安全穩(wěn)定控制措施與備用電源自動投入措施的協(xié)調(diào)策略

陳興華，陳錦昌，楊文佳，李新超，于浩

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州510600；2.江蘇華瑞泰科技股份有限公司，江蘇 南京210000)

?

安全穩(wěn)定控制措施與備用電源自動投入措施的協(xié)調(diào)策略

陳興華1，陳錦昌1，楊文佳1，李新超1，于浩2

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州510600；2.江蘇華瑞泰科技股份有限公司，江蘇 南京210000)

安全穩(wěn)定控制(以下簡稱“穩(wěn)控”)措施與備用電源自動投入(以下簡稱“備自投”)措施存在互相協(xié)調(diào)的問題，針對傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)對策略適應(yīng)性較差的缺陷，提出采用基于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機(以下簡稱“穩(wěn)控跳信機”)的解決方案。介紹了該方案的基本原理和穩(wěn)控跳信機的設(shè)計思想，并對備自投裝置、穩(wěn)控裝置、通信網(wǎng)絡(luò)的改造進行了分析。該方案在廣東省佛山、東莞等地區(qū)應(yīng)用，效果理想。最后指出有效監(jiān)視穩(wěn)控跳信機的實時狀態(tài)是下一步研究的方向。

安全穩(wěn)定控制；備用電源自動投入；穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機

安全穩(wěn)定控制(以下簡稱“穩(wěn)控”)措施是確保互聯(lián)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。進入“十三五”規(guī)劃實施期，南方電網(wǎng)就逐步拉開了異步聯(lián)網(wǎng)的序幕，作為受端的廣東電網(wǎng)，直流雙極閉鎖情況下引起的低頻問題將成為電網(wǎng)穩(wěn)定的主要問題，快速切負荷措施是防止穩(wěn)定受破壞的必不可少的手段；另一方面，電網(wǎng)解環(huán)點裝設(shè)備用電源自動投入(以下簡稱“備自投”)裝置，已成為加強電網(wǎng)供電可靠性的常規(guī)措施，在主供電源失去時，自動投入備供電源，實現(xiàn)負荷的連續(xù)供電[1]。

根據(jù)調(diào)度運行的相關(guān)規(guī)定，在穩(wěn)控策略(包括遠方切負荷、就地過流減載、低頻減載和低壓減載等)中，切除的負荷原則上不得自投于同一供電區(qū)域，以防止穩(wěn)控措施失效，因此穩(wěn)控措施與備自投措施的安排產(chǎn)生了矛盾。如何在確保電網(wǎng)穩(wěn)定不受破壞的前提下提升供電可靠性，成為一個不可忽視的研究課題。

本文對傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)對策略及其適應(yīng)性進行分析，并提出一種新的解決方案——穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機(以下簡稱“穩(wěn)控跳信機”)。

1 人工措施

調(diào)度運行人員通過時空交錯，實現(xiàn)穩(wěn)控措施與備自投措施的有效適應(yīng)和共存。具體為：

a) 利用電網(wǎng)潮流的峰谷性特點，在時間上進行措施切換。供電高峰期，電網(wǎng)穩(wěn)定問題相對突出，此時退出備自投措施，確保穩(wěn)控措施的有效性；供電低谷期，電網(wǎng)潮流輕，穩(wěn)定問題不突出時投入備自投措施。這種協(xié)調(diào)配合策略對于調(diào)度運行人員來說，管理上非常繁瑣，操作頻繁(即使備自投裝置具備定時自動投退功能)，且對于峰、谷期穩(wěn)定問題均較突出的系統(tǒng)無法適應(yīng)，故此做法實際上應(yīng)用較少。

b) 方式人員對穩(wěn)控措施進行整定時，將需要備自投的負荷單元排除于切除之列，只考慮切除不作備自投的負荷單元，以及備自投至非本區(qū)域的負荷單元。此做法在一定程度上解決了穩(wěn)控措施與備自投措施的配合問題，但是往往造成方式安排上的受限，方式靈活性大為下降，制肘較多。

c) 將主、備供單元均納入穩(wěn)控措施切除對象之列，且整定為同一切除優(yōu)先級，從而確保主備供線路同時切除，即使備自投裝置動作把負荷自投到備供線路也能切除到位，同時備自投措施長期可用。但此手段也有一定的局限性，只有當(dāng)主、備供線路均在同一站內(nèi)時才適用。

