新型柱上断路器在普洱地区小水电站的应用

杨亚洲 毕昊林

摘   要：云南普洱地区中低压配电网中接入大量小水电站，近80%的小水电站分布在通讯、交通较为落后的山区，普洱地调对末端电网的精准调度存在较大困难，主要表现为“源、网、荷”混合式并网，故障后孤网反送电风险高，通信网络不通或不健全，基于此种困境，普洱供电局研制出“新型10kV真空柱上断路器自动化成套设备”并在普洱区域小水电站中推广应用，充分发挥“三遥型”配电自动化终端的功能，实现小水电站故障自动解列、运行数据安全上送等功能，成效明显，具有较好的推广价值。

关鍵词：小水电站  柱上真空断路器  配电自动化终端

中图分类号：TM643                               文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0074-02

小水电是指单站装机容量小于5万kV的水电站。小水电接入配电网会改变系统拓扑结构和潮流方向。

文献分别从提高区域电网供电可靠性、降低线损、配电系统等角度分析了小水电上网所带来的问题。文献针对小水电富集地区的调控难点进行了分析和探讨，文献对配网小水电线路重合闸策略进行了研究，文献提出了一种新型小水电安全自动解列装置。

1  普洱地区小水电现状

普洱市面积45385km2，全区山地面积占98.3%，占云南省水资源总量的14.68%。境内共有小水电站58座，总装机容量41.45MW，多数电站装机容量都在1MW以下。各电站分布范围广，通信条件差。

由于建站时间久远，站内以机械式控制设备为主，缺少自动化设备。电站关口电表多为脉冲电表，采用人工抄表，无远传功能。控制保护装置、同期装置等设备没有通讯接口，主要依靠人工通过电话向调度人员报告运行数据。

普洱电网35kV变电站10kV线路存在较多的小水电与用电负荷共同存在的复合型模式。电站主变高压侧为跌落式熔断器，结构简单，通过T接方式接入10kV并网线路。

2  问题分析

2.1 影响线路自动控制装置投入

有源配电网中，变电站出口断路器跳闸后，小水电可能继续给故障点供电，会影响故障电弧的熄灭，降低重合闸的成功率。如果在重合闸时，DER仍然没有解列，则会造成非同期合闸，由此引起的冲击电流可能使重合闸失败，并对小水电造成危害。

普洱地调在完成普洱电网35kV及以下配电网设备调度管辖范围的集约化调整后，发现部分10kV并网电厂的并网线路保护及发电机组保护均未配置低压解列保护功能，不满足电网运行要求，严重影响电网安全可靠供电及发电机运行寿命。

当小水电并网通道发生故障，系统侧切除故障后发电机不能快速解列，可能造成系统侧线路重合闸动作后发电机非同期并网，导致系统侧重合闸不能投入，造成公变用户陪停，社会负面影响极大。

由此可见，当并网通道发生故障，发电机不能快速解列，严重影响电网安全可靠供电，还会造成发电机非同期并网。

2.2 调度信息上送不全

根据实际调研情况，大多数小水电站位于山区，远离电网中心变电站，若单独架设光缆需穿越丛林，投资成本高可靠性差。电站升级自动化设备经过网络安全评估后通过无线专网传输，同样投资大。同时，大部分水电厂容量较小且发电效益不高，改造的意愿不强。传输通道的限制导致小水电机组上送调度的信息不全。

但电厂实时运行数据不能及时上送至地区调度，影响调度人员对电网分析及并网线路上的10kV配电变压器供电可靠性分析，调度平台对小水电站将被迫长期处于“盲调”的状况，不利于区域电网的安全运行。

3  解决方案

3.1 方案概述

为了实现对小水电机组的有效监控和数据采集，提高电网运行的安全性和可靠性，将小水电主变高压侧的跌落式熔断器更换为配套有高精度电子式传感器的新型柱上真空断路器，同时配备具备遥信、遥测、遥控和自动解列功能的馈线自动化终端（FTU），采集10kV并网点数据及开关状态。

将原有的关口脉冲电表更换为三相电子式多功能电能表，采集发电机组的运行数据，通过现场总线传送至FTU。FTU配置双卡通讯的纵向加密模块，数据经安全加密后，选择信号较强的无线公网专用通道上传至地调一体化系统。

当并网线路发生故障导致变电站出线开关跳闸，FTU的失压保护动作，柱上断路器分闸使小水电退出电网，待线路供电恢复后再同期并网。

3.2 数字式自动化成套设备

数字式自动化成套设备包括ZW32型柱上断路器、双侧隔离刀闸、电源电压互感器、数字式FTU。断路器本体融合三只组合式电子传感器（EVCT）和就地数字化单元（ADMU）。

整体结构紧凑，重量轻，便于安装和维护。相比传统的三相五柱式电磁互感器和电磁式电流互感器，电子传感器的体积更小，测量精度达到0.2S级，保护精度达到5P10级，并且不存在磁路饱和、铁磁谐振和二次回路风险的问题。

电子传感器输出的模拟小信号和断路器遥信信号经过ADMU转换为数字信号传输至FTU，有效避免了外部环境复杂的电磁干扰。FTU具备电能量计量功能，电能量数据冻结功能，历史数据循环存储功能。

为了采集电能表数据，数字式FTU进行了专门开发支持DL/T645规约，通过RS485总线传输。此外，FTU还具备多种保护功能，包括电压、频率、电流保护等。

综上所述，新型数字式自动化成套设备具备数据采样精度高、保护功能丰富、运行稳定可靠的特点。

3.3 系统方案

根据小水电站的机组数量不同，分为两种拓扑结构。

3.3.1 多台发电机组

10kV并网点的电压、电流、频率、断路器状态等，通过ADMU转换为满足IEC61850规范的数字信号传输至FTU。同时，FTU与每台发电机出口的多功能电表通过RS485总线连接，使用DL/T645规约采集发电机的有功、无功、电压、电流和频率。

FTU通过内部RJ45接口与纵向加密模块连接，以无线4G通信运营商专用APN方式传输至普洱地调配电自动化系统。

3.3.2  单台发电机组

FTU直接采集并网点的数据上传至地调配电自动化系统。通讯方式和规约与多台机组结构相同。

4  实际运行效果

自2019年11月至今，此方案在普洱市澜沧县等十多个小水电站现场进行了试点应用，效果良好。新型柱上断路器自动化成套设备运行稳定可靠，根据配网主站的统计数据，FTU在线率达到99%以上，健康度100%。

2019年12月14日云南普洱兴源电站10kV并网线路发生故障导致35kV变电站出口断路器跳闸，FTU失压保护启动，柱上断路器正确动作分闸，变电站出口断路器重合闸成功，避免了非同期合闸对发电设备的损坏。

5  结语

本文分析了普洱地区小水电并网运行存在的问题，提出使用一种新型柱上真空断路器自动化成套设备，低成本地实现了小水电站的可观可控。方案实施后并网线路的供电可靠性提高了50%以上，地调可以实时掌握電站发电量等运行数据。对于解决小水电富集地区的调度和保护难点具有很好的推广意义。

参考文献

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