在各地區或縣電網中，或多或少存在一些并網的小水電，其主要特點：一是小水電機組容量大小不一，臺數多，受調峰、來水等因素影響，機組啟、停頻繁，運行方式變化大；二是小水電出力與并網變電站負荷往往差距大，主要是依托主網運行，由于突然解列對其安全影響不大，在事故時一般是解列停機；三是并入網絡中的繼電保護及自動裝置配置很簡單，各聯絡線主要是簡單的電流、電壓保護，重合閘一般未配置檢定無壓及同期裝置，小電源側大多未設置保護，好多還未裝設開關。由于大部分并網水電機組的過流動作時間較長，重合閘無法與其相配合，為防止故障跳閘后對小水電機組的非同期重合，在正常運行中需停用各聯絡開關的自動重合閘，降低了供電的可靠性。若逐級加裝保護，須先安裝開關，這不現實。為此，需要采取積極有效的保護措施來解決。 [b]1　保護方式的選擇 [/b]　　小水電與系統并網的一次典型接線如圖1所示，對于變電站Ⅰ通常有兩種構成型式：第一種電壓等級為110／35／10　kV，接線組別為Y0／Y／Δ-11型；第二種電壓等級為220／110／35　kV，接線組別為Y0／Y0／Δ-11型，如圖虛框所示。對于開關1　DL的保護配置，以第一種型式的接線為例進行分析。 　　 圖1　小水電與系統并網接線圖 　　1．1　典型保護配置方式 　　保護配置為：方向電流限時速斷、方向過電流（或采用三段式距離保護）、同期及無壓檢定重合閘、低壓低頻解列。 　?。?）　限時電流速斷 　　按與本線路對側母線上的出線電流速斷保護相配合，并躲過該母線上所接變壓器的另一側故障進行整定。當按躲過對側母線上所接變壓器的另一側故障進行整定時，因小水電機組的阻抗相對于被保護的線路及變壓器阻抗大若干倍，一般無保護范圍。 　?。?）　過電流 　　按保護正方向通過的最大負荷電流整定，時限與下一級保護最高時限配合。正方向最大負荷電流應按變電站Ⅱ甩負荷fh后考慮，但當小水電在小方式運行時，往往靈敏度不夠。 　?。?）　距離保護 　　小水電為弱電源，其短路電流水平較低，使距離保護裝置性能處于不穩定區，且投資高，使用較少。 　?。?）　 同期及無壓檢定重合閘 　　多數因解列后不易同步而檢定同期重合無法成功，因小水電與變電站Ⅱ功率一般很難平衡，最終導致小網瓦解。 　?。?）　低壓低頻解列 　　失去大電源后，因小水電容量較小，在功率缺額較大時，頻率及電壓下降快，低頻繼電器不能出口，且它僅是解列裝置，不能作為線路保護，也不宜采用。 　　1．2　電流保護解列方式 　　保護配置為：開關1　DL方向電流延時動作接跳開關2　DL，在聯絡線XL1、XL2故障時，動作解列小水電。按與本線路對側母線上的出線速斷（或限時速斷）保護相配合，并滿足保護正方向通過的最大負荷電流，要求在聯絡線XL1、XL2故障時有足夠的靈敏度。 　　按各聯絡線故障有足夠靈敏度計算的最大動作電流，在小水電大方式下，往往不能滿足正方向通過的最大負荷電流，限制小水電的運行；在變電站Ⅱ突然甩負荷fh的同時，易導致小水電解列。 　　1．3　電壓保護解列方式 　　保護配置為：開關1　DL方向低電壓延時動作接跳開關2　DL，在聯絡線XL1、XL2故障時，動作解列小水電。當為瞬時故障時，利用線路XL1、XL2靠系統F側開關的重合閘恢復對用戶的供電。電壓保護按與下一級保護的Ⅰ段或Ⅱ段相配合，并要求在聯絡線XL1、XL2故障時有足夠的靈敏度。 　　電壓保護解列克服了電流保護解列的缺陷：一是小水電運行方式越小，電壓保護靈敏度越高；二是電壓保護不存在對小水電發電出力的限制。既能提高對用戶供電的可靠性，又能適應小水電的各種運行方式，是一種經濟、有效的保護方式。 　　為防止電壓回路斷線，應加裝電壓回路斷線閉鎖裝置（如許繼廠的LB-1A型繼電器）。在方向元件死區及保護或開關拒動時，為防止非同期重合，在聯絡線XL1、XL2靠系統F側開關重合閘裝置中，應加裝檢定無壓及同期裝置。根據電網實際，可增設方向電流電壓聯鎖Ⅰ段，以快速保護裝置保護本線路一部分，以及增設電流閉鎖回路，增強保護的可靠性。在低電壓與反向各保護裝置有配合關系時，可不設或停用方向元件。 2　故障時保護安裝處的電壓分析 　　在圖2所示的簡單電網中，設系統歸算至故障點的正序阻抗等于負序阻抗為X，系統歸算至故障點的零序阻抗為X0，變壓器一側電壓計算點距另一側故障點正序阻抗為ΔX，計算中的各值均取其標么值的模，則正、負序分量有： 　　[img=233,48]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g46-1.gif[/img]（1） [align=left] 　 　圖2　簡單電網示意圖 　　2．