（广东电网有限责任公司韶关供电局 512026）
摘要：随着新技术的应用与新能源的开发，在一些水资源丰富的地区，小水电越来越多的接入配电网。小水电接入电网对于提高电网的安全可靠性、经济性及灵活性等方面有积极的作用，然而众多小水电的引入使得配电网从原有的放射状网络变成含有中小型电源的多电源网络，在传统配网自动化程度不高的情况下，给配电网的运行带来很大影响，包括对线路重合闸、小水电解列、故障定位等方面的影响。本文分析了传统配电网运行维护的发展情况，最后介绍一种采用提高配网自动化的方式解决小水电众多的配网线路的继电保护及故障定位存在的问题，并分析了这种技术手段在未来智能配电网领域的发展前景
关键字：小水电，配网，重合闸，故障定位，解列
引言
韶关地区目前的配电网较为薄弱，在农村地区仍有较多线路为树状结构，均为架空线路，可靠性差。由于水资源比较丰富，小型水电站发展很快，大都容量较小，接入分散，且多与用电负荷共用线路。随着小水电在配电网的大量接入，传统的配电网由单电源辐射型网络逐步发展成复杂的多电源网络，潮流的方向随机变化，使得配网线路运行及维护的难度增大。
一般含小水电的线路不投入重合闸或只能投入既不检无压也不检同期的普通重合闸，即线路跳闸则直接重合，这对于线路的运行以及小水电源来说都是一种冲击；另一方面小水电线路跳闸后的故障查找也是一大难点，山区线路过长，查线耗时长，严重影响普通用户用电，这些都有待配网自动化的提高来解决。本文旨在研究一种适合韶关地区小水电众多的配网线路的自动化方案，即能实现线路非永久性故障跳闸后重合成功率提高，同时极大缩短故障查找时间，加快线路复电。
1、小水电线路重合闸的优化
由于小水电机组多安装在山区，且数量众多，导致线路电压偏高，为控制小水电线路跳闸后电压过高损坏设备绝缘问题，要求小水电机组安装过电压跳闸装置。但由于正常运行时电压偏高，造成过电压跳闸装置容易误动，小水电站一般不投入该装置，过电压跳闸装置投入使用率不高，使得小水电一旦线路跳闸后，与电力系统解列的水电出力大于用电负荷，将出现高频、高压的工况，且线路残压降至无压条件的过程较长，不利于消除潜供电流，不满足现有的不检重合闸投入使用条件。
鉴于以上现状，韶关电网小水电上网线路均不投入重合闸，以避免非同期合闸，避免重合时受到故障点电弧重燃并造成阶跃电流的冲击影响，损坏设备绝缘。
本文旨在探讨一种适合改善本地区小水电线路重合闸方式的配网自动化，利用电阻分压原理，研制出小型电压互感器，使重合闸装置获得可靠且稳定的无压检定判据，使线路重合时避免非同期合闸事件发生，避免阶跃电流冲击损坏设备绝缘。由于该电压互感器体积小，即使馈线开关柜安装空间狭窄，也能满足其安装使用条件。该电压感应装置的研制成功，为投入线路检无压重合闸提供了必备条件。
在该项研究中，为配合检线路无压重合闸投入，缩短重合闸无压检定的等待时间，降低线路潜供电流，还需研制新型小水电解列装置以配合提高重合闸成功率。该装置在传统的过电压解列基础上增加了频率判据，将取代目前水电机组的过电压保护，当线路跳闸后，小水电侧必将出现高频或低频的工况，此时将迅速将水电厂进线开关切开，正常运行时，即使出现电压偏高的现象，由于系统频率稳定，不会误切小水电。小水电解列装置既保障了机组安全，又满足系统需要，且避免了系统电压波动造成的误动作，水电厂将乐于接受，由此保证了水电厂侧解列装置的有效投入，也减轻了监管工作压力。
对于小水电分布广而散的地区，小水电并网往往是和其他用户负荷混合接入线路。混合线路中，若用户负荷需求远远大于小水电机组容量，则当变电站线路跳闸或上级失压而导致停电时，混合线路中的用户，负荷会快速消耗小水电机组出力，小水电机组很快停机，使重合闸满足检无压条件。若水电远大于用户负荷需求，则会出现过压过频现象，可以通过过电压解列装置将小水电机组解列，使其满足检无压条件。若用户负荷与小水电机组出力接近时，可能会出现长时间孤网运行，无法通过过电压保护解列水电机组，为解决此问题，在研发小水电解列装置时增加了独立的频率保护，该保护只以频率越限为判据，动作较灵敏。
以上措施针对性强，通过研制小型电压互感器和小水电解列装置，将明显提高有水电上网馈线的重合闸投入率，也有助于配网自动化的实施，将有效解决10kV小水电上网线路供电可靠性偏低问题，降低瞬间故障对用户设备影响，提高供电质量和服务，保障设备和用户供电安全；同时减少了因瞬间故障而造成的供电损失，减少了线路跳闸后水电厂过电压对用户电器设备的损坏，将有效提高小水电上网线路的供电可靠性，同时也能提高客户满意度，有较大的经济效益和社会效益。
2、配电网故障自动定位系统的优化
传统的故障查找方法，是由线路维护人员根据过往经验等方案进行巡线查找，这种方法耗时较长且效率低下，在山区地带交通不便，往往一两个小时仍然未能定位到故障点，之后又采用试拉分段开关，试送主线的方法，对变电站的开关又容易造成二次冲击，对设备的不良影响极大。
配电网中如果架空线路发生故障，经常通过人工巡线的方法进行排查。不仅耗时费力，十分不便，而且供电可靠性也无法得到保障。因此“配电网故障自动定位”作为配电自动化的一个重要内容，对提高供电可靠性有很大帮助，也得到了越来越多的重视。现有的电力系统架空线路故障指示器一般只具有检测线路发生短路或接地电流，提供故障方位的作用。因此只能仅凭借单一的电流信号来判别故障，可靠性较低。
