AM5-F線路保護裝置逆功率保護在上海市公用事業學校燃氣發電工程中的應用

AM5-F線路保護裝置逆功率保護

在上海市公用事業學校燃氣發電工程中的應用 

摘 要：目前，微機保護裝置廣泛應用于電力系統中，該類裝置能夠監測電力系統的運行狀況，并實時記錄電力系統出現故障的位置及性質，從而為故障的快速處理提供參考信息。本文介紹的AM5-F線路保護裝置逆功率保護功能，可以對低壓進線柜的電壓、電流進行實時監測，當檢測到回路有逆向電流流過且逆向功率值超過設定值時，裝置發出逆功率跳閘命令跳開斷路器，防止燃油發電機通過配電變壓器向電力系統反向送電，影響電力系統的安全運行。

關鍵詞：逆功率保護；實時監測；反向送電；安全運行

1概述

上海市公用事業學校創建于1960年8月，2005年被命名為“市行為規范示范校”，1995年以來連續十屆被評為市文明單位，學校擁有三個校區（凱旋校區、漕寶校區，嘉定校區），學校建有覆蓋校區聯通INTERNET的校園網絡系統、配有先進的多媒體教學設施和信息控制中心、衛星小站、210座的多功能報告廳、大小會議室及705臺電腦的計算機房、電子閱覽室，圖書館藏書10萬余冊。學校還建有配套齊全的校內實驗、實習、實訓場所，學校還與相關企業聯合，建立了穩固的實習、實訓基地。

本次項目為上海市公用事業學校嘉定校區修繕工程二期10/0.4KV用戶變電站項目，該變電站供電系統為兩段母線系統，每段母線分別為一個變壓器進線帶所有用電負荷，此外，此次改造新增天然氣發電機組并網柜，原有低壓變壓器進線柜增加低壓電流互感器1000/5A，共6只，且在兩個進線柜上增加逆功率保護功能，出線柜采用低壓母線槽630A接至原有低壓電容補償柜。

2 產品需求

本次針對上海市公用事業學校嘉定校區修繕工程二期10/0.4KV用戶變電站裝設AM5-F線路保護裝置，主要是利用裝置中的逆功率保護功能實現對整個系統的保護作用。

逆功率保護功能主要應用于發電機并網或者光伏供電系統中，對于本項目而言，正常運行時，由市電經由10/0.4KV變壓器給整個變電站用電負荷供電，當市電停電時，此時需要利用燃氣發電給整個變電站供電，若此時燃氣發電機的功率過高，發出的電除供給整個變電站使用，還會通過配電變壓器向電力系統反向送電，影響電力系統的安全運行，同時也需要合理使用燃氣發電機供電，減少用戶用電成本，因此，需要對并網柜進行安全控制。

逆功率保護功能主要是監測三相電壓以及三相測量電流，當檢測到回路有逆向電流流過且逆向功率值超過設定值時，裝置經可設置延時發出逆功率跳閘命令跳開斷路器，停止送電。保護邏輯如下圖。

圖1 逆功率保護邏輯

3 產品方案

本工程總共有兩段低壓母線，每段低壓母線有一個變壓器進線柜，四個負載配電柜，新增的發電機并網柜需分別向兩段母線供電，對于此項目，需要在并網柜處裝設AM5-F線路保護裝置，由于有兩個進線柜，所以需要裝設兩臺AM5-F線路保護裝置分別實現并網柜和兩臺進線柜之間的逆功率保護功能，整個配電室上圖方案如下：

圖2 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3 一次方案設計圖

圖4 并網柜二次原理圖

4 現場測試

在與客戶進行溝通的基礎上，我司本著客戶至上的服務原則，于2020年11月21日至上海市公用事業學校對該兩臺線路保護裝置逆功率保護功能進行現場調試。

1、測試儀器和保護裝置

圖5  現場AE型繼電保護測試儀電壓電流接線

圖6  AM5-F線路保護裝置一次模擬圖                                                                  圖7  現場調試環境

2、測試項目

根據現場施工圖紙及客戶需求，本次逆功率保護按功率22kW、相電壓220V、功率因數為1考慮，有功功率按照±3%下限整定，現場整定值為21.34kW。由于所帶的繼電保護測試儀多提供120V單相電壓，因此為模擬現場所需380V線電壓，特將PT變比設為2進行測試。裝置定值設置見下表：

表1  AM5-F現場定值設置

3、測試流程

1）根據表1所示進行現場接線與定值設置。

2）在交流輸入端子X1.11-X1.12、X1.13-X1.14、X1.15-X1.16施加0.17A電流信號，在端子X1.17-X1.18、X1.19-X1.20、X1.21-X1.22施加109.7V電壓信號，且施加的電壓電流信號功率因數角為0°，具體設置如圖8、圖9所示。此時，保護不動作，斷路器處于合閘狀態，如圖10、圖11所示。

                       圖8  電壓電流施加窗口                                             圖9  一次側電壓電流相位顯示

圖10  AM5-F裝置遙測顯示  

    圖11  斷路器合閘狀態

3）將施加的電壓相位調整180°，此時功率因數為-1，滿足逆功率保護動作條件，保護瞬間完成動作，裝置液晶屏顯示動作事件記錄，斷路器由合閘狀態切換至分閘狀態，具體如圖12、圖13、圖14所示。

圖12  電壓相角翻轉180°

 圖14  斷路器分閘狀態

4、測試結論

本次測試對兩臺AM5-F線路保護裝置進行了逆功率保護功能驗證，測試結果均符合用戶技術要求。AM5-F線路保護裝置的逆功率保護功能能夠防止電路回流，逆功率保護動作時功率為-21.375kW，功率因數為-0.992，完全滿足現場技術要求。 

5 結語

逆功率保護功能是不可逆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AM5-F線路保護裝置逆功率保護功能，可以對低壓進線柜的電壓、電流進行實時監測，當檢測到回路有逆向電流流過且逆向功率值超過設定值時，裝置發出逆功率跳閘命令跳開斷路器，防止燃油發電機通過配電變壓器向電力系統反向送電，影響電力系統的安全運行。