變電站網(wǎng)絡(luò)備自投的研究與實踐

林志超

（廣東電網(wǎng)公司惠州供電局，廣東惠州 516000）

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鄉(xiāng)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這對保證變電站供電可靠性提出了越來越高的要求。影響供電可靠性的因素很多，如變電站所處的地理位置、氣候環(huán)境，站內(nèi)外一次、二次設(shè)備的可靠性，變電站的運(yùn)行管理，是否具備合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與完善的電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，以及是否具備完善的備用電源自投方案等。其中備用電源自投（以下簡稱備自投）是提高供電可靠性的一種非常有效的手段。

近年來，變電站備自投裝置（BZT）在110 kV及以下電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，起到了保持電網(wǎng)穩(wěn)定和提高供電可靠性的作用。而常規(guī)的備自投配置方案中，需要在現(xiàn)場安裝較多的信號電纜以及交流采集回路，接線復(fù)雜，需相關(guān)間隔停電才能施工，并且每一個備投點都需要設(shè)置獨(dú)立的保護(hù)裝置，成本較高。常規(guī)備自投基于就地的信息，按照預(yù)定的“操作序列表”實現(xiàn)備用電源自動投入，無法適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，無法解決復(fù)雜的遠(yuǎn)方備用電源自動投入，也無法實現(xiàn)不同備自投模式的優(yōu)化。

1 思路

自動化技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集完備，這為變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制系統(tǒng)的開發(fā)和實施提供了物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)。

變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制系統(tǒng)基于變電站自動化系統(tǒng)平臺架構(gòu)及所采集的信息，通過預(yù)決策方法，優(yōu)化備用電源過載切負(fù)荷控制策略以及優(yōu)化備自投模式，制定備自投操作開關(guān)序列和切負(fù)荷控制策略，實現(xiàn)本地備自投、穩(wěn)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置的配合。在工作電源因故消失后，通過“在線匹配”，網(wǎng)絡(luò)備自投迅速啟動，進(jìn)行充電條件、放電條件和動作邏輯校驗，執(zhí)行備自投操作開關(guān)序列和切負(fù)荷控制策略，提高供電的可靠性。

2 技術(shù)路線

2.1 技術(shù)方法

變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制系統(tǒng)基于變電站的自動化技術(shù)、通信技術(shù)、各種網(wǎng)絡(luò)在變電站的應(yīng)用技術(shù)，通過變電站的SCADA系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)備自投的自動化功能。

對于各種不同的備投方案邏輯，采用通用的邏輯公式智能控制模塊來實現(xiàn)，可以適應(yīng)各種不同的運(yùn)行方式和異常情況。根據(jù)變電站自動化系統(tǒng)電網(wǎng)模型進(jìn)行策略的配置、備份、調(diào)整，且具有策略校驗功能。

2.2 技術(shù)要點

2.2.1 備自投模型分析

備自投模型的基本要素：故障電源、失電區(qū)域（失電母線）、備用電源、操作開關(guān)、充電條件、放電條件、啟動條件和備自投邏輯。

任何一種獨(dú)立恢復(fù)供電的方式，定義為一種“備自投模式”。建立適應(yīng)運(yùn)行方式變化的備自投模型，即是建立從{故障電源}集到{備自投模式}集的映射。典型的備自投模型有：分段備自投、進(jìn)線備自投、主變備自投等。

在當(dāng)前運(yùn)行方式下，對任何工作電源故障跳閘，自動搜索對應(yīng)的失電區(qū)域，確定和“失電區(qū)域”相關(guān)聯(lián)的備用電源及相應(yīng)的操作開關(guān)，可能生成多個滿足條件的備自投模式。根據(jù)故障工作電源、失電區(qū)域、備用電源和相應(yīng)的操作開關(guān)等之間的關(guān)聯(lián)屬性，自動生成充電條件、放電條件、啟動條件及備自投邏輯。

2.2.2 運(yùn)行方式識別

變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制策略針對特定的運(yùn)行方式有效，應(yīng)準(zhǔn)確反映“設(shè)定的區(qū)域”內(nèi)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化。利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治黾夹g(shù)，有效識別運(yùn)行方式的變化，包括元件投停、元件間關(guān)聯(lián)屬性、故障后可能的孤網(wǎng)方式、潮流有向圖、備用聯(lián)絡(luò)通道以及可操作的開關(guān)狀態(tài)。

2.2.3 過載切負(fù)荷控制策略優(yōu)化

備自投動作后，備用電源側(cè)的設(shè)備過載有可能造成后備保護(hù)動作，擴(kuò)大事故范圍，因此有必要在備自投動作之前或之后，進(jìn)行切負(fù)荷控制，保證備用電源投入后系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過定義指標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化搜索，滿足工作電源和備用電源關(guān)聯(lián)度大，切負(fù)荷量小，操作開關(guān)數(shù)量小等條件。

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制系統(tǒng)獨(dú)立于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，它與變電站保護(hù)測控裝置、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)動裝置在整個變電站綜合自動化系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 變電站網(wǎng)絡(luò)備自投網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Sketch of the network automatic stand-by power switching subsystem structure

變電站網(wǎng)絡(luò)備自投控制系統(tǒng)子站（簡稱備自投子站）與測控裝置直接通訊，獲取其所需的遙測、遙信、遙控信息。

備自投子站自身信息（動作信息、告警信息、定值、壓板投退等）通過遠(yuǎn)動機(jī)與調(diào)度、當(dāng)?shù)卦斜O(jiān)控系統(tǒng)通訊交互。

備自投子站與原變電站監(jiān)控系統(tǒng)需要有信息和控制的交互。

4 備自投邏輯

基于變電站的自動化技術(shù)、通信技術(shù)、各種網(wǎng)絡(luò)在變電站的應(yīng)用技術(shù)，通過變電站的SCADA系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)3種典型的備自投邏輯。本文以分段備自投（FBZT）為例進(jìn)行分析。

