110 kV三圈變變電站備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯分析及改進(jìn)

葉婷

(南京供電公司，江蘇南京210019)

備自投即備用電源自動(dòng)投入裝置，是電力系統(tǒng)故障或其他原因?qū)е鹿ぷ麟娫磾嚅_(kāi)后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其他正常工作的電源自動(dòng)投入工作，使原工作電源所帶用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動(dòng)控制裝置，對(duì)提高多電源供電負(fù)荷的供電可靠性，保證連續(xù)供電有重要作用[1]。備自投裝置動(dòng)作有一個(gè)重要原則，即不應(yīng)使動(dòng)作后備用電源側(cè)的主變過(guò)載，一般規(guī)定110 kV兩圈變變二側(cè)（10 kV側(cè)或20 kV側(cè)）負(fù)荷電流之和如果超過(guò)1.2倍單臺(tái)主變額定電流就閉鎖備自投，以防止主變過(guò)載跳閘，擴(kuò)大事故停電范圍。對(duì)于110 kV三圈變而言，負(fù)荷電流取決于35 kV和10 kV（或20 kV）兩側(cè)之和，因此只有當(dāng)110 kV三圈變變二側(cè)和變?nèi)齻?cè)負(fù)荷電流之和小于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，才允許35 kV和10 kV（或20 kV）備自投動(dòng)作[2-5]。

1事故經(jīng)過(guò)

一起線路故障備自投拒動(dòng)案例。

2011年4月27日，220 kV變電站B站燕萬(wàn)1號(hào)線743開(kāi)關(guān)接地距離Ⅰ段、零序Ⅰ段跳閘，A相接地，重合不成。110 kV變電站A站1號(hào)主變失電，35 kV備自投未動(dòng)作，10 kV備自投動(dòng)作跳開(kāi)1號(hào)主變101開(kāi)關(guān)、合上10 kV母聯(lián)110開(kāi)關(guān)。調(diào)度員在確認(rèn)A站2號(hào)主變不會(huì)過(guò)載的情況下，發(fā)令拉開(kāi)A站1號(hào)主變301開(kāi)關(guān)，合上35 kV母聯(lián)310開(kāi)關(guān)。110 kV A站接線方式如圖1所示。

2事故分析

2.1 A站35 kV備自投拒動(dòng)分析

圖1 A站接線示意圖

在本次事故中，由于A站35 kV備自投未動(dòng)作，導(dǎo)致A站所供的一些35 kV重要用戶失電，且失電時(shí)間較長(zhǎng)。通過(guò)分析A站35 kV備自投閉鎖條件和繼電保護(hù)定值單發(fā)現(xiàn)，35 kV備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值為0.45倍額定電流，而故障發(fā)生時(shí)A站301開(kāi)關(guān)和302開(kāi)關(guān)流過(guò)的負(fù)荷電流之和（254 A）的確超過(guò)了0.45倍額定電流（210 A），導(dǎo)致備自投閉鎖。按照備自投的動(dòng)作邏輯分析是沒(méi)有任何問(wèn)題的，但是由于事故發(fā)生時(shí)A站10 kV負(fù)荷較輕，調(diào)度員模擬35 kV備自投的動(dòng)作過(guò)程拉開(kāi)301開(kāi)關(guān)、合上310開(kāi)關(guān)后，A站2號(hào)主變并沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)載，所以理想的結(jié)果是在事故發(fā)生時(shí)A站35 kV備自投和10 kV備自投均動(dòng)作。要想在確保主變不過(guò)載的情況下盡可能多的利用備自投裝置恢復(fù)對(duì)用戶的供電就要研究35 kV備自投和10 kV備自投的過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯之間的配合整定。

