提高小水電線路重合閘成功率探討

楊興華

摘 要：小水電具有無污染、分布廣等特點(diǎn)，在農(nóng)村或偏遠(yuǎn)山區(qū)應(yīng)用廣泛。但小水電難以迅速調(diào)節(jié)自身的功率，在因故障跳閘而形成孤島時(shí)，容易導(dǎo)致重合閘失敗。通過闡述、分析當(dāng)前小水電并網(wǎng)重合閘的原理和現(xiàn)狀，歸納了影響重合閘成功率的相關(guān)因素，以期為電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：小水電；重合閘；斷路器；母線

中圖分類號：TM762.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）20-0051-02

1 小水電并網(wǎng)重合閘的研究意義

小水電的建設(shè)非常普遍，為改善能源結(jié)構(gòu)起到了很大的作用。因季節(jié)的變化，小水電地區(qū)的降雨量在全年并不均勻，有枯水期和豐水期。在枯水期，小水電的發(fā)電功率較低；在豐水期，小水電的發(fā)電功率有剩余。如果因發(fā)生線路故障而導(dǎo)致保護(hù)動作開關(guān)跳閘或小水電與電力系統(tǒng)解列后，小水電側(cè)則可能會出現(xiàn)電壓和頻率異常的情況，進(jìn)而導(dǎo)致重合閘成功率降低。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)，絕大部分的故障不是永久性故障，60%～90%的故障可通過重合閘恢復(fù)送電。較高的重合閘成功率縮短了停電時(shí)間，提高了電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定水平。因此，研究提高小水電并網(wǎng)重合閘成功率具有重要的意義。

2 重合閘的動作原理

小水電接入電網(wǎng)會使電源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，潮流將更為復(fù)雜。雙側(cè)電源重合閘同樣應(yīng)滿足單側(cè)電源重合閘的條件，與此同時(shí)，要考慮線路保護(hù)之間的配合和同期合閘的情況。當(dāng)線路故障點(diǎn)距離兩側(cè)的長度不同時(shí)，兩側(cè)開關(guān)動作的時(shí)間也可能不同。可能會發(fā)生其中一側(cè)為保護(hù)I段動作、另外一側(cè)為保護(hù)II段動作的情況。此時(shí)，如果不與保護(hù)配合，在一側(cè)開關(guān)沒有斷開的情況下重合閘，則極有可能無法熄滅在故障處出現(xiàn)的電弧，進(jìn)而造成重合閘誤判斷，導(dǎo)致重合在故障下永跳。

重合閘還應(yīng)考慮兩側(cè)是否同期的情況。當(dāng)發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)有3條及以上的線路相連時(shí)，其中一條線路出現(xiàn)故障跳閘后，重合時(shí)該條線路兩側(cè)不會出現(xiàn)不同步的情況，因此，此時(shí)不需要檢查兩側(cè)是否同期；當(dāng)發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)不存在緊密聯(lián)系的情況下，則需要考慮不同期合閘造成的沖擊電流，應(yīng)根據(jù)不同情況確定選用同期重合閘或非同期重合閘。對于雙回路線路，當(dāng)其沒有旁路且不能采用非同期重合時(shí)，如果其中一條回線路重合，則可以通過檢查另一條回線路判斷是否存在電流。如果存在電流，則說明處于同步，可以重合閘。

在準(zhǔn)備工作做好時(shí)，小水電可選擇自同步重合閘。當(dāng)線路出現(xiàn)異常時(shí)，大電網(wǎng)側(cè)斷路器斷開，小水電側(cè)斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)和滅磁開關(guān)；大電網(wǎng)側(cè)通過檢母線無壓方式并合上開關(guān)后，小水電再通過自同步與電網(wǎng)并列。

3 小水電重合閘存在的問題

小水電除了需要滿足單側(cè)電源線路重合閘的各項(xiàng)要求，同時(shí)，也應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)使重合閘滿足雙側(cè)電源重合閘的要求。如果發(fā)生故障保護(hù)動作跳閘后，小水電電源未斷開而繼續(xù)與電網(wǎng)相連，則可能因非同期合閘而對主軸等部位產(chǎn)生損害。小水電側(cè)與大電網(wǎng)解列后，發(fā)電功率會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總負(fù)荷，極有可能導(dǎo)致其發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，需要人工進(jìn)行同期并網(wǎng)操作。這在增加工作量的同時(shí)，也延長了停電時(shí)間。因此，瞬時(shí)故障的發(fā)生率較高，比如由于重合閘失敗而導(dǎo)致的大范圍停電事故。

