城市電網(wǎng)中自愈系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

莫阮清

摘 要：本文闡述了上海城市電網(wǎng)中110kV手拉手接線模式和自愈系統(tǒng)的基本原理，結(jié)合當(dāng)前設(shè)計實施中遇到的常見問題，分析了自愈系統(tǒng)未來集成優(yōu)化的趨勢并提出了改進意見，闡述了在未來電網(wǎng)智能化建設(shè)中，自愈系統(tǒng)這種新型保護的重要作用。

關(guān)鍵詞：自愈系統(tǒng)；保護配置；合智一體裝置；廣域保護

1 前言

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們的用電量日趨增長。特別是城市和人口密度的擴大，對電力網(wǎng)架和供電質(zhì)量提出了更高的要求。城市中心地帶的配電網(wǎng)架面臨著負荷密度大、保護上下級配合難度大等問題[1]，加上近年來光伏等分布式發(fā)電的接入對城市電網(wǎng)的穩(wěn)定性和堅強度是嚴峻的考驗。如何提升城市電網(wǎng)的供電可靠性是目前普遍關(guān)注的問題。

智能電網(wǎng)（smart grid）是電力網(wǎng)絡(luò)未來發(fā)展方向，具有自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足需求的電能質(zhì)量、容許各種不同發(fā)電形式的接入、啟動電力市場以及資產(chǎn)的優(yōu)化高效運行等特征。目前，上海地區(qū)正在開展110kV電源完善工程，逐步形成手拉手雙電源供電模式，這就需要一種新型的保護裝置實現(xiàn)這種電網(wǎng)的自愈功能。

2 手拉手接線系統(tǒng)的基本原理

2.1 110kV手拉手接線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前，上海地區(qū)典型的110kV手拉手接線形式如圖1，由兩座220kV變電站（A、B）和三座110kV變電站（C、D、E）依次串接而成。220kV變電站作為電源進線側(cè)。手拉手接線正常運行時，每串各設(shè)一個開斷點（斷路器在分閘位置），每個220kV站進線供1～2個變電站電源。當(dāng)一端進線電源斷開后，另一端進線電源開關(guān)瞬時合上，實現(xiàn)電網(wǎng)故障狀態(tài)下的自愈功能。

2.2 自愈系統(tǒng)配置及動作原則

110kV手拉手接線配置的自愈系統(tǒng)由一臺主站裝置、若干子站裝置（子站數(shù)量同該串中變電站數(shù)）及交換機等，站與站之間通過光纜通信。主站一般設(shè)在110kV變電站內(nèi)，發(fā)生故障時，子站上傳本站內(nèi)交流電流電壓、保護動作情況及斷路器位置等情況，主站接受各子站上傳的信息，集中處理判斷故障，識別出故障點后將動作命令傳送到各子站裝置中，由子站實現(xiàn)本站內(nèi)斷路器分合，跳開失電變電站的故障電源側(cè)，合上該站另一方向電源的斷路器，實現(xiàn)故障隔離和系統(tǒng)自愈。自愈系統(tǒng)瞬時動作時間小于10kV自切保護，保證110kV站供電電源不間斷。

2.3 自愈系統(tǒng)適用條件

自愈系統(tǒng)適用于上節(jié)所述的典型手拉手接線，線路備用容量及電纜截面等應(yīng)經(jīng)過計算符合故障狀態(tài)下負荷轉(zhuǎn)移的要求。且各110kV開關(guān)的操作機構(gòu)均可電動操作。保護配置上需在常規(guī)110kV線路保護外增加母差保護，實現(xiàn)線路有選擇性的快速切除功能，同時防止本站母線故障時自愈合于故障回路。站與站之間還需有光纜直連通道，以滿足自愈系統(tǒng)的通信要求。

3 淺析自愈系統(tǒng)的集成與優(yōu)化

手拉手工程在設(shè)計施工過程中的常見問題包括組柜方式、流變次級、二次接口回路設(shè)計等[2]，突出反映了配置自愈系統(tǒng)造成站內(nèi)空間不足、接線復(fù)雜的情況，因此考慮未來可將自愈系統(tǒng)配置簡化，將功能集成到變電站已有裝置中，具體設(shè)想如下：

3.1 與合智一體裝置的集成

110kV智能變電站中110kV側(cè)采用合并單元智能終端一體裝置，合并單元實現(xiàn)對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用，智能終端實現(xiàn)對開關(guān)位置等信號的采集和接受執(zhí)行保護監(jiān)控裝置對斷路器的分合閘命令。合智一體裝置包含了自愈系統(tǒng)子站的基本功能，且可以通過光纖和交換機實現(xiàn)對外通信。因此，今后110kV智能變電站手拉手接線系統(tǒng)中可簡化自愈系統(tǒng)子站，將其功能下放至合智一體裝置，節(jié)省占地和組柜空間。

3.2 與廣域保護裝置的集成

廣域保護系統(tǒng)集成了保護控制、邏輯判斷等功能，通過站間光纖互聯(lián)實現(xiàn)電氣量傳遞與共享，獲得區(qū)域內(nèi)全景信息，同時根據(jù)轄區(qū)內(nèi)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)做出判斷，快速切除電網(wǎng)中的故障，以及分析對系統(tǒng)運行的影響等高級功能[3]。從原理上看，目前上海地區(qū)應(yīng)用的自愈系統(tǒng)可劃入廣域保護范圍內(nèi)，符合建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的要求，具有很大的發(fā)展空間?，F(xiàn)階段自愈系統(tǒng)仍獨立配置主站，采用專網(wǎng)專線通信模式。而未來可考慮由廣域保護裝置集成自愈控制主站功能，減少保護裝置的配置，實現(xiàn)二次設(shè)備集約化、功能集成化的目標(biāo)。

4 總結(jié)

上海地區(qū)為提高供電可靠性，開展了110kV變電站電源完善工程，同時針對該接線模式應(yīng)用自愈系統(tǒng)裝置，站間的電氣量通過光纖通信，由自愈控制主站完成手拉手接線系統(tǒng)內(nèi)的綜合判定，實現(xiàn)快速隔離故障、實時恢復(fù)供電的功能，極大地提高了城市電網(wǎng)的可靠性、安全性和穩(wěn)定性。未來可將自愈功能集成到廣域保護和合智一體裝置中，作為廣域保護的一個功能，完成區(qū)域內(nèi)進線故障最優(yōu)處理，實現(xiàn)城市電網(wǎng)的自愈性和智能化。

參考文獻

[1]陳星鶯，顧欣欣，余昆，等.城市電網(wǎng)自愈控制體系結(jié)構(gòu)[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，33（24）：38-42.

[2]李超群，陳曉東，談紅.上海電網(wǎng)110kV“手拉手”鏈?zhǔn)浇泳€自愈系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣應(yīng)用，2014，33（19）：82-85.

[3]孫鑫，張幼明.智能電網(wǎng)中的廣域保護[J].東北電力技術(shù)，2011，（1）：34-36.

（作者單位：國網(wǎng)上海市電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院）