綜上所述，采用人工干預(yù)的措施解決了某些情況下穩(wěn)控措施與備自投措施的矛盾，但有明顯的局限性，適應(yīng)性不廣。

2 適應(yīng)穩(wěn)控措施的備自投裝置

常規(guī)備自投裝置通常以母線無壓、主供單元無流(以下簡稱“無壓無流”)作為啟動條件。一般情況下，雖然采取穩(wěn)控措施切除負荷與變電站因主供單元故障造成失壓均滿足上述啟動條件，但事故過程所呈現(xiàn)的電氣狀態(tài)是有明顯區(qū)別的。因此，現(xiàn)時出現(xiàn)了適用于穩(wěn)控措施的備自投裝置，利用電氣狀態(tài)進行區(qū)分，當(dāng)識別為主供單元故障時開放備自投，否則判別為穩(wěn)控措施動作而閉鎖備自投[2]。相對成熟的原理有3種，分別為利用合后位置繼電器(KKJ)、重合閘(reclosing)和母線不平衡電壓U，簡稱“KRU判據(jù)”。具體如下：

a) 開關(guān)位置不對應(yīng)時開放備自投。將主供開關(guān)的位置信號與合后位置信號進行比較，二者不一致時表明失壓，其原因是主供單元發(fā)生故障造成開關(guān)跳閘。備自投裝置在滿足無壓無流條件和KRU判據(jù)時方可啟動。此原理適用性較廣，但某些情況(例如終端站點)下，主供線路故障時對側(cè)開關(guān)跳閘但本側(cè)開關(guān)不跳閘，造成原理上無法適應(yīng)。個別年代久遠的變電站，現(xiàn)場也不一定能夠提供合后位置信號。

b) 檢測重合閘時開放備自投。啟用了重合閘的線路在發(fā)生非對稱故障時，非故障相的母線電壓會呈現(xiàn)有壓—無壓—有壓的變化過程，區(qū)別于穩(wěn)控切負荷措施的有壓—無壓過程。備自投在無壓無流條件且電壓波形滿足KRU判據(jù)時方可啟動。當(dāng)主供線路發(fā)生三相故障時，其電壓波形與切負荷措施的電壓波形類似，此原理將無法準確判別[3]。

c) 母線電壓不平衡時開放備自投。主供線路發(fā)生非對稱故障時，檢測母線的零序電壓或負序電壓，滿足無壓無流條件且零序或負序電壓高于門檻值時方可啟動備自投。當(dāng)主供線路發(fā)生三相故障時，此原理將無能為力，無法準確開放備自投。

綜上所述，采用KRU判據(jù)的備自投裝置，通過3個原理之間的相互補充，多數(shù)情況下能準確區(qū)分穩(wěn)控切負荷措施與故障造成的母線失壓。但在實際工程應(yīng)用過程中往往會遇到下列困難，造成應(yīng)用推進受阻：主供線路發(fā)生三相故障且對側(cè)開關(guān)跳閘、本側(cè)開關(guān)不跳閘的情況，或者上級線路三相無故障跳閘的情況，KRU判據(jù)均無法準確識別；電壓不平衡門檻整定困難，500 kV或220 kV線路發(fā)生不對稱故障時，110 kV變電站往往也會感應(yīng)出電壓不平衡量，且靈敏度不高，難以區(qū)分，存在誤判為110 kV線路故障的可能，從而誤開放備自投；須對電網(wǎng)中現(xiàn)存的大量備自投裝置的軟硬件進行適應(yīng)性改造，且相當(dāng)一部分的型號較為老舊，不具備改造條件，需要直接更換。

