提高小水電調度執行力的研究與應用

高丁義

摘 要：調度部門對部分并網小水電的調度執行力低，無法有效地控制小水電的運行方式，導致上網區域配網的電壓合格率受到了嚴重影響。因此，急需采用一種新型的斷路器，既能實現小水電與調度之間的信息傳遞，又能實現故障狀態下配網與水電站的自動隔離，以達到并網區域電站、電網的統一運行調管，提高供電區域供電可靠性和電能質量的目的。

關鍵詞：小水電 智能斷路器 創新

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0052-02

1 研究對象

某地區存在著小水電無視調度指令，自行調整機組運行狀態，導致并網區域電壓偏高、損耗增加、豐水期電力外送受阻以及非專線并網線路供電可靠性低等問題，用戶用電設備頻繁燒毀。該地區并網小水電站46座，裝機容量36.172 MW，131臺，分布在A、B、C、D、E、F、G共7個區域。小水電最大裝機容量2 500 kW，最小裝機容量50 kW。據統計，區域B、區域C豐水期投訴事件中電壓超高、供電可靠性低的問題占總投訴量的50%以上。區域B和區域C的兩座變電站電壓監測儀顯示10 kV母線電壓合格率平均不足70%。

2 解決措施

目前國內外也開展了關于小水電并網后對電能質量、繼電保護、電壓水平的影響研究。如在配網中安裝限流器，以削弱小水電并網后對繼電保護裝置的影響，但該限流器僅在故障后發揮作用；采取自適應保護方案，用以解決小水電并網后系統整定值隨時校準的問題；采用并聯電抗器以解決過電壓問題。但是上述解決方案僅處于理論方面，并未應用到實際中。

2.1 控制目標

（1）實現水電并網區域電站運行信息遠方實時監視，解決電站盲調問題，試點區域小水電調度指令執行率達到99.8%。

（2）提高水電并網區域調度執行力和電壓質量合格率，試點區域電壓質量合格率提高到90%。

（3）形成水電并網區域電網的統一調管機制，建立以并網點電壓為導向的電站機組運行的調管模式，保障水電站利益，試點區域小水電運行信息遠方監視率達到98.9%。

2.2 智能分界斷路器工作原理

智能分界斷路器采用分體式結構，由一次采用執行部分和二次智能控制部分組成。一次部分由電壓互感器、電流互感器、斷路器組成。電流、電壓互感器用于完成分界點電流、電壓量的采集，為智能控制單元和電度表提供了采樣信號和工作電源；斷路器接收智能控制單元指令，執行斷合任務。二次控制部分由電源控制器、電度表、智能單元、電路器控制器和GPRS組成。電源控制器由電池和整流逆變模塊組成，為智能單元、電路控制、GPRS通信提供直流24 V工作電源；電度表根據電流、電壓采樣信號完成分界點電度量計算；智能單元根據采樣的電流、電壓信號及接收到的主站指令，發出分合閘指令，同時向主站提供分界點運行信息；電路控制器，接受智能單元指令，驅動斷路器分合；GPRS作用主要提供分界點與調度主站通信通道。

2.3 實施效果

對區域C的水電并網區進行試點驗證，該地區承擔了5 800戶供電任務。因2013年已實現了2座電站遠程監控，為了解決該區域小水電外送不暢、電壓高的問題，安裝2臺TBG-101小水電智能分界斷路器。自投運以來，調度可以實時掌握兩站的運行信息，并成功隔離故障12次，其中站內故障5次、線路故障7次，有效地提高了故障的處理效率，同時有效地解決了并網區電能質量的問題。

3 創新點

（1）故障狀態下并網水電站的自動隔離，故障區段自動提示，解決了非專線并網線路重合閘不能投入的問題，提高了線路的供電可靠性。

①短路故障。規定流過斷路器QF2的電流指向系統側為正方向，反之為反方向。在k2點發生短路故障時，斷路器QF1、QF2均跳閘。當k2點故障消除后，斷路器QF1合閘，10 kV干線恢復帶電。智能單元判斷故障屬于斷路器QF2正方向故障，在檢測到系統側電壓恢復正常后，重合閘出口動作，斷路器QF2合閘，發電站方可并網發電。在k1點發生故障時，斷路器QF2跳閘，故障得到隔離。即使在k1點發生故障時保護越級斷路器QF1、QF2均發生跳閘，因故障及時隔離，斷路器QF1會重合成功。智能控制單元判斷故障屬于斷路器QF2反方向故障，將閉鎖重合閘功能，斷路器QF2保持分閘狀態。待故障消除后，由水電站值班員向遠方監控中心申請遠方遙控斷路器QF2合閘。②接地保護，智能單元依據采樣到的零序電流、電壓幅值和角度，可精確提示接地區段。③過電壓保護，分段式電壓保護功能。每段電壓保護定值可設，保護出口可按跳閘和告警進行設置，便于對水電站并網點電壓管控。如，電壓I段，定值110 V，時限0 s，保護出口跳閘；電壓II段，定值107 V，時限30 s，保護出口告警。電壓越限檢測原理，通過多功能前端采集裝置采集線路信息，并將信息送交主站系統判別。

（2）采用GPRS通訊技術，實現了小水電并網點運行信息的實時監控，保證水電并網區域電壓質量合格與電網的經濟安全運行。如，并網點電壓超高10.7 kV時，主站監控系統發出告警提示，監控值班員提示電站運行人員，調整機組運行狀態，在調度2次警告后電站仍未采取措施，依據調度協議，調度員可遠方遙控智能分界斷路器跳閘，直接切除發電站。

（3）計量與監控功能的融合，減少了計量設施的重復投資。通過增加智能斷路器采樣互感器繞組數，實現計量回路采樣需求，減少計量一次設施的投資。利用智能電表通信接口和智能分解控制器通信功能將電度量上傳電網調控中心，可降低抄表人員現場作業風險。

4 結語

采用小水電分界智能斷路器，實現了水電并網區域電網的統一調管，實現了并網線路與電站故障的有效隔離，提高了并網區域內的電能質量和供電可靠性，有較強的可推廣性和現實意義。

參考文獻

[1] 郭立山，黃佐.國內外小水電管理比較研究[J].中國農村水利水電，2003（3）：57-59.

[2] 黃明，田申，趙虹.小水電建設資金運行機制分析[J].中國農村水利水電，2009（8）：73-75.

[3] 方可行.短路器故障與檢修[M].北京：中國電力出版社，2008.