4 提高重合閘成功率的方案

降雨量會改變小水電的運(yùn)行方式。當(dāng)小水電處于豐水期時(shí)，其發(fā)電量較大，產(chǎn)生的剩余功率需要通過線路輸送到主網(wǎng)；在枯水期，小水電的發(fā)電量不足以滿足當(dāng)?shù)刎?fù)荷，需要從主網(wǎng)獲取功率。重合閘在不同時(shí)期采用不同的方案對其成功率具有較大的影響。

4.1 豐水期重合閘方案

在豐水期，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，小水電主要需要保證其頻率能與大電網(wǎng)一致，并尋找重合閘的時(shí)機(jī)。當(dāng)小水電側(cè)斷路器保護(hù)動作，應(yīng)先檢查母線和線路，如果二者均帶有電壓，則可通過檢查同期實(shí)現(xiàn)重合閘。

如果小水電發(fā)電功率小于用電功率，則會出現(xiàn)小水電孤網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生的有功不足會導(dǎo)致電網(wǎng)功率降低，無功不足將導(dǎo)致電網(wǎng)電壓下降。此時(shí)，應(yīng)利用低頻低壓減載裝置切除一部分負(fù)荷，保證重要負(fù)荷的電力供應(yīng)，同時(shí)，保證頻率和電壓正常。如果小水電發(fā)電功率大于負(fù)荷用電量，則應(yīng)啟用高頻高壓切機(jī)裝置，設(shè)置值按躲過最高運(yùn)行電壓整定。如果小水電調(diào)節(jié)措施沒有達(dá)到同期條件，則應(yīng)斷開小水電使其失壓，再用枯水期檢測母線無壓、線路有壓的重合閘方式并重合

4.2 枯水期重合閘方案

在枯水期，小水電的用電負(fù)荷需要利用線路從大電網(wǎng)下網(wǎng)，應(yīng)將小水電側(cè)的重合閘方式整定為檢測母線無壓。當(dāng)線路電流、電壓異常時(shí)，兩側(cè)保護(hù)裝置動作，電網(wǎng)側(cè)開關(guān)檢線無壓，重合閘動作后部分線路恢復(fù)供電。此時(shí)，小水電側(cè)有兩種可能性，分別是因小水電功率不平衡而導(dǎo)致停止發(fā)電和小水電可繼續(xù)為負(fù)荷正常供電。

當(dāng)小水電側(cè)斷開一段時(shí)間后，會因負(fù)荷不平衡而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組停運(yùn)、電站母線失壓。小水電側(cè)保護(hù)裝置檢測到母線無壓后重合閘，大電網(wǎng)側(cè)經(jīng)過小水電的母線向用電負(fù)荷供電。當(dāng)小水電能夠正常供電時(shí)，其母線有電壓，保護(hù)裝置檢測到此情況后不會重合閘，小水電可繼續(xù)供電。此時(shí)，小水電成為孤網(wǎng)，其頻率和電壓值不一定與大電網(wǎng)同步，因此，應(yīng)通過手動方式同期合閘，使小水電與大電網(wǎng)建立聯(lián)系。同時(shí)，需要注意的是，故障發(fā)生后，小水電的母線電壓需要較長的衰減時(shí)間才能降至零，保護(hù)裝置可能在衰減期間誤判斷為母線有壓而復(fù)歸保護(hù)裝置。此時(shí)，可在開關(guān)跳閘時(shí)連跳本側(cè)小水電上網(wǎng)線路，使小水電與大電網(wǎng)解列而使母線無壓。這種處理方式能夠提高重合成功率，且不降低電能質(zhì)量。

5 結(jié)束語

本文分析了自動重合閘研究的意義和重合閘動作的原理，指出了小水電在并網(wǎng)情況下重合閘時(shí)的影響因素，并提出了在不同季節(jié)應(yīng)根據(jù)水量確定小水電側(cè)重合閘的方式，從而最大程度地減少小水電側(cè)的失壓風(fēng)險(xiǎn)。