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一、制氫工藝分類及電氣原理
電解制氫工藝主要有ALK堿性電解、PEM質子交換膜、SOEC固體氧化物高溫電解、AEM 陰離子交換膜等幾種路線，其中ALK堿性電解為目前市場主流，占比超80%,本文以電解水制氫站為核心講解電解水制氫整流原理及電氣二次設備選型。
圖1 堿性電解制氫電氣示意圖
這是一套光伏自發自用+電網備用供電的堿性電解水制氫全系統原理圖，整體分為10kV高壓配電系統、24脈波移相整流直流供電系統、電解制氫工藝系統、0.4kV輔機配電系統四大板塊。
· 優先使用光伏綠電，經24脈整流變成直流電驅動電解槽制綠氫；
· 光照不足時，市政10kV電網補足電量，保證制氫連續；
· 高低壓兩級無功補償配合24脈整流，解決大功率整流諧波和直流紋波難題；
· 全套水、冷、氣、儲配套設備由0.4kV統一供電，形成完整可連續運行的光伏綠氫站。
二、 二次設備選型
1.10kV變配電部分
依據NB/T10447-2020《整流變壓器組保護裝置通用技術要求》及相關電力變壓器繼電保護標準，結合10kV雙移相變壓器構成24脈整流、光伏+電網雙電源供電、堿性電解水制氫工況，分為電氣電量主保護、電氣后備保護、非電量保護、整流閥側專項保護、系統聯動保護五大類。兩臺移相整流變獨立配置全套保護，配合整流橋、直流母線形成全鏈路防護。
圖2 電解制氫10kV電氣部分保護配置
10kV部分配置清單如下表
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
進線保護監測 |
| AM5SE-F | 具有帶方向元件的三段式過流保護，重合閘，過負荷告警、跳閘，過電壓告警、跳閘等功能對線路進行保護 | 10kV進線 |
| APView500 | 實時監測兩路三相回路電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波、電壓暫升/暫降/短時中斷、電壓電流瞬態監測等電能質量，記錄各類電能質量事件，記錄事件發生前后的波形，輔助用戶分析電能質量，滿足電能質量監測 | 10kV進線 | |
變壓器保護 |
| AM5SE-T | 具有帶方向元件的三段式過流保護，兩段零序過流保護，過負荷保護，具備非電量保護，如高溫超溫保護，瓦斯保護等保護功能 | 進線柜 |
PT測控 |
| AM5SE-UB | 監測母線三相/線電壓、零序電壓，并具備過壓/欠壓/零序過壓告警 | PT柜 |
電容器保護 |
| AM5SE-C | 三段式過流保護，過/欠電壓保護、不平衡電流/電壓保護、零序過流保護等功能 | 10kV電容器、電抗器 |
弧光保護 |
| ARB6 | 適用于開關柜弧光信號和電流信號的采集，并控制進線、母聯或母線上所有開關柜分閘 | 10kV母線 |
三側差動保護 |
| AM5SE-D3 | 整流變三側差動保護，具備比率制動、二/五次諧波制動，區內相間短路、繞組匝間短路、引線短路瞬時跳閘 | 整流變 保護測控 |
網側、閥側后備保護 | AM5SE-TB | 三側均配置三段相間過流，兩段零序過流，兩段間隙過流保護、復合電壓閉鎖、兩段零序過壓保護，斷路器控制 | ||
非電量保護 | AM5SE-FD | 重瓦斯、輕瓦斯、超溫、過溫、壓力釋放保護和告警 | ||
測控裝置 | AM5SE-K | 遙測、遙信、遙控 |
2.10kV光伏并網部分
分布式光伏采用10kV并網，自發自用，余電不上網。并網合規是光伏電站投運的前提，電能質量設計直接決定電站能否長期穩定并網、避免電網考核。10kV進線處配置防逆流保護，升壓箱變配置箱變保護測控裝置，并網柜配置防孤島保護、電能質量在線監測裝置和電能計量儀表，安科瑞同時提供Acrel-1000DP光伏監控系統，幫助項目對接電網調度系統，安全合規并網。
圖3 分布式光伏保護配置
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
防孤島保護 |
| AM5SE-IS | 保護電力系統的穩定運行，電網停電時能迅速切斷進線斷路器，防止孤島模式向電網反送電，保障電力設備和人員的安全。 | 光伏 并網柜 |
防逆流保護 | AM5SE-IS | 當光伏電站禁止向電網返送電能的場景下安裝在進線柜，監測到逆功率越限可依次斷開光伏并網柜，有效防止電能返送電網。 | 進線柜 | |
主從防逆流裝置 | AM6-PVM AM6-PVS | 適用于進線柜和并網柜距離較遠的防逆流場景，分為防逆流主機和從機，主機安裝在進線柜檢測逆功率，通過光纖和從機通信，從機安裝在并網點，接收主機命令合分光伏并網斷路器實現防逆流。 | 進線柜、并網柜 | |
電能質量監測裝置 |
| APView500PV | 實時監測一路三相路電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波、電壓暫升/暫降/短時中斷、電壓電流瞬態監測等電能質量 | 光伏 并網柜 |
三合一箱變測控裝置 |
| AM6-PWC | 集變壓器差動保護/過流保護/溫度等非電量保護、變壓器溫度測量/4-20mA變送輸出等測控功能、通訊管理機功能、交換機功能于一體。 | 升壓箱變 |
