電力系統事故跳閘與重合閘對小水電站的影響及其對策

淮安市淮安區運東電站管理所 沈 軍

目前在我國多個區域已經開始大范圍建設小水電站，能夠有效提高水電的發電效率和能力，為相關地區提供電能資源。而由于電力系統規模擴大，需要承擔的壓力增加，在日常運行過程中會出現跳閘的問題，跳閘會給小水電站帶來影響。其中重合閘也是影響小水電站穩定運行的重要因素，需要重點針對其影響問題進行分析，為小水電站的運行提供重要基礎保障。在出現跳閘問題后小水電站電壓以及頻率異常問題會影響其繼續工作，難以恢復送電，與此同時，如果重合閘沒有成功，則會增加停電的時間。相關人員需要重視分析影響重合閘成功率的關鍵要素，結合當地小水電站的建設情況進行探討，可以從實際的運行情況出發對上述問題進行解決。

1 事故跳閘及重合閘概念分析

1.1 事故跳閘

為了能夠維護人民的生命財產安全，需要保證電力機車供電的牽引供電系統的安全運行，可以平穩的運輸電能[1]。一旦發生事故，安裝于牽引變電所（開閉所、分區亭）內的繼電保護裝置即被事故產生的短路電流啟動，在這一影響下會自動將向事故點供電的斷路器斷開，通過該這種方式可以對事故范圍進行縮小，可以為其他設備的正常運行以及非事故線路的供電提供保障，使其處于正常狀態。這種因事故而自動斷開斷路器的動作，習慣上稱為“跳閘”。

1.2 重合閘

當架空線路存在的故障被清除之后，會在較短的時間內將斷路器進行閉合處理，這一過程被稱作為重合閘[2]。由于架空線路所出現的故障具有瞬時性或者暫時性的特點，因此重合閘是電路系統在運行過程中能夠做到自動恢復供電的重要方式。如圖1所示即為三相自動重合閘的運行原理。重合閘所允許的時間間隔最短在0.15秒到0.5秒之間，部分情況下故障問題屬于永久性故障。小水電目前建設較為普遍，通過重合閘可以及時針對其運行故障問題進行處理，能夠盡快恢復送電，保證電力系統處于穩定的狀態。當小水電被接入電網系統之后，電源結構會出現一定的改變，潮流也會向著復雜化的方向發展，雙側電源重合閘也需要同時可以滿足單側電源重合閘的要求，并考慮到線路保護配合情況以及同期合閘現象。

圖1 三相自動重合閘的運行原理

2 小水電站發展現狀

小水電站是一種裝機容量較小的水電站，是目前常用的一種發電裝置，目前在世界各地沒有針對小水電進行容量劃分以及定義。即使在國內也沒有針對小水電進行明確的標準規劃，根據裝機容量可以將小水電站劃分為微型水電站、小小型水電站以及小型水電站三種類別。在進入“十一五”之后，我國小水電站新增裝機容量持續增加，已經突破2000萬千瓦。在“十二五”期間已經建成300個水電新農村電氣化縣，人均年用電量和戶均年生活用電量在2010年的基礎上增長25%以上，這都得益于小型水電站的飛速建設。

3 電力系統事故跳閘及重合閘對小水電站的影響

3.1 電力系統事故跳閘對小水電站的影響

在電力系統運行過程中經常會出現事故跳閘的問題，除此之外，在每年相關部門都會選擇在一定時間內進行設備檢修，此時在檢修時會進行單一的線路供電。為了避免當地出現停電時間過長的現象，在線路供電的過程中，重合閘仍然處于運行的狀態，在此期間一旦出現事故跳閘問題，則會導致一次變電站出現停電的問題。在出現跳閘問題后，重合閘會使發電機出現非同期并網的現象，此時流過發電機的電流會大幅度增加，其最大值和額定電流相比，可以超出6.9倍到8.5倍之間，會給發電機的正常運行造成嚴重隱患。如果發電機受到危害和影響，則直接會給電力系統整體造成運行危害，這對于系統的穩定有著不利影響，同時還會造成財產損失。為了能夠避開這一問題的出現，相關部門在對電力系統實施檢修的過程中，不允許水電站進行并網發電。但是一般檢修時間都是6月到7月，如果過了這一階段會錯失發電旺季，減少小水電站的經濟效益收入，增加小水電站發電的成本，對于小水電站的未來持續發展有著不利影響[3]。

3.2 重合閘對小水電站的影響

如果線路故障點距離小水電站兩側存在著長度差異時，則兩側開關開啟動作的時間也會出現相應的不同之處，因此可以針對兩側分別選擇不同的動作，可以分別選擇Ⅰ段動作和Ⅱ段動作。在這一階段，如果沒有選擇合適的保護配合措施，在一側還沒有出現開關斷開現象時便開啟重合閘，則很有可能無法對故障位置所產生的電弧進行熄滅處理，導致重合閘出現錯誤判斷的現象，有可能會引發永久性障礙。再開啟重合閘時還需要考慮兩側是否處于同期的狀態，如果發電側以及電網側之間聯系并不緊密，不同期合閘容易產生沖擊電流，需要根據具體的情況選擇重合閘方案。

