自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)在500kV變電站應(yīng)用存在問題分析

孟 榮尹子會褚 罡

（1.國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071；2.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050000）

自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)在500kV變電站應(yīng)用存在問題分析

孟 榮1尹子會1褚 罡2

（1.國網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071；2.國網(wǎng)河北省電力公司，石家莊 050000）

本文介紹了自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)的控制原理及分層分區(qū)的總體結(jié)構(gòu)，分析了AVC系統(tǒng)在500kV變電站實際運行中發(fā)生的故障和存在的問題，針對AVC系統(tǒng)的控制策略提出增加電抗率投切策略和優(yōu)化事故閉鎖邏輯的建議，針對AVC系統(tǒng)在變電站相關(guān)設(shè)置采取了增設(shè)控制硬壓板和調(diào)整遙控下發(fā)時間間隔的措施。最后，展望了新技術(shù)應(yīng)用帶給AVC系統(tǒng)的影響，建議在控制策略中關(guān)聯(lián)重要告警信息以及利用新型遠動機實現(xiàn)多重閉鎖。以上措施及建議將進一步提升AVC系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

變電站；自動化電壓控制；控制策略；電抗率；智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)；遠動機

電壓質(zhì)量作為電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，對電網(wǎng)及電力設(shè)備的安全穩(wěn)定及經(jīng)濟運行有著重大影響［1］。隨著電網(wǎng)自動化水平及通信可靠性的快速提升，電壓的調(diào)控由傳統(tǒng)的人工投切方式轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷簾o功自動控制方式。目前，自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)在國內(nèi)外電網(wǎng)區(qū)域中已得到廣泛應(yīng)用［2］，在改善電網(wǎng)電壓品質(zhì)，降低電網(wǎng)運行損耗，減少人工勞動強度等方面取得了顯著成效。本文將根據(jù)AVC系統(tǒng)在500kV變電站的實際運行情況，針對運行中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，并給出相應(yīng)建議及措施。

1 AVC系統(tǒng)概述

AVC系統(tǒng)是以電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行在線優(yōu)化計算，將最優(yōu)的無功電壓調(diào)整方案自動下發(fā)給子站，連續(xù)閉環(huán)的進行電壓的實時優(yōu)化控制［3］。

按照分層分區(qū)的建設(shè)思路，500kV變電站接受省級調(diào)度中心AVC系統(tǒng)的直接集中控制［4］。控制手段主要是自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設(shè)備的投切。AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2 控制策略存在的問題分析

2.1 投切策略

AVC系統(tǒng)作為電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的重要手段，不僅要考慮滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的無功潮流優(yōu)化，同時也要考慮被控設(shè)備運行性能要求，保證電網(wǎng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。AVC系統(tǒng)對被控設(shè)備的投切策略如下:①對同一變電站內(nèi)的被控設(shè)備采取循環(huán)投切。即先判斷設(shè)備容量及靈敏度，再判斷低壓母線投入設(shè)備的均衡性、最后判斷當(dāng)日設(shè)備控制失敗記錄與設(shè)備投入的月均衡度；②對同一被控設(shè)備的動作次數(shù)和時間間隔滿足預(yù)置的約束條件，防止設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)。目前對無功設(shè)備每天的控制次數(shù)設(shè)置為8次，投入與切除時間間隔設(shè)置為10min。

運行中發(fā)現(xiàn)上述策略中缺少關(guān)于電容器組電抗率的判據(jù)。變電站采用兩種電抗率能夠經(jīng)濟有效抑制三次及以上諧波，對于兩種電抗率的電容器裝置，如果電容器組投入后的綜合諧波阻抗呈容性，則會產(chǎn)生諧波放大［5］。建議在AVC投切策略中增加對電抗率的判據(jù)。電抗率為12%的電容器組先投后切，電抗率為4.5%～5.0%的電容器組后投先切。

典型案例:某500kV變電站1號電容器組投入運行約0.5s后跳閘，檢查發(fā)現(xiàn)4臺單體電容器損壞，對其中一臺解體發(fā)現(xiàn)內(nèi)部焊錫連接熔斷，分析為元件過流。在其合閘波形中可見明顯三次諧波過渡過程。該站低壓母線配裝1號、2號、3號三組電容器，本次損壞1號電容器額定電抗率5%。其余兩組額定電抗率為12%。分析缺陷原因為電抗率5%的電容器先投，造成3次諧波放大，引起設(shè)備過流損壞。主變低壓側(cè)故障錄波如圖2所示。