3.0.4kV保護測控
0.4kV部分主要包含0.4kV水泵、電機、線路保護，如補水泵、配堿泵、冷卻水供/回水泵、冷凍水供/回水泵、壓縮機等。
圖4 0.4kV部分保護配置
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
電動機測控裝置 |
| ARD3M | 適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。（過流、欠流）、電壓的（過壓、欠壓）及斷相、堵轉、短路、漏電、三相不平衡、過熱、接地、軸承磨損、定轉子偏心時、繞組老化予以報警或保護控制。 | 低壓電動機保護控制 |
抗晃電裝置 |
| ARD-KHD | 電壓短暫失壓時防止接觸器脫扣，電壓恢復后不間斷運行，避免系統受到沖擊。 | 抗晃電 |
線路保護 |
| ALP500 | 三段過電流保護，反時限過流保護，零序過流保護，功率保護等等，具備三相電氣參數測量，狀態采集和開關控制等功能。 | 0.4kV重要饋線 |
無功補償控制器 |
| ARC | 根據目標功率因數投切電容器實現無功補償 | 無功補償控制 |
4. 直流絕緣監測
電解槽工作在直流低壓、大電流工況下，堿液導電，潮濕、漏堿極易造成直流對地漏電，氫氣易燃易爆，絕緣監測是電解槽標配安全保護。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
直流絕緣監測 |
| AIM-D100-TH | 監測DC100-1000V直流系統絕緣狀況 | 安裝于電解槽正負極 |
5. 交直流計量
交直流回路配置多功能計量電表，包括10kV、0.4kV、直流回路，通過多功能電表計量發/用電量，部分回路需要監測諧波畸變率、直流紋波系數等電能質量參數。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
智能儀表 |
| APM500 | 具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統計、分時電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于高低壓電能監測和電能管理 |
智能儀表 |
| AEM96 | 具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于電能計量和監測 |
多功能 計量儀表 |
| ADL400 | 三相電流、電壓、分時電能，復費率設置，適用多個時段費率，內置分斷開關，可分斷80A以內三相電流。 | 饋線柜 |
| DTSD352 | |||
多功能 儀表 |
| ADW300 | 主要用于計量三相電氣參數，采集狀態量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內，自帶開口式互感器，可實現不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于改造安裝。 | 進/饋線 |
直流電能表 |
| DJSF1352 | 可測量直流系統中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。 | 直流計量 |
| DJSF1352-RN | |||
霍爾傳感器 |
|
AHKC-KA AHKC-HB | 測量DC0~(500-20000)A電流，輸出DC5V/4V或DC4-20mA,工作電源DC±12V/±15V或12/24V。 | 直流大電流監測 |
6. 防爆區域本安信號隔離
由于氫氣易燃易爆，在制氫的控制過程中，防爆區域內需要本安信號隔離，使用隔離式安全柵。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
隔離式安全柵 |
| BM200 | 采用了限壓、限流、隔離等措施，防止危險能量從本安端子進入危險現場，提高系統的本安防爆性能，增加了系統的抗干擾能力。輸入4-20mA、0-5V、PT100/0-10kΩ等信號，輸出4-20mA、0-5V等信號。 | 模擬量信號安全隔離 |
信號隔離器 |
| BM100 | 對電流、電壓等電量參數或溫度、電阻等非電量參數進行快速精確測量，經隔離轉換成標準的模擬信號輸出。既可以直接與指針表、數顯表相接，也可以與自控儀表（如PLC）、各種A/D轉換器以及計算機系統等設備配接。 | 信號轉換隔離 |
三、 制氫站能源管理
Acrel-2000MG能量管理系統能夠對制氫站源（市電、分布式光伏、風機）、網（內部配電網）、荷（電解槽及輔助設備）、儲能系統等負荷進行實時監測和優化控制，保護制氫站電網系統運行安全，實現不同目標下源網荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統的靈活控制，促進新能源消納、合理削峰填谷，減少電網建設投資，提升電網運行安全，降低運行成本。同時為制氫站提供交直流電氣、環境等異常告警和控制，保障制氫站穩定運行。
圖5 制氫站能量管理系統
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