一種實現(xiàn)母線自愈功能的備用電源自投裝置

時建鋒, 孫建華

(云南電網(wǎng)有限責任公司曲靖供電局，云南 曲靖 655000)

0 引 言

自愈性[1-2]是指無需或以盡量少的人工干預，實現(xiàn)故障檢測、隔離和恢復，最大限度地減少或消除故障對系統(tǒng)的影響，避免發(fā)生大面積停電。當前電網(wǎng)為了提高供電可靠性，多采取500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運行，一般以220 kV為電源支撐點向下級電網(wǎng)輻射供電，包括220 kV變電站間的110 kV聯(lián)絡(luò)線也多以開環(huán)運行。由于系統(tǒng)解環(huán)、電網(wǎng)檢修、網(wǎng)架改造、分期建設(shè)等原因，220 kV變電站可能出現(xiàn)220 kV單線、單母線、或單主變運行等薄弱的運行方式，一旦失壓將造成大面積的停電。

傳統(tǒng)的備用電源自投裝置由于其原理簡單，定值易于整定在電網(wǎng)中獲得了廣泛的應(yīng)用[3-6]。

其主要是利用本級備用線路、備用主變或備用母線實現(xiàn)進線、主變、分段備投功能。但還存在以下一些局限性：

(1)當220 kV變電站由于上級220 kV電源消失(包括220 kV線路、母線、主變等任一故障因素)引起變電站全站失電時，如何利用下級110 kV備用電源恢復供電，裝置無能為力。

(2)裝置沒有考慮備用電源線路熱穩(wěn)定極限，可能造成線路過載，甚至跳閘。雖然過載控制在穩(wěn)定控制裝置中應(yīng)用廣泛，但在備用電源自投裝置中還無應(yīng)用。

基于上述問題，由于上級電源而非110 kV母線設(shè)備原因造成全站失壓的情況，傳統(tǒng)備用電源自投裝置不能滿足要求。因此本文提出基于穩(wěn)定控制原理，擴展現(xiàn)有備用電源自投裝置使用范圍，實現(xiàn)母線自愈功能：用110 kV聯(lián)絡(luò)線恢復110 kV母線和重要線路運行的同時，又可避免因過載引起線路跳閘。

1 備用電源自投裝置母線自愈功能介紹

1.1 變電站母線自愈功能

圖1 220 kV GT變電站主接線圖(正常運行方式)

在變電站中，如圖1所示，一般配置傳統(tǒng)備用電源自投裝置[7-10]，實現(xiàn)以下3種功能：(1)變壓器備投：如#1主變供全站負荷，#2主變備用，在運行主變故障時，備用電源自投裝置恢復備用主變運行供全站負荷；(2)母聯(lián)備投：如#1、#2主變各供一段母線，母聯(lián)熱備用，當一臺主變故障時，備用電源自投裝置斷開主變失壓側(cè)斷路器，恢復母聯(lián)運行，從而恢復失壓母線負荷。(3)進線備投：變電站主供線路一回主供，一回備用，當主供線路故障時，備用電源自投裝置斷開故障線路進線斷路器，恢復備用線路進線斷路器供變電站負荷。

圖2 220 kV GT變電站主接線圖(特殊運行方式)

220 kV變電站大多設(shè)置110 kV聯(lián)絡(luò)線(如110 kV D5線)，確保事故情況下有電源支援，如圖1、2所示(白色代表分位，黑色代表合位)。由于上級220 kV線路、母線、主變等非110 kV母線設(shè)備原因造成110 kV母線失壓和特殊方式下(#2主變檢修，110 kV聯(lián)絡(luò)線D5線供一段母線負荷，#1主變供另一段母線負荷， 110 kV母聯(lián)熱備用)，運行主變所供母線失壓情況，這些由于上級電源而非110 kV母線設(shè)備原因造成全站失壓，傳統(tǒng)備用電源自投裝置無能為力，本文主要解決此問題。在傳統(tǒng)備用電源自投基礎(chǔ)上，引入穩(wěn)定控制原理，進行失穩(wěn)判別和過載判別，形成變電站母線自愈功能，其原理是：