随着指示器技术的发展和通信技术在电力系统中的广泛应用，集成了故障指示器与信息中心配电管理软件的故障定位系统，通过故障指示器实时传送的遥测、遥信信息，即可实时监测配电网络的状态和故障，自动确定故障位置，方便电路的维护和事故抢修，并可用来对配电网设施进行管理，便于设施信息的录入、查询和统计。该系统包括故障定位指示器、通信系统、远方终端及监控中心。故障定位指示器本身具有一定范围的通信功能，能上传通信数据至不远处的无线收发子站，再有无线收发子站转发中心通过GPRS网络转发数据至监控中心。如果距离太远或阻挡严重，可以在总站和子站之间安装无线中转站，它可以接收子站的信息，然后再转发出去。无线接收主站可以接收子站发来的信息，进行解调、解码，并可就地显示地址信息，同时将地址信息送给监控中心。
在线路上装有自动化的柱上开关或箱式环网柜的地方，如配有控制器或FTU，则可以将线路上或电缆分支箱内的分离式故障指示器的触点指示输出就近与FTO的I/O口相连，通过SCADA系统将动作的故障指示器信息送回控制中心。通信主站将通过有线或无线方式接收到的信息送监控中心的计算机系统。监控中心将从通信主站和前置机收到的这些动作信息，进行网络拓扑计算分析，与地理信息系统相结合，可以直接显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来，还可以打印出地理位置信息。运行维修人员可以直接到故障点排除故障。系统原理图如图1所示。
2.1、故障指示器（FD）
在线路发生故障时，故障分支上的故障指示器在故障后被触发，给出红色翻牌显示，同时将其数字编码信号通过短距离无线发射单元，以无线电波的方式发送给附近的子站，通信距离在5-30m之间。故障指示器的短路检测部分根据短路电流的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变及持续时间判断故障。因而它是一种适应负荷电流变化、只与故障时短路电流分量有关的故障检测装置，它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。单相接地故障发生时，装在变电站内的信号源检测到3U0升高后，首先判断出故障相，然后对故障相施加特定信号，安装在线路上的故障检测流过本线路的特定信号，若满足故障特征则启动故障指示器，给出红色显示，同时发出一无线编码信息。
2.2、通信子站
通信子站一般安装在线路分支点处，它能接收2个分支共6个FD的编码信息。1 个子站与6个FD 为一组，收到的动作信息通过处理后，经过地址编码和时序控制，由一个GSM数据传输装置（相当于手机）以短消息的方式发送给中心站。子站装在一个铁箱内，由太阳能电池供电。太阳能电池同时给蓄电池充电。
2.3、中心站
中心站主要是接收子站发来的短消息，并对数据进行处理，最后将数据送往相关设备。通信主站本身带有LED显示等功能，通过它们可直接查询故障线路信息，及在必要时清除内存等；在接收到故障信息后还可以给出声音报警。
2.4小水电线路故障定位优化
线路末端接有小水电时，当线路任何一点出现故障跳闸时，都有可能造成全线故障指示器动作，对传统的故障定位方法造成很大影响，全线的故障指示器都动作，这样相当于无故障指示器，并没有缩小故障查找范围。而本文研究的自动故障定位系统，在传统的故障指示器的应用基础上进行优化，通过应用上述配网自动化系统，使得故障定位准确度与速度得到提升。当含有小水电的配网线路发生故障时，故障线路跳闸前，流过故障点的电流的电源包括小水电和变电站两个电源点，当故障线路跳闸后，上文中提到的小水电解列系统将小水电解列后，线路重合闸动作成功，此时流过故障点的电流将只有变电站一侧，这样有一部分的故障指示器流过2次故障电流（如图2中的B1-1-K1），有一部分故障指示器流过1次故障电流（图2中的DG1-5-B2-2-K1），这在配网自动化系统的中心站如集控中心可以实时查看到，从而能根据流过两次故障电流和一次故障电流的点之间即为故障点，准确定位了故障点，对于事故处理的后续工作提供了很大方便。
3、结论
目前，韶关地区的的配电网自动化系统的研究尚处于探索阶段，本文根据小水电接入配电网后，对重合闸方式的配置造成的不利影响，以及增加查找故障难度出发，探讨了一种适合于本地区的配网综合自动化系统，在含小水电配网线路跳闸后，若是瞬时故障，则提高线路重合闸成功率，同时减少对设备的冲击，于电网及用户皆有利；若属于永久性故障，则能通过故障定位指示器上传至监控中心的数据及时定位故障点，缩短故障查找时间和范围，减少用户停电时间，加快线路复电。
使用该系统后能有效实现了对于小水电线路配电网运行状态的实时监控，进一步提升配电网的自动化水平。同时通过对故障信息、运行信息等历史数据的积累统计分析，更有利于运行人员掌握设备的运行状况，为开展配电网状态评价、状态检修提供了数据支撑。
基于配网自动化技术的小水电线路在运行的经济性和可靠性方面的优势会更加明显，相信在智能电网的建设中将会发挥更加重要的作用，产生更大的社会和经济效益。
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论文作者:彭有福,陈志峰
论文发表刊物:《电力设备》2015年第11期供稿
论文发表时间:2016/4/28
标签：故障论文; 线路论文; 小水电论文; 指示器论文; 过电压论文; 电流论文; 配电网论文; 《电力设备》2015年第11期供稿论文;