路 4～20mA 直流模擬量變送輸出，可通過邏輯可編程軟件自定義變送量;

20 路有源開關量輸入通道、10 路獨立無源開關量輸出通道;

2 路 RS485 串行通訊接口，支持 IEC60870-5-103、Modbus-RTU 規約;

2 路以太網接口，支持 TCP IEC60870-5-103、TCP Modbus-RTU 規約;

GPS 對時功能，支持 IRIG-B 對時方式(RS485 接口);

1 個 USB 接口，可通過 U 盤升級裝置程序，也可導出裝置的定值、故障錄波數據，方便故障分析;

1 個 RS232 接口，可通過 USB 轉 232 數據線升級裝置程序，還可上傳裝置定值、動作事件信息和故障錄波數據，方便現場事故分析。

5 結語

防孤島保護裝置是光伏并網系統中的重要組成部分，許多重要場所0.4kV的低壓變電站都會引入燃油發電機或者小型光伏變電站，這些基本為用戶側自備式電源系統，自發自用，不向中壓電網或高壓電網饋電。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測，當檢測到頻率變化率超過了規定的定值時，裝置發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欠壓/失壓自動跳閘，檢有壓后自動合閘。這樣既可保證設備的安全，電網的穩定，又可降低人力維護成本。
　　審核編輯：湯梓紅