T-CEC 1031-2024 柔性直流联网的新能源汇集站继电保护整定技术规范

T/CEC1031—2024柔性直流联网的新能源汇集站继电保护整定技术规范TechnicalSpecificationforRelayProtectionSettingofNewEnergyCollectionStationsConnectedbyFlexibleDC2024-11-26发布2024-XX-XX实施中国电力企业联合会发布中国标准出版社出版前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由中国电力企业联合会提出并归口。本文件起草单位：国网电力科学研究院有限公司、中国华能集团有限公司、中国大唐集团有限公司、中国华电集团有限公司、国家能源集团有限责任公司、国家电力投资集团有限公司、许继集团有限公司、平高集团有限公司、中国西电集团有限公司、国网冀北电力有限公司、国网浙江省电力有限公司、国网江苏省电力有限公司、南方电网科学研究院有限责任公司、国电南瑞科技股份有限公司、华能南京金陵发电有限公司。本文件主要起草人：王浩、李丽、张峰、刘阳、陈明、赵凯、周涛、吴丽、郑强、马峰、朱丽、陈涛、王丽、郭敏、黄强、林丽、张涛、刘杰、赵宇、孙悦、李娟、陈浩、张莉。本文件规定的内容符合国家有关法律法规、电力行业相关标准及柔性直流联网的新能源汇集站继电保护整定的实际需求，契合电力系统安全稳定运行要求，能够规范柔性直流联网新能源汇集站继电保护整定行为、提升整定精度，保障新能源汇集站及柔性直流系统安全、可靠、高效运行，没有侵犯他人合法权益，中国电力企业联合会在自愿基础上作出本承诺，并对承诺内容的真实性负责。1范围本文件规定了柔性直流联网的新能源汇集站（以下简称“汇集站”）继电保护整定的总则、整定条件、整定内容及方法、整定验证、整定管理及相关技术要求。本文件适用于采用柔性直流技术联网的新能源汇集站（含光伏、风电、光储一体化、风储一体化等类型）的继电保护装置整定计算工作，涵盖汇集站交流侧、直流侧及换流装置相关继电保护的整定，适用于电力企业、运维单位、检修单位、设计单位及相关技术服务机构开展汇集站继电保护整定相关工作。本文件不适用于以下场景：a）柔性直流联网的小型新能源汇集站（总容量50MW及以下）继电保护的整定计算；b）军事、涉密等特殊领域柔性直流联网新能源汇集站继电保护的整定计算，另有特殊规定的除外；c）应急新能源汇集站及临时柔性直流联网系统继电保护的整定计算，另有行业标准规定的除外；d）柔性直流联网新能源汇集站中仅用于辅助功能的非核心保护装置的整定计算。国际标准分类号：29.020（电气工程综合）、29.240.01（输电网和配电网综合）；中国标准分类号：F20（电力系统）、F19（新能源）；国民经济分类：D442（电力供应）、D443（电力生产）。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1.1—2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则GB/T19939—2005光伏系统并网技术要求GB/T2900.49—2004电工术语电力系统保护GB/T51397—2019柔性直流输电成套设计标准DL/T408—2018电力安全工作规程发电厂和变电站电气部分DL/T1040—2018电网运行准则DL/T1343—2018发电机变压器组保护技术导则DL/T2007—2019电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施DL/T349—2010柔性直流输电控制保护技术导则T/CEC1035.1—2024继电保护智能运维检修第1部分：总则《中华人民共和国安全生产法》（中华人民共和国主席令第13号）《电力设备监督管理办法》（国家能源局令第3号）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1柔性直流联网的新能源汇集站newenergycollectionstationconnectedbyflexibleDC通过柔性直流输电技术实现与主网或其他能源系统联网，集中接纳光伏、风电等新能源发电功率，并完成功率汇集、变换、输送的电力设施，主要包括新能源发电单元、汇集母线、换流站（换流阀、换流变压器等）、直流线路及配套控制保护装置等。