1　三相短路 　　I=1／X，　U=ΔX／X　　　　　　　　　　　　　（2） 　　2．2　兩相（B、C相）短路 　　[img=231,46]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g46-2.gif[/img]（3） 　?。?）　Y／Y-12型變壓器一側兩相短路 　　計算點的電壓矢量圖如圖3所示，則： 　　將式（1）、（3）代入上式，得：[/align][img=124,16]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-1.gif[/img] 　　由于以上電壓是以相電壓為基準的標么值，需以線電壓為基準進行計算，所以： 　　[img=187,17]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-2.gif[/img]（4） 　 　圖3　Y／Y-12型變壓器一側BC相短路 　?。?）　Y／Δ-11型變壓器Δ側兩相短路 　　計算點的電壓矢量圖如圖4所示。 　　　　[img=361,95]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-3.gif[/img]（5） 　　 圖4　Y／Δ-11型變壓器Δ側BC相短路 　?。?）　Y／Δ-11型變壓器Y側兩相短路 　　計算點的電壓矢量圖如圖5所示。 　　　[img=361,95]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-4.gif[/img]（6） 　　 圖5　Y／Δ-11型變壓器Y側BC相短路 　　2．3　兩相（B、C相）短路接地 [img=310,136]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-5.gif[/img] 　?。?）　Y0／Y-12型Y0側兩相短路接地 　　計算點的電壓矢量圖如圖6所示。 　　[img=340,131]http://zszl.cepee.com/cepee_kjlw_pic/files/wx/hubeidl/hbdl99/hbdl9901/image1/g47-6.gif[/img]（7） [align=left] 　　 圖6　Y0／Y-12型變壓器Y0側BC相短路接地 　?。?）　Y0／Δ-11型Y0側兩相短路接地 　　計算點的電壓矢量圖如圖7所示。 　　　　[/align] 　　 圖7　Y0／Δ-11型Y0側BC相短路接地 　　2．4　單相（A相）接地 　　IA1=IA2=1／（2X＋X0） 　　UA1=（X＋X0）／（2X＋X0） 　　UA2=X／（2X＋X0） 　　（1）　Y0／Y-12型Y0側單相接地 　　計算點的電壓矢量圖如圖8所示。 　　　（9） 　　 圖8　Y0／Y-12型變壓器Y0側A相接地 　?。?）　Y0／Δ-11型Y0側單相接地 　　計算點的電壓矢量圖如圖9所示。 　　　（10） 　　 圖9　Y0／Δ-11型變壓器Y0側A相接地 [b]3　電壓保護解列的整定計算 [/b]　　3．1　動作電壓按保護靈敏度整定 　?。?）　故障為三相短路、兩相短路及兩相短路接地時 　　從式（2）、（4）、（7）可得： 　　式中　Udz．j——低電壓繼電器動作電壓； 　　Zbh——保護安裝處至被保護線路末端阻抗； 　　Zxtf．max——保護安裝處背側小水電系統最大運行方式下阻抗； 　　KE——發電機電勢與PT一次額定電壓的比值，取為1．1； 　　KK——可靠系數，取為1．3。 　　由于小水電機組的阻抗較大，若Zxtf．max是Zbh的3倍，則Udz．j=35．75V，按額定電壓為100 V的DY系列低壓繼電器的最小刻度取為40 V，可充分滿足整定要求。若定值要求較小，可用靜態電壓繼電器。 　?。?）　故障為線路XL1單相接地時 　　從式（9）可知，保護安裝處繼電器電壓大于50 V，故低電壓保護解列不可能動作。但當線路XL1靠系統F側開關單相接地保護動作跳閘后，對變電站Ⅰ：若主變高壓側中性點不接地，其間隙保護以一定延時（一般為0．