3 穩(wěn)控跳信機解決方案

為了進一步彌補KRU判據(jù)在原理上的缺陷，解決工程實施上的困難，本文提出利用新型設(shè)備穩(wěn)控跳信機實現(xiàn)精準閉鎖備自投的解決方案。

3.1 方案的基本原理

當(dāng)穩(wěn)控執(zhí)行站裝置執(zhí)行切負荷命令時，在就地跳閘出口基礎(chǔ)上，增加相關(guān)硬接點(一般有多個)開出，以驅(qū)動穩(wěn)控跳信機。穩(wěn)控跳信機收到這些硬接點開出量后，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)分別向各切除單元對應(yīng)的110 kV變電站的穩(wěn)控跳信機發(fā)送閉鎖命令報文。各接收側(cè)的穩(wěn)控跳信機收到閉鎖命令報文后，再向備自投裝置發(fā)出閉鎖信號，從而實現(xiàn)備自投裝置的精準閉鎖。方案的基本原理如圖1所示。

圖1 方案原理

由此可見，方案實現(xiàn)需要圍繞4個方面開展工作：穩(wěn)控跳信機的設(shè)計開發(fā)、備自投裝置側(cè)改造、穩(wěn)控裝置側(cè)改造和通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。

3.2 穩(wěn)控跳信機原理設(shè)計

穩(wěn)控跳信機采用1 U(1 U=4.445 cm)高度的標準機架式設(shè)計，110 V或220 V直流電源供電，以方便在原有穩(wěn)控裝置和備自投裝置的屏柜中增設(shè)。

穩(wěn)控跳信機設(shè)有執(zhí)行站側(cè)和備自投側(cè)2種模式，根據(jù)放置點不同，使用切換開關(guān)進行模式切換。設(shè)置16組獨立接口，各組接口相互獨立、互不影響。每組接口包括A、B、C 3種類型，A型接口為普通電口，專門用于在執(zhí)行站側(cè)模式下接收穩(wěn)控執(zhí)行站裝置發(fā)出的閉鎖信號；B型接口為普通電口，專門用于在備自投側(cè)模式下向備自投裝置發(fā)出閉鎖信號；C型接口為同軸電纜接口，當(dāng)裝置處于執(zhí)行站側(cè)模式時負責(zé)向通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送通信報文，當(dāng)裝置處于備自投側(cè)模式時負責(zé)接收通信網(wǎng)絡(luò)的通信報文。因此，若穩(wěn)控跳信機安裝于穩(wěn)控執(zhí)行站裝置內(nèi)，則使用A型和C型接口；若穩(wěn)控跳信機安裝于備自投裝置內(nèi)，則使用B型和C型接口。

因涉及到通信問題，穩(wěn)控跳信機應(yīng)具備可靠的報文校驗機制。由于方案的通信報文為執(zhí)行站→備自投的單向流動，故當(dāng)裝置處于備自投側(cè)模式時，任一組接口收到連續(xù)3幀閉鎖信息報文，設(shè)備方可發(fā)出閉鎖開出信號，開出信號持續(xù)時間為2 s，然后強制返回。

此外，穩(wěn)控跳信機還具備異常和動作告警等基本功能等，鑒于篇幅原因在此不贅述。

3.3 穩(wěn)控裝置側(cè)改造

3.3.1 硬件

首先，在原有穩(wěn)控裝置的基礎(chǔ)上，根據(jù)接入負荷單元的規(guī)模，增加相應(yīng)數(shù)量的開出量并作為穩(wěn)控跳信機的硬接點驅(qū)動信號；其次，在穩(wěn)控裝置屏內(nèi)部放置新增的穩(wěn)控跳信機，并完成屏內(nèi)配線，包括將穩(wěn)控裝置各出口閉鎖信號回路引入穩(wěn)控跳信機的A型接口和供電回路，一般情況下，穩(wěn)控裝置屏柜內(nèi)部均有足夠的空間放置穩(wěn)控跳信機；最后，從穩(wěn)控通信機對應(yīng)的C型接口引出同軸電纜至站內(nèi)通信接口屏。