3.2继电保护整定relayprotectionsetting根据柔性直流系统参数、新能源汇集站设备参数、运行工况及保护装置特性，确定继电保护装置各项整定参数（如动作电流、动作电压、动作时限、灵敏系数等）的计算过程，是保障继电保护装置正确动作、快速切除故障、防止事故扩大的核心工作。3.3柔性直流换流装置flexibleDCconverterdevice用于实现交流电能与直流电能相互转换的核心设备，包括换流阀、换流变压器、平波电抗器等，是柔性直流联网系统的关键组成部分，其保护整定直接影响系统安全稳定运行。3.4新能源发电单元newenergypowergenerationunit汇集站内用于新能源发电的基本单元，包括光伏逆变器、风电机组及其配套的升压变压器、箱变等设备。3.5灵敏系数sensitivitycoefficient继电保护装置在保护范围内发生故障时，实际动作参数与整定动作参数的比值，用于衡量保护装置的灵敏性，确保故障时能可靠动作。3.6整定验证settingverification对整定计算确定的继电保护参数进行试验验证，确认参数设置正确、符合运行要求，确保继电保护装置动作可靠、选择性、速动性和灵敏性满足规定的工作过程。3.7直流侧故障DCsidefault发生在柔性直流系统直流母线、直流线路、换流装置直流侧的故障，主要包括直流短路、直流过压、直流欠压等类型，其故障特性与交流侧故障存在显著差异。4总则4.1整定原则4.1.1合规性原则：整定计算应符合国家法律法规、行业标准、本文件及柔性直流设备、继电保护装置制造商的技术要求，确保整定计算合法、合规、规范。4.1.2安全性原则：整定计算应优先保障柔性直流系统、新能源汇集站设备及主网的安全，确保故障时继电保护装置快速、可靠动作，切除故障点，防止故障扩大，避免设备损坏和系统扰动，兼顾柔性直流系统的快速恢复能力。4.1.3科学性原则：结合柔性直流系统故障特性、新能源出力波动性、汇集站运行工况，采用成熟、可靠的整定计算方法，确保整定参数准确、合理，兼顾保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。4.1.4实用性原则：整定计算应适应新能源出力波动、柔性直流系统运行方式变化（如单极运行、双极运行）等工况，确保整定参数能够满足不同运行场景的需求，便于现场运维调整。4.1.5协同性原则：继电保护整定应与柔性直流控制系统、新能源发电单元控制保护系统的参数协同匹配，避免保护误动、拒动，确保各系统协调运行，同时兼顾故障后的快速恢复。4.1.6闭环管理原则：整定计算完成后，应进行整定验证，对验证中发现的问题及时调整整定参数，形成“计算—验证—调整—再验证”的闭环管理。4.2总体要求4.2.1电力企业应建立健全柔性直流联网新能源汇集站继电保护整定管理制度，明确整定计算责任部门、责任人员、工作流程和技术要求，将整定计算工作纳入汇集站运维管理体系。4.2.2从事整定计算工作的人员应具备相应的专业技术能力，熟悉本文件及相关标准、柔性直流系统原理、新能源汇集站设备特性、继电保护装置原理和整定计算方法，经专业培训合格后上岗，定期参加技术培训和技能考核。4.2.3整定计算前，应收集完整的基础数据，包括柔性直流系统参数、汇集站设备参数、继电保护装置参数及相关运行资料，确保数据真实、准确、完整，充分考虑新能源出力波动特性和柔性直流故障暂态特性。4.2.4整定参数应根据柔性直流系统运行方式、新能源出力变化、设备参数调整等情况及时调整，确保整定参数始终适应实际运行需求；整定计算资料应及时归档，确保可追溯。