5　s）切除故障；若主變高壓側中性點接地，其零序保護以一定延時切除故障。因此，在單相接地時用主變間隙保護及零序保護與系統F側開關重合閘相配合，可彌補低電壓保護解列的不足。 　　3．2　動作電壓與對側母線各出線的配合 　　以圖1所示接線為例，設保護延伸至下級線路的電抗為X，當低電壓繼電器動作電壓為Udz．j時，有如下方程，求得延伸范圍X后，即可確定與對側母線各出線的配合關系。 　　式中　KZ——為助增系數，等于（XMF．min＋XXL2＋XNf.min）／XMF．min 　　XNf.min——最小方式下，小水電f歸算至母線N的電抗； 　　XMF．min——最小方式下，系統F歸算至母線M的電抗； 　　XXL2——線路XL2的電抗。 　　3．3　動作電壓與對側主變第三側的配合 　　在圖10所示接線中，母線M為低電壓保護解列安裝處，設母線N所屬線路的零序電抗為其正序電抗的n倍，低電壓動作電壓標么值為Udz，只要求出在各種故障時延伸出母線N的范圍X1，就能方便地驗算與母線N各出線保護的配合關系。 　　 圖10　與主變第三側配合接線示意圖 　　對照第2節，有如下對應關系 　　ΔX=K1fz.X1M＋X1N＋X1 　　X=X1NΣ．min＋X1 　　X0=X0NΣ．max＋n.X1 　　式中　X1NΣ．min——即（X1f．min＋X1M）∥（X1F．min＋X1N），最小方式下歸算到母線N的綜合正序電抗； 　　X0NΣ．min——零序大運行方式下歸算到母線N的綜合零序電抗； 　　K1fz——即X1F．min／（X1f．min＋X1M＋X1F．min），母線M側的正序分支系數； 　　X1f.min——最小運行方式下小水電f歸算至母線M的正序電抗； 　　X1F．min——最小運行方式下系統F歸算至主變O點的正序電抗； 　　X1M——母線M與主變O點間正序電抗； 　　X1N——主變第三側電抗； 　　X1——低電壓保護伸出母線N的正序電抗。 　　則，X1的求解方程分別如下： 　?。?）　單相接地 　　將ΔX、X、X0的值代入式（10），得： 　?。?）　兩相短路接地 　　將ΔX、X、X0的值代入式（8），得： 　　上式為一元四次方程，可借助微機，利用優選法或對分法快速求解。 　　（3）　兩相短路 　　從式（5）、（6）可知，保護安裝處繼電器電壓大于50 V，因此低電壓保護不能伸出主變。 　?。?）　三相短路 　　將ΔX、X的值代入式（2），得： 　　3．4　動作電壓與背側保護配合 　　以圖1所示接線為例，設開關1DL低電壓保護反向伸出母線N的電抗為X，當低電壓繼電器動作電壓為Udz．j時，有如下方程： 　　式中　XfNΣ.min——最小運行方式下，小水電歸算至母線N的電抗； 　　XFNΣ．min——最小運行方式下，系統F歸算至母線N的電抗。 　　根據計算的X，若與背側母線所屬各開關保護有配合關系，則可將方向元件停用，以消除其死區。 　　3．5　動作時間的整定 　　通過上述計算，低電壓保護若和各有關保護的瞬時段有配合關系，其動作時間tdz=Δt；若需和有關保護的Ⅱ段相配合，動作時間tdz=tⅡ＋Δt；對側各聯絡開關重合閘時間tzch是指在檢定無壓及同期成功后進行重合的延時。若時間繼電器和開關的時間性能優越，保護的最小時間級差Δt可取為0．3s，以盡快切除故障點。在故障點恢復絕緣強度的前提下，重合閘時間tzch最小也可取為0．3s，以盡快恢復供電。 [b]4　應用實例 [/b]　　1998年5月，漳河水電站新建2×3 000　kW機組投運，其一次系統圖及阻抗標么值等見圖11。 　　圖11　漳河水電站與系統并網接線圖 　　1998年6月10日4時35分，煙化在未報告調度的情況下，自行減負荷停產檢修，導致漳33開關方向過流動作，跳開漳34開關；同日10時8分，因水電站發電出力過大，該保護又動作解列；11日16時15分，同樣由于水電站未將出力控制好，該保護再次動作解列。在以往的運行中，曾好幾次發生因漳35開關跳閘，同時導致漳34開關跳閘情況。 　　原運行中定值按單臺800 kW機組運行，在漳河線棗側故障有足夠靈敏度整定： 　　若按躲過最大負荷電流整定，顯而易見，即使3臺800 kW機組全開，也不能滿足保護靈敏度的要求。因此需采用其它元件，代替電流元件。 　　1998年6月28日，根據上述原理，將漳河小水電在漳河變并網中的方向過流解列，改為方向低電壓解列后，再未發生類似問題，目前運行一直正常。