圖2 主變低壓側(cè)故障錄波圖

2.2 閉鎖策略

AVC系統(tǒng)作為閉環(huán)控制系統(tǒng)，從電網(wǎng)運行安全考慮，控制閉鎖功能設(shè)置至關(guān)重要。一般分為3個級別:系統(tǒng)級閉鎖、廠站級閉鎖和設(shè)備級閉鎖。目前閉鎖策略主要有事故閉鎖、狀態(tài)突變閉鎖及遙控失敗閉鎖。目前，變電站發(fā)生事故后，AVC系統(tǒng)主站接收到事故總信號后即進行廠站級閉鎖，直至事故總復(fù)歸后自動解鎖。

運行中發(fā)現(xiàn)部分低壓保護測控一體裝置的間隔事故總發(fā)出后不保持瞬時復(fù)歸，全站 AVC自動解鎖，設(shè)備故障未隔離前可能再次投入運行，給電網(wǎng)和設(shè)備帶來波動。針對此類問題，建議事故發(fā)生后，一方面AVC系統(tǒng)應(yīng)立即進行廠站級閉鎖，閉鎖時間可設(shè)定（建議值為 1h），另一方面修改運行規(guī)程，要求在閉鎖的時間內(nèi)運維人員應(yīng)及時退出本間隔的AVC投入壓板。固定閉鎖時間結(jié)束后，根據(jù)事故總情況進行自動解鎖。此改進建議既能保證故障設(shè)備不會再次投入，也能夠盡快恢復(fù)廠站級AVC功能。

3 變電站相關(guān)設(shè)置存在的問題分析

3.1 被控設(shè)備控制切換壓板設(shè)置方式選擇

查閱相關(guān)AVC系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，變電站AVC子站集中控制方式下，變電站不建設(shè)專門的子站。變電站端監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對被控設(shè)備設(shè)置控制切換壓板，并具有必要的安全控制閉鎖邏輯判斷功能［6］。AVC系統(tǒng)建設(shè)早期，在變電站端監(jiān)控系統(tǒng)增加AVC功能投退軟壓板，將軟壓板狀態(tài)通過遠動機上送到調(diào)度AVC主站，作為判斷邏輯依據(jù)。

運行中發(fā)現(xiàn)變電站端監(jiān)控系統(tǒng)缺陷引起的AVC功能不能正常使用的問題較為突出。在新建變電站中逐步推行增加AVC功能投退硬壓板，采取的措施主要有以下兩項:①在公用測控裝置增加AVC功能總投退硬壓板，在各電容器、電抗器保護測控一體裝置增加間隔投退硬壓板；②在措施一的基礎(chǔ)上，在監(jiān)控系統(tǒng)保留AVC功能投退軟壓板，軟、硬壓板采用串聯(lián)方式。以上兩種方法在AVC功能可靠性與運維人員操作可控性各有優(yōu)勢。經(jīng)過多次實踐與探討，目前采用的是方法一，只設(shè)置硬壓板的方式，簡化變電站端的邏輯判斷，同時提高AVC功能的可靠性。

3.2 遠動機的控制策略設(shè)置

變電站遠動機作為 AVC系統(tǒng)主站和子站的數(shù)據(jù)交互關(guān)鍵設(shè)備節(jié)點，控制策略的設(shè)置決定了遙控及遙調(diào)執(zhí)行的正確性。

運行中發(fā)現(xiàn)同一時刻 AVC系統(tǒng)對同一變電站的被控設(shè)備可能發(fā)出多個遙控或遙調(diào)命令，站端遠動機執(zhí)行策略為:響應(yīng)第一幀遙控命令，第一幀返回確認(rèn)前，若下發(fā)第二幀遙控命令，遠動機拒絕執(zhí)行第二幀命令或AVC主站已遙控超時。此策略設(shè)置一方面造成被控設(shè)備的遙控失敗次數(shù)增加，從而減少了投入的機會，另一方面遠動機收到非正常遙控命令后造成遠動機進程異常。建議保持遠動機遙控策略不變，優(yōu)化AVC主站程序為:對于同一變電站的遙控命令設(shè)置適當(dāng)?shù)臅r間間隔，保證第一幀遙控命令執(zhí)行完畢后，再下發(fā)第二幀遙控命令，提高遙控的成功率。