4.2.5整定计算应与柔性直流控制保护系统、新能源发电单元保护系统的整定工作协同开展，确保各系统参数匹配，提升汇集站及柔性直流系统的安全稳定运行水平，结合柔性直流快速控制特性优化保护动作逻辑。5整定计算条件5.1基础数据条件开展整定计算前，应收集以下基础数据，确保数据完整、准确，涵盖柔性直流系统、汇集站设备及保护装置的核心参数：5.1.1柔性直流系统参数：系统额定电压（交流侧、直流侧）、额定电流、额定功率、换流装置类型（MMC、两电平换流器等）、换流阀参数、换流变压器参数、平波电抗器参数、直流线路参数（电阻、电感、电容）、系统等值阻抗、控制方式（定直流电压、定有功功率等）、调节响应时间等。5.1.2汇集站设备参数：新能源发电单元总容量、单机容量、升压变压器参数（额定容量、变比、短路阻抗）、汇集母线电压等级、母线等值阻抗、断路器参数（额定电流、开断容量、合闸时间）、隔离开关参数等；光伏逆变器、风电机组的保护特性参数。5.1.3继电保护装置参数：装置类型（微机型、集成电路型）、保护功能配置、动作特性（如过流保护、过压保护、差动保护等）、动作时限可调范围、整定参数可调范围、采样精度、动作门槛值等。5.1.4运行资料：汇集站历史运行记录、故障记录、新能源出力波动记录、柔性直流系统运行方式变化记录、继电保护装置动作记录、设备检修改造记录等，重点收集柔性直流系统故障暂态数据。5.2运行工况条件整定计算应考虑以下典型运行工况，确保整定参数适应不同工况需求，充分兼顾新能源出力波动性和柔性直流系统运行灵活性：5.2.1正常运行工况：柔性直流系统双极正常运行、新能源出力稳定（额定出力、50%出力等）、汇集站各设备正常运行，交流侧、直流侧电压、电流处于额定范围。5.2.2特殊运行工况：柔性直流系统单极运行、新能源出力大幅波动（零出力、满出力切换）、汇集站部分发电单元停运、换流装置投切、直流线路投退等工况。5.2.3极端运行工况：柔性直流系统最大运行方式、最小运行方式，新能源最大出力、最小出力，系统故障后恢复工况，直流侧过压、欠压等异常工况。5.3技术条件5.3.1继电保护装置应符合DL/T349—2010等相关标准的技术要求，具备相应的保护功能，动作可靠、调节精度满足要求，能够适应柔性直流系统故障暂态特性和新能源出力波动特点。5.3.2柔性直流控制保护系统、新能源发电单元控制保护系统应运行正常，调节性能良好，能够响应继电保护装置的动作指令，实现故障快速隔离和系统恢复，符合GB/T51397—2019的技术要求。5.3.3汇集站断路器、隔离开关等设备应具备良好的灭弧性能和操作可靠性，动作时间稳定，能够满足继电保护装置动作时限的要求，适配柔性直流故障快速切除需求。5.3.4整定计算所采用的故障计算方法应符合柔性直流系统故障特性，能够准确计算交流侧、直流侧故障电流、电压暂态过程，为整定参数计算提供可靠依据。6整定计算内容及方法6.1核心整定内容柔性直流联网的新能源汇集站继电保护整定主要包括汇集站交流侧保护整定、直流侧保护整定、换流装置保护整定及新能源发电单元配套保护整定，核心整定参数包括动作电流、动作电压、动作时限、灵敏系数、制动系数等，应根据基础数据和运行工况，采用相应的计算方法确定。6.2交流侧保护整定计算6.2.1适用范围：包括汇集站交流母线保护、升压变压器保护、交流线路保护、新能源发电单元出口保护等。6.2.2电流速断保护整定：动作电流应按躲过被保护设备最大短路电流（系统最大运行方式下三相短路电流）确定，计算公式为：Iset=Krel×Ikm，其中Krel为可靠系数，取值1.2～1.3；Ikm为被保护设备最大短路电流。动作时限宜取0s（瞬时动作），确保故障快速切除。6.2.3过电流保护整定：动作电流应按躲过被保护设备正常运行最大负荷电流及新能源出力波动最大电流确定，计算公式为：Iset=Krel×Kss×Iload.max，其中Kss为负荷自启动系数，取值1.2～1.5；Iload.max为被保护设备正常运行最大负荷电流（含新能源最大出力对应的电流）。