摘 要：在“碳達峰"、“碳中和"的雙碳背景下，為了避免化石能源的直接燃燒導致氣候變化，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)的可靠運行，配置微機保護裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置有效監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀況，并實時記錄電力系統(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)電項目中不同的對象提供相應的保護，能大大提高變電站運行的可靠性、安全性和供電質(zhì)量，有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化，實現(xiàn)無人或少人值班。

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

1 項目概況

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。電纜進出線方式為下進線下出線。

2 產(chǎn)品需求

本沼氣發(fā)電系統(tǒng)接入用戶配電網(wǎng)會對當?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、電壓波動和電壓不平衡度等方面。同時本項目電站應具備快速檢測孤島并斷開與電網(wǎng)連接的能力。且當10kV線路發(fā)生短路故障時，線路保護應能快速動作，滿足故障時快速可靠切除故障的要求。

該項目為沼氣發(fā)電，“自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)"，故在進線柜配置AM5SE-IS防孤島保護裝置，實現(xiàn)逆功率保護、失壓保護功能，并與本段發(fā)電并網(wǎng)柜實現(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線路保護裝置，實現(xiàn)過流、零流等保護功能，并與本段進線及母聯(lián)柜實現(xiàn)電氣聯(lián)鎖。在發(fā)電機柜配置APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測發(fā)電側電能質(zhì)量情況，如諧波、電壓偏差、頻率偏差等。當供電系統(tǒng)上產(chǎn)生逆功率、失壓、過流等故障及電能質(zhì)量異常現(xiàn)象時，保護裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測裝置都會及時反饋。

這幾款裝置主要通過以下功能實現(xiàn)對高壓柜的設備運行情況實時監(jiān)視和保護：

產(chǎn)品圖片

產(chǎn)品型號

產(chǎn)品功能

AM5SE-F

線路保護裝置

三段式過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖，可帶方向）、反時限過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、兩段式零序I01過流/反時限過流保護、兩段式零序I02過流/反時限過流保護、重合閘、后加速過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、過負荷告警、過負荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、過電壓保護、零序過壓保護、逆功率保護、頻率保護（低頻減載/高頻保護）、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

防孤島保護裝置

兩段式低電壓、兩段式過電壓、兩段式低頻保護、兩段式高頻保護、兩段式逆功率保護、有壓自動合閘、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

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

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)電項目共有3個總配電室，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臺內(nèi)燃發(fā)電機組，通過4個并網(wǎng)點，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

本項目燃氣發(fā)電機組所需電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置組屏安裝，污水區(qū)總變二進線柜裝置組屏安裝，其余產(chǎn)品就地分散安裝在高壓開關柜上，現(xiàn)場安裝如下圖所示，該項目已于2023年送電使用，運行正常。

圖4 裝置就地和組屏現(xiàn)場安裝圖片

5 結語

隨著全球工業(yè)化和城市化的加快，人類生活會產(chǎn)生大量的溫室氣體排放，導致全球氣溫不斷上升。為了應對氣候的變化，“碳達峰"、“碳中和"成為了各國實現(xiàn)減排和應對氣候變化的主要目標和路徑。新能源作為新型電力系統(tǒng)供電的主體，其系統(tǒng)的可靠運行是至關重要的。微機保護裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置能有效監(jiān)測電力系統(tǒng)的運行狀況，并實時記錄電力系統(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。本文介紹的微機保護裝置和電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，可以針對高碑店沼氣發(fā)電項目中不同的對象提供相應的保障，不但提高了供電的可靠性，使整個配電工程實現(xiàn)了綜合自動化，還有效地降低了工作人員的勞動強度。