4 新技術(shù)應(yīng)用對AVC系統(tǒng)的影響

4.1 控制策略關(guān)聯(lián)重要告警信息

隨著智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（D5000系統(tǒng)）的快速建設(shè)，AVC系統(tǒng)已成為D5000平臺的重要模塊，AVC系統(tǒng)通過與D5000系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互獲取受控變電站的實時數(shù)據(jù)，可進一步優(yōu)化完善AVC系統(tǒng)相關(guān)控制邏輯［7］。

目前AVC系統(tǒng)對被控設(shè)備狀態(tài)突變或遙測、遙信不對應(yīng)設(shè)置了閉鎖策略。運行中發(fā)現(xiàn)AVC系統(tǒng)從下發(fā)指令到被控設(shè)備執(zhí)行成功，經(jīng)過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)、遠動機、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、通信設(shè)備等多個環(huán)節(jié)，任何一個設(shè)備的故障都會影響指令的執(zhí)行。建議建立關(guān)鍵設(shè)備的重要告警信息與 AVC系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)閉鎖策略，避免遙控到故障設(shè)備造成對電網(wǎng)及設(shè)備的沖擊，減少無意義的遙控命令。

4.2 新型遠動機實現(xiàn)多重閉鎖

部分廠商的新型遠動機可實現(xiàn)遙信對遙控的閉鎖功能。即使主站配置、邏輯或命令出現(xiàn)錯誤，借助此功能可以對重要的遙控閉鎖再次進行邏輯判斷，用多重防線來避免發(fā)生電容器、電抗器同時投入、投入或切除的設(shè)備再次投入或切除以及故障跳閘設(shè)備再次投入等影響電網(wǎng)及設(shè)備安全穩(wěn)定運行的投切操作。

5 結(jié)論

針對AVC系統(tǒng)在500kV變電站實際運行中出現(xiàn)的各類故障和存在的問題，對其進行歸納總結(jié)，對AVC的主站判斷邏輯、變電站相關(guān)設(shè)置、新技術(shù)應(yīng)用提出相應(yīng)建議和措施，進而提升 AVC系統(tǒng)控制的安全性和可靠性，保證電網(wǎng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

［1］黃益莊.智能變電站自動化系統(tǒng)原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］許文超，郭偉，李海峰，等.AVC應(yīng)用于江蘇電網(wǎng)的初步研究［J］.繼電器，2003，31（5）：23-26.

［3］王鐵強，成海彥，周紀(jì)錄，等.基于分層分區(qū)協(xié)調(diào)控制的河北南網(wǎng) AVC系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（S2）：157-160.

［4］林憲平.自動電壓控制系統(tǒng)在河北南網(wǎng)的應(yīng)用研究［D］.保定：華北電力大學(xué)，2011.

［5］GB/T 50227—2008.并聯(lián)電容器裝置設(shè)計規(guī)范［S］.

［6］Q/GDW 619—2011.地區(qū)電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）技術(shù)規(guī)范［S］.

［7］郭慶來，孫宏斌，王彬，等.面向智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的AVC模塊設(shè)計［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2010，25（4）：2-6.

Analysis on Problems of Automatic Voltage Control Application（AVC）in 500kV Substation

Meng Rong1Yin Zihui1Chu Gang2
（1.State Grad Hebei Maintenance Branch，Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050071；2.State Grad Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050000）

This paper introduces the control principle and hierarchical and regional structure of automatic voltage control（AVC）system.It analyzes the faults and problems of automatic voltage control system application in the 500kV substation.Increasing the reactance rate switch strategy and improving the fault blocking strategy are proposed for switch strategy of the AVC system.The measures that add the hard control panel and adjust the interval of remote control are adopted for related settings in substation.Finally，it prospects the effect of new technique application on the AVC system，and suggests that the switch strategy may correlation with important warning information and the new type remote terminal unit may realize the multiple blocking functions.All of these measures and proposals will further promote the security and the reliability of the AVC system.

substation；automatic voltage control；control strategy；reactance rate；smart grid dispatching technical support system；remote terminal unit

孟 榮（1983-），女，河北衡水人，碩士，高級工程師，主要從事超高壓電網(wǎng)繼電保護、調(diào)度自動化及智能電網(wǎng)管理工作。