动作时限应按阶梯时限原则整定，与相邻保护动作时限配合，确保选择性，一般取0.3～1.5s。6.2.4交流母线差动保护整定：动作电流应按躲过母线正常运行最大不平衡电流及新能源出力波动产生的不平衡电流确定，制动系数宜取0.2～0.3，灵敏系数应不小于2.0（按系统最小运行方式下母线两相短路电流校验）。6.2.5升压变压器保护整定：差动保护动作电流按躲过变压器励磁涌流、最大不平衡电流确定，制动系数宜取0.3～0.5；瓦斯保护按变压器制造商技术要求整定，轻瓦斯动作值宜取0.6～1.0m³/h，重瓦斯动作值宜取1.0～1.5m³/h；过负荷保护动作电流按变压器额定电流的1.05～1.1倍整定，动作时限取10～20s。6.3直流侧保护整定计算6.3.1适用范围：包括直流母线保护、直流线路保护、平波电抗器保护等，重点考虑柔性直流系统直流侧故障暂态特性。6.3.2直流短路保护整定：动作电流应按躲过直流系统正常运行最大电流及换流装置触发脉冲异常产生的冲击电流确定，同时兼顾故障快速切除需求，计算公式为：Iset=Krel×Idc.max，其中Krel为可靠系数，取值1.2～1.4；Idc.max为直流系统正常运行最大电流。动作时限宜取0.01～0.05s，确保快速切除直流短路故障，防止换流阀损坏。6.3.3直流过压保护整定：动作电压应按躲过直流系统正常运行最大电压波动及换流装置操作过电压确定，计算公式为：Uset=Krel×Udc.max，其中Krel为可靠系数，取值1.1～1.2；Udc.max为直流系统正常运行最大电压。动作时限宜取0.05～0.1s，动作后应联动换流装置降压或切除故障点。6.3.4直流欠压保护整定：动作电压应按躲过直流系统正常运行最小电压波动确定，计算公式为：Uset=Krel×Udc.min，其中Krel为可靠系数，取值0.8～0.9；Udc.min为直流系统正常运行最小电压。动作时限宜取0.1～0.3s，动作后应联动新能源发电单元减出力或停机，防止设备损坏。6.3.5平波电抗器保护整定：过流保护动作电流按躲过平波电抗器正常运行最大电流及故障时的冲击电流确定，动作时限取0.1～0.2s；匝间短路保护按电抗器制造商技术要求整定，灵敏系数应不小于1.5。6.4换流装置保护整定计算6.4.1适用范围：包括换流阀保护、换流变压器保护（直流侧）、换流装置差动保护等，结合柔性直流换流装置工作特性开展整定。6.4.2换流阀保护整定：过流保护动作电流按躲过换流阀正常运行最大电流及故障时的冲击电流确定，动作时限宜取0.01～0.03s；过压保护动作电压按换流阀额定耐压的1.1～1.2倍整定，动作时限取0.01～0.02s；阀侧差动保护动作电流按躲过换流阀正常运行不平衡电流确定，灵敏系数应不小于2.0。6.4.3换流变压器直流侧保护整定：过流保护动作电流按躲过变压器直流侧正常运行最大电流及故障冲击电流确定，动作时限取0.05～0.1s；过压保护动作电压按变压器直流侧额定电压的1.1～1.2倍整定，动作时限取0.05～0.1s。6.4.4换流装置差动保护整定：动作电流按躲过换流装置正常运行最大不平衡电流及换流阀触发异常产生的冲击电流确定，制动系数宜取0.3～0.4，灵敏系数应不小于2.0（按系统最小运行方式下换流装置内部短路电流校验）。6.5新能源发电单元配套保护整定计算6.5.1光伏逆变器出口保护：过流保护动作电流按躲过逆变器正常运行最大输出电流的1.2～1.3倍整定，动作时限取0.1～0.2s；过压保护动作电压按逆变器额定输出电压的1.1～1.2倍整定，动作时限取0.05～0.1s；欠压保护动作电压按逆变器额定输出电压的0.8～0.9倍整定，动作时限取0.1～0.2s。6.5.2风电机组配套保护：箱变保护按升压变压器保护整定原则执行；风电机组出口过流保护动作电流按躲过风电机组最大输出电流的1.2～1.3倍整定，动作时限取0.1～0.2s；低电压穿越保护按GB/T19939—2005相关要求整定，确保风电机组在电网低电压时能够稳定运行。