2.2 110 kV三圈變變電站備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯分析

110 kV A站35 kV備自投、10 kV備自投裝置型號(hào)均為RCS-9651（南瑞繼保），35 kV備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值為0.45倍額定電流，10 kV備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值為0.75倍額定電流。也就是說(shuō)，當(dāng)35 kV備自投和10 kV備自投均動(dòng)作時(shí)一定能夠保證單臺(tái)主變不過(guò)載。通過(guò)縱向?qū)Ρ仍摰貐^(qū)所有110 kV三圈變變電站的備自投裝置，發(fā)現(xiàn)無(wú)論型號(hào)是PSP-691（國(guó)電南自）、PSP-642（國(guó)電南自）、RCS-9651（南瑞繼保）、DSA2364（國(guó)電南瑞）或是 DSA2363（國(guó)電南瑞），都分別規(guī)定了35 kV備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值和10 kV（或20 kV）備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值，兩者之和能夠保證備自投動(dòng)作后運(yùn)行主變變一側(cè)負(fù)荷電流不超過(guò)1.2倍額定電流。但是，由于負(fù)荷電流是隨時(shí)變化的，它受負(fù)荷特性、設(shè)備檢修、運(yùn)行方式、季節(jié)氣候等多種因素的影響，因此110 kV三圈變的變二側(cè)和變?nèi)齻?cè)的負(fù)荷電流也是不斷變化的，如果簡(jiǎn)單地獨(dú)立設(shè)定35 kV和10 kV（或20 kV）備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值，就相當(dāng)于分別規(guī)定了主變35 kV側(cè)和10 kV（或20 kV）側(cè)負(fù)荷電流的上限，一旦某側(cè)負(fù)荷電流超出上限就會(huì)導(dǎo)致備自投閉鎖。這種整定方法不能隨負(fù)荷的變化自動(dòng)調(diào)整，實(shí)際上只要主變35 kV側(cè)和10 kV（或20 kV）側(cè)的負(fù)荷電流之和不會(huì)導(dǎo)致主變過(guò)載，那么35 kV和10 kV（或20 kV）備自投就都應(yīng)該動(dòng)作。

由此可見(jiàn)，想要避免上述A站發(fā)生的備自投拒動(dòng)事故，就不能孤立地設(shè)定35 kV和10 kV（或20 kV）備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖定值，而應(yīng)該把它們看成一個(gè)整體去分析和設(shè)定過(guò)負(fù)荷閉鎖備自投的邏輯。

3改進(jìn)措施

從上述分析中可知，為了合理地設(shè)定過(guò)負(fù)荷閉鎖備自投的邏輯，必須要將主變35 kV側(cè)和10 kV（或20 kV）側(cè)負(fù)荷作為一個(gè)整體綜合考慮，本文提出以下2種方法，可以避免備自投拒動(dòng)。

3.1求和整組閉鎖法

常規(guī)備自投控制策略中，備自投的動(dòng)作存在一定的延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)是為了躲開(kāi)故障的切除時(shí)限和自動(dòng)重合閘等裝置的動(dòng)作時(shí)間，在備自投啟動(dòng)后的這段延時(shí)時(shí)間中，可以增加一個(gè)數(shù)據(jù)處理單元來(lái)替代備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流閉鎖定值。以A站1號(hào)主變失電為例，數(shù)據(jù)處理單元主要完成的邏輯功能：將2臺(tái)主變故障前瞬間35 kV側(cè)和10 kV側(cè)的負(fù)荷電流統(tǒng)一歸算后求和，若兩側(cè)負(fù)荷電流之和小于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則允許35 kV和10 kV備自投動(dòng)作。若大于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，假設(shè)A站1號(hào)主變35 kV側(cè)有重要雙電源用戶或重要負(fù)荷較多 （與10 kV側(cè)相比），則先選擇將1號(hào)主變（失電主變）35 kV側(cè)負(fù)荷電流與運(yùn)行主變兩側(cè)負(fù)荷電流歸算后求和，如果小于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則允許35 kV備自投動(dòng)作，閉鎖10 kV備自投；如果大于1.2倍單臺(tái)主變額定電流則再將1號(hào)主變10 kV側(cè)負(fù)荷電流與運(yùn)行主變兩側(cè)負(fù)荷電流歸算后求和，如果小于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則允許10 kV備自投動(dòng)作，閉鎖35 kV備自投；如果仍大于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則閉鎖35 kV和10 kV備自投。其邏輯流程如圖2所示。

顯然，利用數(shù)據(jù)處理單元來(lái)替代備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流定值后，可以使備自投裝置靈活地根據(jù)故障時(shí)的負(fù)荷情況作出正確的動(dòng)作決策，優(yōu)化了備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯。