某些情況下會遇到1條110 kV負荷線路T接多個負荷站點，即切除1個負荷單元時需同時閉鎖多個備自投裝置。此時，可在穩(wěn)控裝置屏柜上增加橫排端子，使該110 kV負荷線路對應(yīng)的閉鎖開出信號通過橫排端子并接相應(yīng)數(shù)量的信號，再接入穩(wěn)控跳信機。

當(dāng)穩(wěn)控裝置的屏柜數(shù)量多于1個時，對穩(wěn)控跳信機宜優(yōu)先考慮置入帶出口回路的屏柜，可使回路接線改造工作量最少。

3.3.2 軟件

需對穩(wěn)控裝置原有的策略進行調(diào)整優(yōu)化。對于穩(wěn)控切負荷裝置，常規(guī)策略包括遠方切負荷、線路“N-2”切負荷、主變壓器或線路過流切負荷、低頻切負荷和低壓切負荷等。其中，遠方切負荷、低頻切負荷和低壓切負荷功能往往是應(yīng)對主網(wǎng)嚴重故障下的緊急控制措施，故此類控制措施不允許采取備自投措施；線路“N-2”切負荷、主變壓器或線路過流切負荷功能則根據(jù)運行方式和實際情況而定，存在允許將切除的負荷自投至其他供電區(qū)域供電的可能性。因此，對穩(wěn)控裝置整定策略的優(yōu)化，增加了閉鎖信號發(fā)送策略定值表的整定，見表1。

表1 閉鎖信號發(fā)送策略定值

以表1的整定值為例，當(dāng)穩(wěn)控裝置的線路“N-2”策略動作時，將同時發(fā)出對負荷單元1、2閉鎖備自投的信號，負荷單元8則不閉鎖備自投；當(dāng)主變壓器或線路過流策略動作時，只有負荷單元2的備自投不被閉鎖。

3.4 備自投裝置側(cè)改造

一般備自投裝置均設(shè)有外部閉鎖開入節(jié)點，當(dāng)該節(jié)點收到開入量信號時，備自投裝置將直接放電閉鎖。改造時將穩(wěn)控跳信機安裝在備自投裝置屏柜內(nèi)，并完成屏內(nèi)配線，包括將電纜從穩(wěn)控跳信機的B型接口引至備自投裝置的外部閉鎖開入節(jié)點以及穩(wěn)控跳信機的供電回路等，一般情況下備自投裝置屏柜內(nèi)部有足夠的空間放置穩(wěn)控跳信機；最后，從穩(wěn)控通信機對應(yīng)的C型接口引出同軸電纜至站內(nèi)通信接口屏。

方案有效利用了此閉鎖節(jié)點，無需更新原有備自投裝置的軟件程序，即可簡單、方便地達到目的，改造工作量少。

3.5 通信網(wǎng)絡(luò)

方案需要穩(wěn)控執(zhí)行站站點至相關(guān)配置了備自投措施的站點之間具有光纖通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路，以實現(xiàn)命令的快速傳輸。近年來，電力系統(tǒng)的配套通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)飛速發(fā)展，光纖通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面日益擴大，為本方案的工程實施推廣提供了強有力的保障。

3.6 評價及應(yīng)用

本方案與前方案相比，具有以下優(yōu)點：

a) 原理上不存在誤閉鎖或拒閉鎖的可能。只要有光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋的站點，無論是110 kV側(cè)還是10 kV、20 kV側(cè)備自投裝置，均可實現(xiàn)準確閉鎖。

b) 最大限度地減少了工程改造工作量。除卻在原穩(wěn)控裝置和備自投裝置內(nèi)增設(shè)1臺跳信機及站內(nèi)敷設(shè)同軸通信電纜，主要的改造工作量是原穩(wěn)控裝置屏內(nèi)增加開出量接線。

c) 采用硬接點作為與穩(wěn)控裝置、備自投裝置的輸入、輸出接口，通用性更強。穩(wěn)控跳信機屬于第三方設(shè)備，可以不受原有穩(wěn)控裝置和備自投裝置生產(chǎn)廠家的限制進行生產(chǎn)。

d) 整定難度更低。目前穩(wěn)控跳信機產(chǎn)品已順利通過中國電機工程學(xué)會鑒定，并在廣東省佛山、東莞等多個地區(qū)應(yīng)用，工程效果理想。