6.6灵敏系数校验6.6.1所有继电保护装置的灵敏系数应按系统最小运行方式下被保护范围内最不利故障类型（如两相短路、单相接地短路等）进行校验，确保灵敏系数满足以下要求：电流速断保护灵敏系数不小于1.3，过电流保护灵敏系数不小于1.5，差动保护灵敏系数不小于2.0，直流侧保护灵敏系数不小于1.5。6.6.2若灵敏系数不满足要求，应调整整定参数（如降低动作电流、优化动作时限），或采取加装辅助保护等措施，确保保护装置在故障时能够可靠动作。6.7特殊工况整定计算6.7.1系统故障后恢复工况：当柔性直流系统发生故障后恢复运行，应适当调整继电保护整定参数，降低过流、过压保护动作门槛，延长动作时限，确保系统平稳恢复，避免保护误动。6.7.2新能源出力大幅波动工况：针对新能源出力零出力、满出力快速切换的情况，应优化过电流保护动作电流整定，采用自适应整定方式，根据实时出力调整动作门槛，确保保护选择性和灵敏性。6.7.3柔性直流单极运行工况：单极运行时，应调整直流侧保护整定参数，降低单极运行时的故障电流、电压整定值，确保单极运行时故障能够快速、可靠切除，同时避免影响另一极正常运行。6.7.4多汇集站联网工况：当多个新能源汇集站通过柔性直流系统联网运行时，应统一整定各汇集站继电保护参数，确保各保护装置动作协调，避免相互干扰，实现故障的选择性切除。7整定计算验证7.1验证原则整定计算验证应坚持客观、严格、全面的原则，依据本文件、相关行业标准及整定计算资料，结合柔性直流系统和新能源汇集站的技术特点，通过试验方式验证整定参数的正确性、合理性，确保继电保护装置动作可靠、满足运行要求。7.2验证内容7.2.1参数正确性验证：检查继电保护装置的整定参数是否与整定计算结果一致，包括动作电流、动作电压、动作时限、灵敏系数、制动系数等，确保参数设置准确无误。7.2.2动作特性验证：模拟不同运行工况和故障类型（交流侧短路、直流侧短路、过压、欠压等），检测继电保护装置的动作情况，确认保护装置的选择性、速动性、灵敏性和可靠性满足要求，能够快速、准确切除故障点。7.2.3协同性验证：验证继电保护装置与柔性直流控制保护系统、新能源发电单元控制保护系统的协同动作性能，确保故障时各系统协调配合，避免保护误动、拒动，实现故障快速隔离和系统恢复。7.2.4暂态特性验证：针对柔性直流系统故障暂态特性，模拟直流短路、换流装置故障等暂态过程，检测继电保护装置的动作响应速度和准确性，确保保护装置能够适应暂态故障特性。7.3验证方法7.3.1静态验证：在实验室或现场，通过继电保护测试仪模拟不同故障类型、运行工况下的电流、电压信号，设置不同的故障参数，检测继电保护装置的动作情况，验证整定参数的正确性和动作特性。7.3.2动态验证：在柔性直流联网新能源汇集站实际运行过程中，通过人为模拟故障（或利用自然故障记录），实时监测继电保护装置的动作过程、故障切除情况及系统恢复情况，验证整定参数的实用性和可靠性。7.3.3专项验证：针对特殊工况（如新能源出力大幅波动、柔性直流单极运行、系统故障后恢复等），开展专项试验，验证整定参数在特殊工况下的适应性和协同性。7.4验证要求7.4.1整定计算验证应在整定计算完成后、汇集站投入运行前开展，验证合格后方可投入运行；若验证不合格，应重新调整整定参数，再次进行验证，直至合格。7.4.2验证过程中应做好详细记录，包括试验工况、试验数据、装置动作情况、协同动作情况等，形成验证报告，与整定计算资料一并归档。7.4.3定期验证：继电保护装置投入运行后，应定期开展整定参数验证，每年至少验证一次；当柔性直流系统参数、汇集站设备参数、运行方式发生重大变化时，应及时开展专项验证，调整整定参数。7.4.4验证过程应严格遵守DL/T408—2018相关安全规定，确保试验安全，避免设备损坏和人员伤亡。8整定计算管理8.1资料管理8.1.1建立柔性直流联网新能源汇集站继电保护整定计算资料台账，详细记录整定计算基础数据、计算过程、整定参数、验证报告、参数调整记录等，确保资料完整、准确、可追溯，重点留存柔性直流系统故障暂态数据和新能源出力波动记录。8.1.2整