新型柱上斷路器在普洱地區(qū)小水電站的應(yīng)用

楊亞洲 畢昊林

摘 ? 要：云南普洱地區(qū)中低壓配電網(wǎng)中接入大量小水電站，近80%的小水電站分布在通訊、交通較為落后的山區(qū)，普洱地調(diào)對(duì)末端電網(wǎng)的精準(zhǔn)調(diào)度存在較大困難，主要表現(xiàn)為“源、網(wǎng)、荷”混合式并網(wǎng)，故障后孤網(wǎng)反送電風(fēng)險(xiǎn)高，通信網(wǎng)絡(luò)不通或不健全，基于此種困境，普洱供電局研制出“新型10kV真空柱上斷路器自動(dòng)化成套設(shè)備”并在普洱區(qū)域小水電站中推廣應(yīng)用，充分發(fā)揮“三遙型”配電自動(dòng)化終端的功能，實(shí)現(xiàn)小水電站故障自動(dòng)解列、運(yùn)行數(shù)據(jù)安全上送等功能，成效明顯，具有較好的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：小水電站 ?柱上真空斷路器 ?配電自動(dòng)化終端

中圖分類號(hào)：TM643 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（a）-0074-02

小水電是指單站裝機(jī)容量小于5萬kV的水電站。小水電接入配電網(wǎng)會(huì)改變系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流方向。

文獻(xiàn)分別從提高區(qū)域電網(wǎng)供電可靠性、降低線損、配電系統(tǒng)等角度分析了小水電上網(wǎng)所帶來的問題。文獻(xiàn)針對(duì)小水電富集地區(qū)的調(diào)控難點(diǎn)進(jìn)行了分析和探討，文獻(xiàn)對(duì)配網(wǎng)小水電線路重合閘策略進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)提出了一種新型小水電安全自動(dòng)解列裝置。

1 ?普洱地區(qū)小水電現(xiàn)狀

普洱市面積45385km2，全區(qū)山地面積占98.3%，占云南省水資源總量的14.68%。境內(nèi)共有小水電站58座，總裝機(jī)容量41.45MW，多數(shù)電站裝機(jī)容量都在1MW以下。各電站分布范圍廣，通信條件差。

由于建站時(shí)間久遠(yuǎn)，站內(nèi)以機(jī)械式控制設(shè)備為主，缺少自動(dòng)化設(shè)備。電站關(guān)口電表多為脈沖電表，采用人工抄表，無遠(yuǎn)傳功能?？刂票Ｗo(hù)裝置、同期裝置等設(shè)備沒有通訊接口，主要依靠人工通過電話向調(diào)度人員報(bào)告運(yùn)行數(shù)據(jù)。

普洱電網(wǎng)35kV變電站10kV線路存在較多的小水電與用電負(fù)荷共同存在的復(fù)合型模式。電站主變高壓側(cè)為跌落式熔斷器，結(jié)構(gòu)簡單，通過T接方式接入10kV并網(wǎng)線路。

2 ?問題分析

2.1 影響線路自動(dòng)控制裝置投入

有源配電網(wǎng)中，變電站出口斷路器跳閘后，小水電可能繼續(xù)給故障點(diǎn)供電，會(huì)影響故障電弧的熄滅，降低重合閘的成功率。如果在重合閘時(shí)，DER仍然沒有解列，則會(huì)造成非同期合閘，由此引起的沖擊電流可能使重合閘失敗，并對(duì)小水電造成危害。

普洱地調(diào)在完成普洱電網(wǎng)35kV及以下配電網(wǎng)設(shè)備調(diào)度管轄范圍的集約化調(diào)整后，發(fā)現(xiàn)部分10kV并網(wǎng)電廠的并網(wǎng)線路保護(hù)及發(fā)電機(jī)組保護(hù)均未配置低壓解列保護(hù)功能，不滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全可靠供電及發(fā)電機(jī)運(yùn)行壽命。

當(dāng)小水電并網(wǎng)通道發(fā)生故障，系統(tǒng)側(cè)切除故障后發(fā)電機(jī)不能快速解列，可能造成系統(tǒng)側(cè)線路重合閘動(dòng)作后發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)側(cè)重合閘不能投入，造成公變用戶陪停，社會(huì)負(fù)面影響極大。

由此可見，當(dāng)并網(wǎng)通道發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)不能快速解列，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全可靠供電，還會(huì)造成發(fā)電機(jī)非同期并網(wǎng)。

2.2 調(diào)度信息上送不全

根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況，大多數(shù)小水電站位于山區(qū)，遠(yuǎn)離電網(wǎng)中心變電站，若單獨(dú)架設(shè)光纜需穿越叢林，投資成本高可靠性差。電站升級(jí)自動(dòng)化設(shè)備經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)安全評(píng)估后通過無線專網(wǎng)傳輸，同樣投資大。同時(shí)，大部分水電廠容量較小且發(fā)電效益不高，改造的意愿不強(qiáng)。傳輸通道的限制導(dǎo)致小水電機(jī)組上送調(diào)度的信息不全。

但電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)不能及時(shí)上送至地區(qū)調(diào)度，影響調(diào)度人員對(duì)電網(wǎng)分析及并網(wǎng)線路上的10kV配電變壓器供電可靠性分析，調(diào)度平臺(tái)對(duì)小水電站將被迫長期處于“盲調(diào)”的狀況，不利于區(qū)域電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