FBZT主要應(yīng)用于終端變電站單母線分段的場合，如主變負(fù)荷側(cè)的分段備自投和電源側(cè)的橋備自投。分段備自投主接線示意圖見圖2，Ⅰ、Ⅱ母互為暗備用，即3DL備用1DL和2DL（與FBZT相關(guān)的所有說明均按照圖2的定義）。

圖2 FBZT主接線示意圖Fig.2 Sketch of the FBZT main connections

其中FBZT輸入量如表1所示。

表1 FBZT需引入的交流量和開入量Tab.1 FBZT input analog and state signal

FBZT動作邏輯如表2所示。

表2 FBZT充放電條件Tab.2 Charging and discharging condition of FBZT

以Ⅱ母暗備用（FBZT2）為例，F(xiàn)BZT動作過程如下：

FBZT充電完成后：

1）Ⅰ母無壓、Ⅱ母有壓且IL1無流，（若暗備用閉接點=投入，還需判1DL跳位），延時d082（如有加速BZT開入，則不經(jīng)延時）發(fā)1DL跳閘命令，同時發(fā)“F262 FBZT2跳1DL動作”信號。

2）確認(rèn)1DL跳開后，收回1DL跳閘命令；若（切其他設(shè)備d823）=投入，接著啟動切工作電源后切其他設(shè)備時限d821，延時到后，備自投發(fā)切其他設(shè)備（如小電源聯(lián)絡(luò)線或接地變等）命令，同時發(fā)“F263 FBZT2聯(lián)切Ⅰ母設(shè)備動作”信號，然后檢查聯(lián)切的設(shè)備是否跳開，若在5 s內(nèi)，備自投判斷出被聯(lián)切的設(shè)備跳開，即收回跳其他設(shè)備命令；再經(jīng)延時切故障后合暗備用時限d294發(fā)3DL合閘脈沖，并發(fā)“F266 FBZT合3DL動作”信號。

3）確認(rèn)3DL合上后，若（均分負(fù)荷）退出，則發(fā)“F010Ⅱ母暗備用”信號；若是加速動作，則發(fā)“F010Ⅱ母暗備用加速”信號，F(xiàn)BZT2邏輯完成。若（均分負(fù)荷）投入，確認(rèn)3DL合上后且Ⅲ母有壓聯(lián)切6DL，并發(fā)“F258 FBZT2跳6DL動作”信號，確認(rèn)6DL跳開后，收回6DL跳閘命令，發(fā)8DL合閘脈沖（100 ms），裝置發(fā)“F259 FBZT2合8DL動作”信號“F010Ⅱ母暗備用-均分”信號；若是加速動作，則發(fā)“F010Ⅱ母-均分-加速”信號，F(xiàn)BZT2邏輯完成。

4）1DL跳閘、切其他設(shè)備、3DL合閘命令發(fā)出5 s后，斷路器仍未動作，則終止FBZT2邏輯，F(xiàn)BZT放電，裝置發(fā)出“備自投失敗”信號。

5）6DL拒跳時，F(xiàn)BZT2立即發(fā)出負(fù)荷聯(lián)切命令400 ms，以保證2號變壓器不過載，裝置同時發(fā)出“F068備自投聯(lián)切負(fù)荷動作”信號。6DL拒跳告警延時設(shè)為1.5 s，以防止6DL拒跳時導(dǎo)致2號變壓器過載時間過長，影響變壓器安全。

Ⅰ母暗備用（FBZT1）動作邏輯同Ⅱ母暗備用（FBZT2），無均分負(fù)荷邏輯。

5 備自投子站與測控裝置數(shù)據(jù)交互

網(wǎng)絡(luò)備自投作為一個獨(dú)立的子站系統(tǒng)，需要與測控裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。備自投子站與測控裝置之間的數(shù)據(jù)交互包括2個方面：

1）測控裝置到備自投子站：備自投子站通過測控裝置采集變電站內(nèi)的實時數(shù)據(jù)，包括遙測、遙信信號。備自投子站根據(jù)實時數(shù)據(jù)，判斷故障電源、失電區(qū)域（失電母線），在線計算充電條件、放電條件、啟動條件和備自投邏輯。

2）備自投子站到測控裝置：備自投子站根據(jù)實時數(shù)據(jù)，判斷出故障電源、在線得出備自投邏輯及過負(fù)荷聯(lián)切邏輯。最終得出具體的開關(guān)操作指令系列。備自投子站將開關(guān)操作指令發(fā)送到測控裝置，從而實現(xiàn)故障電源的及時切除與備用電源的智能投入。

6 結(jié)語

變電站監(jiān)控系統(tǒng)備自投方案的實現(xiàn)，減少了二次接線電纜等環(huán)節(jié)，可以在變電站自動化系統(tǒng)中靈活添加網(wǎng)絡(luò)備投的功能模塊實現(xiàn)備投功能，整體降低了成本；特別是運(yùn)行變電站進(jìn)行備自投改造時，不需相應(yīng)間隔停電進(jìn)行施工接線，不影響用戶供電，提升變電站運(yùn)行維護(hù)管理水平；大量減少常規(guī)備自投模式下，運(yùn)行方式的變化造成的工作量；提升變電站自動化智能化水平，使調(diào)度、監(jiān)控更及時、精細(xì)地掌握備自投功能運(yùn)行狀態(tài)；獨(dú)立或與現(xiàn)有備自投裝置的配合使用，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定基礎(chǔ)，提高了供電的可靠性。系統(tǒng)具備靈活性和拓展性，具有非常廣泛的推廣價值。

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