4 解決電力系統事故跳閘及重合閘對小水電站的影響的對策

要想能夠解決電力系統事故跳閘以及重合閘給小水電站帶來的不利影響，需要從兩種影響角度出發，制定針對性解決措施。

4.1 增加保護裝置

通過對電力系統事故調查給小水電站造成的影響進行分析，為了能夠為發電機提供重要的保護措施，同時還能夠增加發電量，需要針對小水電站增加相應的保護裝置。所增加的保護裝置需要能夠讓小水電站的發電機在系統啟動重合閘前和電網處于解列的狀態，當重合閘成功之后，利用并網的形式進行發電。在選擇保護裝置時如果選擇頻率保護方式可以及時展示當電力系統事故跳閘之后發電機轉速參數所出現的變化，但是發電機組的轉子慣量普遍較大，轉速并不會在短時間內出現過于明顯的變化，保護動作也相對遲緩，難以滿足在日常工作中的速動要求。如果選擇失壓保護裝置，雖然使用過程中操作簡單，但是該種保護裝置不能反映系統電壓的有無情況。通過對發電機的情況進行分析，當出現電力系統事故跳閘的問題時，流過發電機的電流較大，機端電壓會出現下降的現象，因電磁慣性和機械慣性相比較較小，發電機出現低壓過流現象的速度較快，可以滿足具體的速動要求，因此可以挑選低壓過流保護裝置。為了可以讓該保護裝置具有較高的靈敏性以及可靠性，可以針對電流繼電器的整定參數進行調整，在發電機處于滿載運行狀態的情況下，保護裝置不會出現錯誤的動作。

4.2 制定合理的重合閘方案

當降水量出現變化的過程中小水電站的運行方式也會出現一定的改變。當進入豐水期之后，小水電站的發電量會有所上升，如果在生產活動中出現剩余功率，會利用線路將其運送到主網系統中[4]。當進入枯水期之后發電量會有所下降，無法滿足電力需求，因此需要從電力系統主網上獲取一定的功率，面對這種現象重合閘必須要根據季節的變化而選擇合適的重合閘方案。

4.2.1 制定豐水期重合閘方案

在進入豐水期之后如果在產生故障問題時，大水電站需要對其頻率參數進行觀察，需要頻率參數和大電網系統處于一致的狀態，挑選合適的重合閘時機。如果小水電站側斷路器出現保護動作時，需要先對母線以及線路進行檢查，如果母線以及線路上方均存在電壓，則可以完成同期重合閘。如果小水電站發電功率較小，很有可能會出現孤網運行的問題，產生的現象會給電網功率也造成不利影響。如果出現無功不足，甚至會給電網的電壓水平造成影響，因此需要通過低頻低壓減載裝置對負荷進行切除處理，確保可以滿足重要的電力穩定供應。與此同時還需要針對頻率參數以及電壓參數進行觀察，需要保證兩種參數處于正常狀態。當發電功率超過負荷用電總量時，需要利用高頻高壓切機裝置，以最高運行電壓參數作為基礎，設定相應數值。當小水電站所采取的調節措施并不符合同期標準的時候，則需要將小水電站斷開，使其處于失壓的狀態，之后在進入枯水期之后對母線和線路進行電壓檢測，利用母線無電壓、線路有電壓的形式進行重合。

4.2.2 制定枯水期重合閘方案

在枯水期階段，小水電用電負荷需要通過線路從大電網下網，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。在這一階段，小水電測可能會因功率不均衡的問題而出現發電停止的現象，但是也有可能可以保持正常供電。當小水電側的斷開達到一定時間之后，很有可能會由于負荷不均衡而引起發電機組運行不正常的現象，電站母線也會出現施壓的問題。如果在針對保護裝置進行檢測之后，發現母線無壓后開啟重合閘，則大電網側會通過母線進行電能供應。如果小水電站可以處于正常供應的狀態，電站母線帶有電壓，在檢測到這一情況后則不會開啟重合閘，可以繼續進行供電。但是在這一時間小水電會出現孤網的現象，頻率以及電壓參數難以和大電網系統進行同步，需要利用手動的形式進行同期合閘，可以讓小水電站以及大電網系統之間形成一定聯系。

5 結語

隨著我國對于電能需求量的不斷提高，開始利用多種資源進行發電，其中水電是主要的發電形式之一，屬于清潔能源。當前我國小水電站建設規模持續擴大，但是在水電站運行過程中會因為定期檢修以及電力系統事故問題而出現跳閘的現象，為了能夠及時恢復供電，需要提升重合閘的成功率。為了能夠避免小水電站出現故障問題應當采取相應的保護措施，同時重視在豐水期以及枯水期分別制定針對性的重合閘計劃，滿足小水電站的運行需求。在未來的社會發展過程中小水電站在電力系統運行過程中占有的地位會越發重要，需要相關人員可以積極利用各種新型的技術對小水電站的運行情況采取保護措施，確保水力發電的穩定性。