鄒浩斌

（廣東省清遠地區(qū)供電局，廣東 清遠 511515）

清遠地區(qū)的水電多達1500多座，分布在大小河流沿線，這些水電站就近接入地區(qū)的10kV及以上電網。由于清遠大小河流眾多，分布廣泛，因此清遠小水電具備分布式小水電的特點。分布式小水電接入配電系統(tǒng)之后，會改變配電網絡的拓撲結構和潮流方向[1]，對配電網的安全、穩(wěn)定運行帶來較大的影響，不僅關系到中壓電網的電能質量，也會對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產生不利的影響。因此，有必要分析配電網中接入分布式小水電后，電網受影響的程度，尤其是研究分布式小水電對自動重合閘裝置、備自投裝置的影響，并提出提高可靠性和安全性的技術措施。

1 分布式小水電接入方式的等效結構

分布式小水電的特點是小容量、較分散。清遠電網小水電眾多，小水電地理位置分布不同，其接入方式也呈現(xiàn)出多元化和復雜化。以清遠市連南縣為例，多個變電站均有小水電接入，且接入方式各異，有些直接將小水電接到供電線路，通過10kV線路上網，造成用電和輸電共線的情況。為了方便建模計算分析，首先對復雜的小水電接入方式進行歸納總結和簡化。

目前清遠電網中的各種小水電接入方式可歸納為3種典型的接入等效結構：一種是串接型供電結構，在線路中直接串接小水電，這種方式可以允許在一條線路中串接上一定數(shù)量的小水電；第二種是并接型供電結構，即小水電直接接入到10kV母線端；第三種接法較為復雜，是串接型的延伸，稱為樹型結構。在等效結構的基礎上，提出集中型和分散型的標準研究模型，集中型和分散型的區(qū)分主要是以水電的分布為基準。

2 分布式小水電對自動重合閘的影響

2.1 定性分析

2.1.1 分布式小水電所在饋線的線路故障

如圖1所示，兩條饋線都采用前加速自動重合閘，分別裝設在保護裝置3和保護裝置4上。首先分析配電網無分布式小水電接入的情況，當K1發(fā)生瞬時性故障時，保護裝置3的自動重合閘立刻跳開使故障點熄弧，待故障切除后重合閘自動重合。當分布式小水電連接在母線B上且K1發(fā)生瞬時性故障時，保護裝置3的自動重合閘跳開后雖然切斷了系統(tǒng)側的電流，但分布式小水電會繼續(xù)向故障點提供電流，電弧不能立即熄滅，重合閘不能自動重合，導致延續(xù)停電。同樣當分布式小水電接入點下游的K2發(fā)生瞬時性故障時，前加速重合閘立即跳開，但由于分布式小水電給故障點提供故障電流，從而重合閘也不能自動重合。

當分布式小水電所在饋線發(fā)生瞬時性故障時，由于分布式小水電在前加速重合閘跳開后依然供出故障電流，導致重合閘重合失敗，從而變?yōu)橛谰眯怨收蟍2]。為了避免前加速重合閘重合失敗，有兩種解決方法：

1）當瞬時性故障發(fā)生時，分布式小水電立刻切除，退出電網，這樣可以保證系統(tǒng)側重合閘的重合成功。但缺點是如果故障為永久性故障，分布式小水電對下游的負荷供電將會中斷。

2）在線路AB靠近母線B的兩側裝設保護裝置，當K1發(fā)生故障時，線路AB兩側的保護裝置均動作，這樣能夠可靠切除故障，同時分布式小水電側會與下游負荷形成孤島。這種方法可以實現(xiàn)下游負荷的持續(xù)供電，但孤島運行的問題隨之而來，需要通過調整電壓、頻率等來保證電能質量，并要防止故障切除后與系統(tǒng)并列時的非同期問題。因此，需要饋線保護及自動裝置的配合調整和分布式小水電自身的控制來綜合實現(xiàn)。

2.1.2 相鄰饋線的線路故障

如圖2所示，若K1處發(fā)生瞬時性故障，保護裝置4將瞬時動作切除故障且重合閘自動重合。但當分布式小水電向K1供出的故障電流過大時，可能會引起饋線上游保護裝置3自動重合閘的誤動作。若K1處發(fā)生永久性故障，保護裝置4的自動重合閘會重合失敗，這時饋線的保護裝置依次按整定的時限進行動作，當故障點K1在保護裝置4的電流速斷保護范圍外時，需要經延時由限時電流速斷保護來切除故障，但由于分布式小水電在延時期間仍會向故障點提供故障電流，有可能會引起保護3的誤動作。因此，需要小水電上游各保護裝置加設方向元件來判斷分布式小水電的反供電流。

由上述兩種情況的分析可知，分布式小水電所在饋線發(fā)生瞬時性故障時，分布式小水電的存在會導致前加速重合閘重合失敗，形成永久性故障，擴大停電范圍。而當相鄰饋線發(fā)生故障時有可能會引起分布式小水電所在饋線上游保護裝置和重合閘的誤動作。

2.2 仿真分析

系統(tǒng)側電壓選取10kV配電網的額定電壓10.5kV，即

通過BPA計算出在清遠某條10kV母線短路時的短路電流為8.18kA，因此系統(tǒng)最大運行方式和最小運行方式的系統(tǒng)阻抗值為：

可知，饋線AB上的最大負荷電流分別為255A。

仿真模型如圖3所示。設置在CD段線路10s時發(fā)生短路故障，持續(xù)時間為0.2s，在10.2s時斷路器BRK斷開，而小水電的出口端斷路器BRK1不動作，檢測此時流過CD段線路的電流大小[3]，并與BRK1和BRK在10.2s時動作的仿真結果做比較。