4 結(jié)論

對于110 kV及以下電壓等級的存量備自投裝置，在具備光纖通信網(wǎng)絡(luò)的條件下，宜優(yōu)先采用穩(wěn)控跳信機的解決方案；對于110 kV及以下電壓等級的新建備自投裝置，則宜優(yōu)先采用KRU判據(jù)邏輯，必要時可疊加穩(wěn)控跳信機，以進一步提高閉鎖準確性。

隨著穩(wěn)控跳信機的應(yīng)用，須補充相關(guān)管理條款，以厘清其調(diào)度管轄關(guān)系和運維要求；另一方面，如何有效監(jiān)視穩(wěn)控跳信機的實時狀態(tài)，是下一步需要研究的方向。

[1] 楊文佳，張蔭群，吳國炳，等.廣東電網(wǎng)備用電源自動投入裝置標準化設(shè)計的研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù), 2009, 3(增刊)：103-107.

YANG Wenjia,ZHANG Yinqun,WU Guobing,et al.Research on the Design Standardization of Automatic Bus Transfer Device of Guangdong Power Grid[J].Southern Power System Technology,2009,3(Supplement)：103-107.

[2] 潘書燕，呂良君，周洪濤，等.一種適用于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的備用電源自投裝置[J].電力自動化設(shè)備, 2007, 27(2)：114-117.

PAN Shuyan,Lü Liangjun,ZHOU Hongtao,et al.Automatic Bus Transfer Equipment Under Safety and Stability Control System[J].Electric Power Automation Equipment,2007,27(2)：114-117.

[3] 陳茂英.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在應(yīng)用中相關(guān)問題的探討[J].繼電器, 2007, 35(增刊)：425-430.

CHEN Maoying.Discussion on the Related Problems in the Application of Security and Stability Control System[J].Relay，2007,35(Supplement)：425-430.

(編輯 李麗娟)

Coordination Strategy for Security and Stability Control Measures and Automatic Switching-in Measures for Reserve Power Supply

CHEN Xinghua1, CHEN Jinchang1, YANG Wenjia1, LI Xinchao1, YU Hao2

(1.Guangdong Power Grid Power Dispatching Control Center, Guangzhou, Guangdong 510600, China; 2.Jiangsu HRT Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000, China)

There are problems of coordination between security and stability control measures and automatic switching-in measures for reserve power supply, in allusion to defect of poor adaptability of traditional coordination strategy, this paper proposes an offer to use stability control signal transceiver based on fiber communication network.It introduces fundamental principles of this scheme and design ideas of the transceiver, and analyzes transformation on the automatic bus transfer equipment, stability control device and communication network.This scheme has been applied in Foshan, Dongguan and other areas which is proved to be effective.It finally points out effect monitoring on real-time state of the transceiver is the next research direction.

security and stability control; automatic switching-in of reserve power supply; stability control signal transceiver

2016-05-24

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.11.021

TM712；TM762.1

B

1007-290X(2016)11-0110-04

陳興華(1977)，男，廣東廣州人。高級工程師，工學(xué)碩士，主要從事電力系統(tǒng)運行、控制與管理工作。

陳錦昌(1981)，男，廣東羅定人。高級工程師，工程碩士，主要從事電力系統(tǒng)運行、控制與管理工作。

楊文佳(1982)，女，廣東汕頭人。高級工程師，工學(xué)碩士，主要從事電力系統(tǒng)運行、控制與管理工作。