山区农村配电网小水电微网规划

山区农村配电网小水电微网规划

孙尚驰

广东电网有限责任公司韶关乳源供电局 广东韶关 512700

【摘要】乳源作为山区农村电网的典型代表，具有“源-网-荷”不平衡不充分的特点，其中电源分布具有“小密多绿”的特点，平均每座电站容量2000千瓦，每7.3平方公里1个，共272个电站，100%清洁能源发电，水电总装机容量566MW，占比94.9%。电网构架尤其是山区农村配电网存在单辐射线路条数多,发供混合线路条数多（占比38/105）的问题。设备总数中大部分为零散分布的农村居民生产生活用电，难以满足人民日益增长的美好生活用电需求，如何利用好小水电电源组建微电网作为备用运行方式，对于提高供电可靠性可谓是精准高效的规划投资方向，本文以必背镇微电网规划为例提出了一种小水电微电网规划方案，为提升山区农村电网网架薄弱地区的供电可靠性具有重要的借鉴和示范意义。

【关键词】电压；微网；自动化；智能电网

1. 必背镇电网简介

必背镇位于乳源县东北部，是瑶族聚居区，共27个自然村，规划区面积为135km²，10kV线路共1条，共45公里（其中主干线路长度为12.97公里）；公变23台，容量1080kVA，专变16台，容量7970kVA，零散分布的小水电站9座；柱上开关14台，隔离开关32套；低压线路约64.8公里。必背镇区由10kV必背线大村支线进行供电，通过10kV必背线、10kV大桥线环网并与韶关主配网相连，形成“2-1”单环网供电网架。装机负荷容量为9050kVA，其中用电负荷1530kVA，水电负荷7520kVA，属发供混网公用线路。

2. 电网运行存在问题

一、电源稳定性不高跳闸多

必背线路接入于110kV横溪电厂，使用其厂用电出线，于2002年9月投运，装接变压器容量达9050kVA，水电装机容量达7520kVA。由于水电渗透率较大，线路运行受丰水期和枯水期影响较大。根据数据显示，因水电大量接入导致10kV线路内部过电压可达12kV，0.4kV侧线路电压可达290V，超过电压质量要求。甩负荷产生的工频过电压及发电机同步或异步自励磁产生的谐振过电压等，更容易造成线路的跳闸。^[1]由于线路路径长，电压波动和压降大，故障率颇高。

二、联络单一

1、只有1条联络线路(110kV大桥站F24 10kV长山子线），线路很长且部分设备较残旧，可靠性不高；

2、联络运行后供电半径过长，电压质量低。

三、发供混合

1、丰水期电压高、枯水期电压低；

2、电站用户故障出门多。

3. 针对问题规划方案

一、建设背景

目前必背镇区主要供电的10kV必背线路，支线过多，增加了线路故障的隐患，若某条线路发生故障停电，将影响大村支线的供电，经统计，镇区1台区共计18次停电事故，用户平均停电时间为32.3小时/户，供电可靠率为99.63%。镇区2台区共计19次停电事故，用户平均停电时间为35.6小时/户，供电可靠率为99.59%。而必背镇区是乳源北部的政治、教育、医疗、交通核心，区内有政府、学习、医院、车站等重要负荷，供电可靠性要求较高。

二、项目思路

本项目拟充分利用必背镇丰富的水电资源，在不需要额外增加新电源或新线路投入的情况下，通过对水电站及并网开关等设备进行智能化改造，组建馈线型水电微电网，可解决单电源线路无备用电源问题，从而提高10kV馈线的供电可靠性。

本项目在馈线型水电微电网的基础上，将进一步构建由多个小水电组成的区域型水电微电网，通过区域内多个小水电的协调联合控制，支撑整个变电站的供电，解决单回线路变电站无备用电源问题，避免单一设备故障造成的变电站长时间停电，减少110kV变电站全停的三级事件发生。

三、项目方案

1. 小水电微网提升安全可靠水平

1、技术原理

本项目对上述问题因地制宜建设多模式微网，解决偏远农村供电问题，提高电网薄弱地区供电质量和可靠性。推进微网在不同应用场景的示范应用。采用微网优化控制技术，进一步提高农村电网供电可靠性。

2、安装地点选点及方案分析

（1）寨面水电站自动化改造，机组测控终端可以采集处理反映电站设备运行工况的实时数据与故障信息并上传至主站，接收主站命令，对配电设备进行控制与调节^[2]，且改造后小水电可以带一定区域负荷稳定孤网运行，并具备后台监控功能；

通过对寨面电站自动化控制系统进行改造，实现机组自动开、关机和并网，根据水位自动调节机组输出功率，使机组保持高效益水位运行，且支持远程命令控制机组出力调节，调节范围0-100%。增加按负荷需求进行水电站前池储水量调整的控制功能，支持水电站前池库容水位远程控制，实现以前池储水量发电为应急电源的储能模式。