結果顯示，分布式小水電接入后，流入故障點的電流與正常工作電流大小相差不大，因此對故障點的熄弧效果產生很大影響，會造成熄弧失敗。很明顯分布式小水電向故障點提供的故障電流會非同期重合閘而導致重合失敗，擴大停電范圍。

3 分布式小水電對備自投的影響

3.1 定性分析

隨著電網的不斷建設，網絡結構更趨合理，在110kV線路，甚至10kV線路中，都有可能出現(xiàn)合環(huán)建設、開環(huán)運行的情況。這將使得電網的可靠性得到提高，在人為或者非人為的情況下實現(xiàn)線路轉供，減少停電時間。但由于現(xiàn)有設備不足以實現(xiàn)轉供的自動化，因此在很多地方都需要加裝備自投裝置，在需要對線路進行轉供時可以實現(xiàn)自動轉供。

由于各地區(qū)電網的實際特點不同，現(xiàn)有的備自投控制策略還存在很大的不足，這也成為關系電網安全的一種隱患。分析認為，目前地區(qū)電網中的備自投策略主要存在以下不足：

1）現(xiàn)有備自投策略易受地方小水電干擾。目前備自投的故障掉電檢測信號一般是電壓和電流，檢測信號單一會導致備自投的誤動和拒動現(xiàn)象的發(fā)生[4]。某些變電站將失電的電壓整定值定得太低（如30%），當主小水電側的斷路器跳開時，由于機組的強勵支撐作用電壓并不會跌落太多，從而導致備自投拒動現(xiàn)象的發(fā)生。另一方面，若把電壓整定值定得太高（如70%），則在小水電無功出力較小、無功負荷較重時會發(fā)生誤動。清遠電網內有大量的小水電機組存在，相當一部分不通過地調和縣調而直接調度，因此小水電對備自投影響的問題在清遠尤為突出。

2）現(xiàn)有備自投策略未考慮遠方備用小水電側設備的安全性。目前備自投策略僅僅考慮了本地變電站母線電壓或進線電流，而沒有考慮遠方備用小水電側主變的容載比、線路的熱穩(wěn)定極限等[5]，易導致備用小水電側過負荷跳閘，導致故障的進一步擴大。而備用小水電側的容載比、備用線路的熱穩(wěn)定極限與當前的運行工況密切相關，因此客觀上需要在備自投控制策略中引入相應的支路功率測量信號進行相應的計算和投切閉鎖。

3）現(xiàn)有備自投策略無法實現(xiàn)與安全控制裝置協(xié)調動作[6]?，F(xiàn)有主網的安全控制裝置與地方電網有關的主要是低頻減載裝置。若低頻減載定的自動切除路線有主小水電線路，則當該線路是由主網故障引發(fā)的低頻減載切除時，現(xiàn)有備自投策略無法分辨是該線路故障還是安控裝置的動作，因此會自動投到備用線路側，負荷并未實際切除，這會導致原有的主網安全控制措施落空，直接威脅到主網安全運行。

3.2 仿真分析

含備自投裝置的仿真模型如圖6所示。通過建立新的線路，可以解決水電共線問題。DG接入點為圖中的A點，備自投加裝在DG的母線側，若需要轉供，則通過備自投將線路接到C點，而與A點斷開。

仿真中，設置在10.2s斷開斷路器BRK2，檢測此時發(fā)電機端的母線電壓。10.2s前后的電壓變化如圖7所示。

從圖7可以看出，斷開BRK2后發(fā)電機端母線的電壓從6.272kV降到5.686kV，降幅為9.3%，但仍然過高的電壓會影響到備自投的有效動作。

4 改進措施

4.1 自動重合閘的改進

當分布式小水電接入后，任何一段線路發(fā)生瞬時性故障時，自動重合閘跳開后，分布式小水電仍然向故障點提供電流，故障點的電弧持續(xù)燃燒。如果這時保護裝置沒有及時檢測到故障并將DG從電網上斷開，將導致自動重合閘重合不成功，有可能導致永久性故障，擴大停電范圍。因此，在含有分布式小水電的饋線中應延長重合閘的重合時間，使保護裝置有足夠的時間檢測到故障并將DG從電網上斷開，達到滅弧的效果。

4.2 備自投裝置的改進

從仿真結果可以看出，分布式小水電接入配電系統(tǒng)會影響到備自投裝置的成功動作，因此可以考慮在備自投動作前先將小水電短時間切除，待備自投成功動作后再將小水電接入。這種方法可以有效解決因小水電的存在而對備自投工作的影響，如果考慮到備自投裝置在現(xiàn)行配網中存在的所有問題，可以采用廣域備自投方法，充分考慮到地方小水電和安穩(wěn)信號對備自投裝置的影響[7]，并且能預判備自投動作后對地區(qū)電網安全穩(wěn)定性的影響。

5 結語

隨著分布式小水電并入到配電網中，改變了原有的拓撲結構，可能成為多端小水電供電系統(tǒng)。故障發(fā)生時分布式小水電的存在對兩種自動控制裝置——自動重合閘和備自投裝置產生影響。對于自動重合閘，小水電的存在會對其是否能成功熄弧產生很大的影響，而備自投則可能因為小水電對母線的電壓支撐作用不能動作而失效。對這兩種情況進行仿真研究，也可以得出可靠的結論。結合山區(qū)小水電的實際運行情況，對這兩種裝置提出了適合有分布式小水電存在的改進措施，以提高電網的安全穩(wěn)定性和供電可靠性。

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