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，在農村或偏遠山區應用廣泛。但小水電難以迅速調節自身的功率，在因故障跳閘而形成孤島時，容易導致重合閘失敗。通過闡述、分析當前小水電并網重合閘的原理和現狀，歸納了影響重合閘成功率的相關因素，以期為電網的安全、穩定運行作出貢獻。

關鍵詞：小水電；重合閘；斷路器；母線

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

1 小水電并網重合閘的研究意義

小水電的建設非常普遍，為改善能源結構起到了很大的作用。因季節的變化，小水電地區的降雨量在全年并不均勻，有枯水期和豐水期。在枯水期，小水電的發電功率較低；在豐水期，小水電的發電功率有剩余。如果因發生線路故障而導致保護動作開關跳閘或小水電與電力系統解列后，小水電側則可能會出現電壓和頻率異常的情況，進而導致重合閘成功率降低。根據系統運行情況統計，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送電。較高的重合閘成功率縮短了停電時間，提高了電力系統的暫態穩定水平。因此，研究提高小水電并網重合閘成功率具有重要的意義。

2 重合閘的動作原理

小水電接入電網會使電源結構產生變化，潮流將更為復雜。雙側電源重合閘同樣應滿足單側電源重合閘的條件，與此同時，要考慮線路保護之間的配合和同期合閘的情況。當線路故障點距離兩側的長度不同時，兩側開關動作的時間也可能不同。可能會發生其中一側為保護I段動作、另外一側為保護II段動作的情況。此時，如果不與保護配合，在一側開關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的電弧，進而造成重合閘誤判斷，導致重合在故障下永跳。

重合閘還應考慮兩側是否同期的情況。當發電側與電網側有3條及以上的線路相連時，其中一條線路出現故障跳閘后，重合時該條線路兩側不會出現不同步的情況，因此，此時不需要檢查兩側是否同期；當發電側與電網側不存在緊密聯系的情況下，則需要考慮不同期合閘造成的沖擊電流，應根據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，當其沒有旁路且不能采用非同期重合時，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。

在準備工作做好時，小水電可選擇自同步重合閘。當線路出現異常時，大電網側斷路器斷開，小水電側斷開發電機開關和滅磁開關；大電網側通過檢母線無壓方式并合上開關后，小水電再通過自同步與電網并列。

3 小水電重合閘存在的問題

小水電除了需要滿足單側電源線路重合閘的各項要求，同時，也應根據電網的實際運行狀態使重合閘滿足雙側電源重合閘的要求。如果發生故障保護動作跳閘后，小水電電源未斷開而繼續與電網相連，則可能因非同期合閘而對主軸等部位產生損害。小水電側與大電網解列后，發電功率會遠遠大于總負荷，極有可能導致其發電機組停運，需要人工進行同期并網操作。這在增加工作量的同時，也延長了停電時間。因此，瞬時故障的發生率較高，比如由于重合閘失敗而導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行方式。當小水電處于豐水期時，其發電量較大，產生的剩余功率需要通過線路輸送到主網；在枯水期，小水電的發電量不足以滿足當地負荷，需要從主網獲取功率。重合閘在不同時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，當發生故障時，小水電主要需要保證其頻率能與大電網一致，并尋找重合閘的時機。當小水電側斷路器保護動作，應先檢查母線和線路，如果二者均帶有電壓，則可通過檢查同期實現重合閘。

如果小水電發電功率小于用電功率，則會出現小水電孤網運行現象，進而產生的有功不足會導致電網功率降低，無功不足將導致電網電壓下降。此時，應利用低頻低壓減載裝置切除一部分負荷，保證重要負荷的電力供應，同時，保證頻率和電壓正常。如果小水電發電功率大于負荷用電量，則應啟用高頻高壓切機裝置，設置值按躲過最高運行電壓整定。如果小水電調節措施沒有達到同期條件，則應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，小水電的用電負荷需要利用線路從大電網下網，應將小水電側的重合閘方式整定為檢測母線無壓。當線路電流、電壓異常時，兩側保護裝置動作，電網側開關檢線無壓，重合閘動作后部分線路恢復供電。此時，小水電側有兩種可能性，分別是因小水電功率不平衡而導致停止發電和小水電可繼續為負荷正常供電。

當小水電側斷開一段時間后，會因負荷不平衡而導致發電機組停運、電站母線失壓。小水電側保護裝置檢測到母線無壓后重合閘，大電網側經過小水電的母線向用電負荷供電。當小水電能夠正常供電時，其母線有電壓，保護裝置檢測到此情況后不會重合閘，小水電可繼續供電。此時，小水電成為孤網，其頻率和電壓值不一定與大電網同步，因此，應通過手動方式同期合閘，使小水電與大電網建立聯系。同時，需要注意的是，故障發生后，小水電的母線電壓需要較長的衰減時間才能降至零，保護裝置可能在衰減期間誤判斷為母線有壓而復歸保護裝置。此時，可在開關跳閘時連跳本側小水電上網線路，使小水電與大電網解列而使母線無壓。這種處理方式能夠提高重合成功率，且不降低電能質量。

5 結束語

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情況下重合閘時的影響因素，并提出了在不同季節應根據水量確定小水電側重合閘的方式，從而最大程度地減少小水電側的失壓風險。