3 ?解決方案

3.1 方案概述

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)小水電機(jī)組的有效監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，將小水電主變高壓側(cè)的跌落式熔斷器更換為配套有高精度電子式傳感器的新型柱上真空斷路器，同時(shí)配備具備遙信、遙測、遙控和自動(dòng)解列功能的饋線自動(dòng)化終端（FTU），采集10kV并網(wǎng)點(diǎn)數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)。

將原有的關(guān)口脈沖電表更換為三相電子式多功能電能表，采集發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場總線傳送至FTU。FTU配置雙卡通訊的縱向加密模塊，數(shù)據(jù)經(jīng)安全加密后，選擇信號(hào)較強(qiáng)的無線公網(wǎng)專用通道上傳至地調(diào)一體化系統(tǒng)。

當(dāng)并網(wǎng)線路發(fā)生故障導(dǎo)致變電站出線開關(guān)跳閘，F(xiàn)TU的失壓保護(hù)動(dòng)作，柱上斷路器分閘使小水電退出電網(wǎng)，待線路供電恢復(fù)后再同期并網(wǎng)。

3.2 數(shù)字式自動(dòng)化成套設(shè)備

數(shù)字式自動(dòng)化成套設(shè)備包括ZW32型柱上斷路器、雙側(cè)隔離刀閘、電源電壓互感器、數(shù)字式FTU。斷路器本體融合三只組合式電子傳感器（EVCT）和就地?cái)?shù)字化單元（ADMU）。

整體結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，便于安裝和維護(hù)。相比傳統(tǒng)的三相五柱式電磁互感器和電磁式電流互感器，電子傳感器的體積更小，測量精度達(dá)到0.2S級(jí)，保護(hù)精度達(dá)到5P10級(jí)，并且不存在磁路飽和、鐵磁諧振和二次回路風(fēng)險(xiǎn)的問題。

電子傳感器輸出的模擬小信號(hào)和斷路器遙信信號(hào)經(jīng)過ADMU轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至FTU，有效避免了外部環(huán)境復(fù)雜的電磁干擾。FTU具備電能量計(jì)量功能，電能量數(shù)據(jù)凍結(jié)功能，歷史數(shù)據(jù)循環(huán)存儲(chǔ)功能。

為了采集電能表數(shù)據(jù)，數(shù)字式FTU進(jìn)行了專門開發(fā)支持DL/T645規(guī)約，通過RS485總線傳輸。此外，F(xiàn)TU還具備多種保護(hù)功能，包括電壓、頻率、電流保護(hù)等。

綜上所述，新型數(shù)字式自動(dòng)化成套設(shè)備具備數(shù)據(jù)采樣精度高、保護(hù)功能豐富、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

3.3 系統(tǒng)方案

根據(jù)小水電站的機(jī)組數(shù)量不同，分為兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

3.3.1 多臺(tái)發(fā)電機(jī)組

10kV并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流、頻率、斷路器狀態(tài)等，通過ADMU轉(zhuǎn)換為滿足IEC61850規(guī)范的數(shù)字信號(hào)傳輸至FTU。同時(shí)，F(xiàn)TU與每臺(tái)發(fā)電機(jī)出口的多功能電表通過RS485總線連接，使用DL/T645規(guī)約采集發(fā)電機(jī)的有功、無功、電壓、電流和頻率。

FTU通過內(nèi)部RJ45接口與縱向加密模塊連接，以無線4G通信運(yùn)營商專用APN方式傳輸至普洱地調(diào)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。

3.3.2 ?單臺(tái)發(fā)電機(jī)組

FTU直接采集并網(wǎng)點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳至地調(diào)配電自動(dòng)化系統(tǒng)。通訊方式和規(guī)約與多臺(tái)機(jī)組結(jié)構(gòu)相同。

4 ?實(shí)際運(yùn)行效果

自2019年11月至今，此方案在普洱市瀾滄縣等十多個(gè)小水電站現(xiàn)場進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用，效果良好。新型柱上斷路器自動(dòng)化成套設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，根據(jù)配網(wǎng)主站的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，F(xiàn)TU在線率達(dá)到99%以上，健康度100%。

2019年12月14日云南普洱興源電站10kV并網(wǎng)線路發(fā)生故障導(dǎo)致35kV變電站出口斷路器跳閘，F(xiàn)TU失壓保護(hù)啟動(dòng)，柱上斷路器正確動(dòng)作分閘，變電站出口斷路器重合閘成功，避免了非同期合閘對(duì)發(fā)電設(shè)備的損壞。

5 ?結(jié)語

本文分析了普洱地區(qū)小水電并網(wǎng)運(yùn)行存在的問題，提出使用一種新型柱上真空斷路器自動(dòng)化成套設(shè)備，低成本地實(shí)現(xiàn)了小水電站的可觀可控。方案實(shí)施后并網(wǎng)線路的供電可靠性提高了50%以上，地調(diào)可以實(shí)時(shí)掌握電站發(fā)電量等運(yùn)行數(shù)據(jù)。對(duì)于解決小水電富集地區(qū)的調(diào)度和保護(hù)難點(diǎn)具有很好的推廣意義。

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