（2）将移动和联通专变的接入点迁移至大村支线；

大村支线（为必背镇区供电）安装并开发必要的设备及软件，形成支线微电网，含8个配变台区和1座带库容的小水电。通过水电、微网能量管理及控制系统、快速开关的配合，可以实现离并网的无缝切换，以及各种运行工况下的稳定运行。该微电网的建设，可以实现区域内新能源的自消纳、自平衡，实现能源供给的绿色化、零碳化，实现微网与大电网的友好互联。

（二）自动调压器解决丰枯水期电压质量问题

1、技术原理

在必背镇这种用电负荷分散的电网中，远距离送电始终是个难题，新建变电站经济上不合理，不建变电站供电质量又满足不了要求。使用线路自动调压器便可很好的解决此类问题，它可以成倍的延长10kV电压等级的送电距离，提高供电的电压质量。带有较大小水电装机容量的10kV馈电线路，在丰水期和枯水期时由于水电出力波动性较大，导致线路电压变化较大，安装10kV馈线调压器，可以双向识别线路潮流，在丰水期和枯水期时稳定线路电压，保证用户的供电电压平稳，减少线路的线损。

2、安装地点选点及方案分析

F36必背线#42杆前段5个小水电站装机容量达5300kVA，F36必背线#42杆后段和联络线路F11大桥线的水电站装机容量达5435kVA，该点前后水电装机容量匹配，且现场具备安装条件，拟为原位更换6000kVA馈线自动调压器。

本方案实施后将满足线路全线水电能源传输要求，且馈线自动调压器设备可以实现后台的日常巡视，通过遥测、遥信信号、通信状态参数等^[3]可实现远程监控，及时进行调节、消缺及维护。

（1）稳定线路电压

由于馈线调压器可实现有载调压，其调压范围±20%，当线路电压达12kV时，可把电压稳定到10.5kV。

（2）满足线路全线水电能源传输要求，解决卡脖子现象

经F36必背线#42杆前段5个小水电站装机容量达5300kVA，F36必背线#42杆后段和联络线路F11大桥线的水电站装机容量达5435kVA，原调压器3000kVA容量受限，更换为容量6000kVA的馈线调压器可以保障线路水电能源的畅通传输。

（3）设备具备可视化功能，可远程监控

新型馈线调压器可将设备状态信息传输至智能电网控制后台，受调度员远程监控。

3. 有载调压配变

1、技术原理

因水电大量接入导致10kV必背线线路电压可达12kV，0.4kV侧线路电压可达290V，当实际电压偏离了正常允许波动范围，电压过高时会烧损用电设备、减少使用寿命，电压过低时，影响供电设备出力，影响用户设备正常使用，对供电线路而言，电压降低，电流和损耗随之增大。投入有载调压配变，可以实现不停电对变压器进行有载调压，有效提高用户电压质量，保障供电可靠性。

2. 安装地点选点及方案分析

因F36必背线大村支线镇区#1及镇区#2公用台变为必背镇区供电，拟率先投入有载调压配变，其余部分与电站共线的配变也将后续投入，达到调节低压侧电压的目的。0.4kV侧线路电压调节范围±15%-30%，当实际电压偏离了正常范围，有载调压配变自动进行有载调压，将市电压稳定在220V左右，保证居民用电需求。

4. 实施效果

1、低压台区实现智能化运行，不受主电网停电限制；

2、具有良好经济性，避免了备用电源和线路建设的巨大资金投入；

3、采用区域型微电网支撑变电站电压，大幅减少停电时间，增加供电可靠性；

4、通过水电站智能化改造，提高水电站智能化水平，实现小水电精益化管理。

五、总结

韶关乳源以规划建设“源-网-荷”协调发展、灵活可靠、简洁实用、友好互动的山区农村智能电网为目标，在完善配电网网架结构的基础上，结合地区特色产业发展需求，综合利用配网自动化、计量自动化、中压载波通信、微电网、在线监测、智能运维等技术手段，优化小水电、风电、光伏发电等间歇性电源运行控制机制，实现各类电源友好灵活接入，推进电源、电网、用户高效互动，助力提升山区电网供电可靠性和供电质量。

参考文献

[1]侯义明,于辉,王喜伟.交流配电系统的接地方式及过电压保护[M].北京:中国电力出版社,2015:118.
[2]徐丙垠,李天友,薛永端.配电网继电保护与自动化[M].北京:中国电力出版社,2017:378.

[3]王永明,.配电网自动化系统运行维护[M].北京:中国电力出版社,2018:58.