3.2先投后切法

這種方法與上述第一種方法相同的是都增加了數(shù)據(jù)處理單元來(lái)替代備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖電流定值，不同的是將失電主變35 kV側(cè)和10 kV側(cè)饋供負(fù)荷分成3級(jí)，其中第1級(jí)負(fù)荷最為重要，第2級(jí)次之，如果35 kV和10 kV備自投均動(dòng)作后會(huì)造成主變過(guò)載，就會(huì)按負(fù)荷重要程度計(jì)算需要切除的負(fù)荷 （從失電主變第3級(jí)負(fù)荷開(kāi)始），在35 kV和10 kV備自投均動(dòng)作后切除經(jīng)計(jì)算得出的部分饋線負(fù)荷。以A站1號(hào)主變失電為例，數(shù)據(jù)處理單元完成后的邏輯功能：將2臺(tái)主變故障前瞬間35 kV側(cè)和10 kV側(cè)的負(fù)荷電流統(tǒng)一歸算后求和，若兩側(cè)負(fù)荷電流之和小于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則允許35 kV和10 kV備自投動(dòng)作。若大于1.2倍單臺(tái)主變額定電流，則從失電主變第3級(jí)負(fù)荷開(kāi)始計(jì)算需要切除的負(fù)荷，待35 kV和10 kV備自投動(dòng)作后，直接切除計(jì)算出的負(fù)荷。其邏輯流程如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)處理單元邏輯流程圖

采用先投后切法，不僅可以避免備自投拒動(dòng)，而且可以使備自投裝置根據(jù)負(fù)荷的重要程度盡可能多地恢復(fù)失電負(fù)荷，從而減少故障對(duì)重要用戶的影響，優(yōu)化了備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯。

3.3實(shí)現(xiàn)方法

為了實(shí)現(xiàn)“求和整組閉鎖法”或“先投后切法”，需要增加一個(gè)備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖裝置，該裝置包含了上文提到的數(shù)據(jù)處理單元并且獨(dú)立于35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置之外，能夠根據(jù)實(shí)時(shí)的負(fù)荷情況對(duì)35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置的動(dòng)作做出正確決策，用于替代35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置中利用過(guò)負(fù)荷閉鎖定值來(lái)閉鎖或開(kāi)放備自投的邏輯。要實(shí)現(xiàn)“求和整組閉鎖法”，以主變變二側(cè)電壓等級(jí)為35 kV，變?nèi)齻?cè)電壓等級(jí)為10 kV為例，該備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖裝置需要輸入每臺(tái)主變變二側(cè) （35 kV側(cè)）、變?nèi)齻?cè)（10 kV側(cè)）的負(fù)荷電流值，當(dāng)35 kV和10 kV備自投裝置啟動(dòng)后，便啟動(dòng)該裝置進(jìn)行計(jì)算和邏輯判斷，然后將得出的備自投動(dòng)作決策 （即閉鎖或開(kāi)放35 kV和10 kV備自投）分別輸出至35 kV備自投和10 kV備自投裝置。

要實(shí)現(xiàn)“先投后切法”，以主變變二側(cè)電壓等級(jí)為35 kV，變?nèi)齻?cè)電壓等級(jí)為10 kV為例，該備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖裝置需要輸入每臺(tái)主變變二側(cè) （35 kV側(cè)）、變?nèi)齻?cè) （10 kV側(cè)）的負(fù)荷電流值以及每臺(tái)主變1級(jí)、2級(jí)、3級(jí)負(fù)荷電流值，當(dāng)35 kV和10 kV備自投裝置啟動(dòng)后，便啟動(dòng)該裝置進(jìn)行計(jì)算和邏輯判斷，然后將得出的備自投動(dòng)作決策（即開(kāi)放35 kV和10 kV備自投，以及在35 kV和10 kV備自投動(dòng)作成功后，35 kV側(cè)和10 kV側(cè)需要跳開(kāi)哪些開(kāi)關(guān)）分別輸出至35 kV備自投和10 kV備自投裝置。當(dāng)然，“先投后切法”在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候較為復(fù)雜，而且原35 kV和10 kV備自投裝置也要做較大改動(dòng)（包括二次接線，動(dòng)作邏輯等等）。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，人們對(duì)于電力系統(tǒng)的可靠性要求越來(lái)越高，而備自投裝置邏輯功能的完善是保證供電連續(xù)性和可靠性的必要條件。針對(duì)該地區(qū)110 kV三圈變變電站備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯存在的不足，本文提出了“求和整組閉鎖法”和“先投后切法”，這2種方法不僅能夠根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況作出正確的備自投動(dòng)作決策，有效避免備自投拒動(dòng)，而且能夠在主變不過(guò)載的情況下盡可能多地恢復(fù)失電負(fù)荷，優(yōu)化了現(xiàn)有備自投過(guò)負(fù)荷閉鎖邏輯，提高了地區(qū)電網(wǎng)的供電可靠性。

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