(1)在正常運行方式下(如圖1所示)，220 kV GT變由#1、#2主變并列運行供電，110 kV聯(lián)絡(luò)線D5斷路器熱備用。當發(fā)生GT站全站失壓時，母線自愈功能通過判穩(wěn)定(見式1)，若系統(tǒng)失穩(wěn)，斷開#11DL、#2主變2DL，用110 kV聯(lián)絡(luò)線D5恢復110 kV母線運行；若過載(見式2)，按設(shè)定定值切除部分出線負荷，從而保證恢復重要線路負荷，保障供電的連續(xù)。

(2)在特殊運行方式下(如圖2所示)，220 kV GT變110 kV聯(lián)絡(luò)線D5線供一段母線負荷，#1主變供另一段母線負荷，110 kV母聯(lián)熱備用。當發(fā)生GT站運行主變供電母線失壓時，母線自愈功能通過判穩(wěn)定，若系統(tǒng)失穩(wěn)，斷開#1主變1DL，用110 kV母聯(lián)3DL恢復失壓母線運行；若過載，按設(shè)定定值切除部分出線負荷，保障供電的連續(xù)可靠。母線自愈功能原理不依賴站間通信網(wǎng)絡(luò)，在單個變電站內(nèi)就能實現(xiàn)。

1.2 失穩(wěn)判別和過載判別

失穩(wěn)判別：在變電站發(fā)生電源故障時，母線自愈功能對母線進行穩(wěn)定判別(見式1)。判別邏輯是：110 kV母線電壓在電壓高定值Uhset之下，電壓低定值Ulset之上且母線頻率在高頻定值fhset之下，低頻定值flset之上，則系統(tǒng)穩(wěn)定。反之，電壓、頻率任一條件不滿足，則認為系統(tǒng)不穩(wěn)定，快速解列小電源，加快母線自愈過程。

(1)

式中Uhset為電壓高定值；Ulset 為電壓低定值；fhset為高頻定值；flset為低頻定值。

過載判別：當母線自愈功能動作后，110 kV聯(lián)絡(luò)線供全站負荷，進行過載判別(見式2)。當檢測到110 kV聯(lián)絡(luò)線實時載流I≤備用線路熱穩(wěn)限值Iset，則認為線路不過載；否則認為系統(tǒng)過載，需切除部分負荷，確保供電穩(wěn)定。

I≤Iset

(2)

式中I為實時載流值；Iset為線路熱穩(wěn)限值。

1.3 母線自愈動作及自愈策略

裝置上電，滿足充電條件后進入運行狀態(tài)，并適時進行失壓判據(jù)。監(jiān)測到母線失壓且上級母線有壓，無外部閉鎖條件，閉鎖自愈功能，自動實施變壓器或母聯(lián)備自投功能；監(jiān)測到母線失壓且上級母線無壓，無外部閉鎖條件，閉鎖備自投功能，自動實施母線自愈功能；外部閉鎖條件選擇母差及變差動作閉鎖備自投功能，母差動作閉鎖自愈功能。其中母線自愈動作原理如圖3所示。

圖3 母線自愈動作原理圖

圖4 母線自愈策略

變電站110 kV母線發(fā)生失壓后，分兩步實施：一是若220 kV母線有壓，按變壓器或母聯(lián)備自投功能完成110 kV母線復電，二是若220 kV母線無壓，則按自愈策略是實現(xiàn)母線自愈復電，自愈原理與邏輯如圖4所示。在220 kV變電站正常運行方式下(110 kV聯(lián)絡(luò)線熱備用)，發(fā)生220 kV母線失壓，判斷110 kV系統(tǒng)是否穩(wěn)定，若110 kV母線電壓及頻率穩(wěn)定，則裝置不動作。若失穩(wěn)，則加速切除母線上的全部小電源、主變110 kV側(cè)所有開關(guān)。若母聯(lián)開關(guān)在分位則合上母聯(lián)開關(guān)，合上110 kV聯(lián)絡(luò)線開關(guān)。然后進行過載判斷，依據(jù)110 kV聯(lián)絡(luò)線熱穩(wěn)極限、實際負荷線路負載等信息，計算出110 kV實際負荷是否超出110 kV聯(lián)絡(luò)線路熱穩(wěn)極限要求。若不過載，則至結(jié)束。若過載，則計算需切除的容量；同時依據(jù)線路重要性及負荷情況，計算需斷開的線路，并延時后執(zhí)行最終切負荷順序。

對于220 kV變電站特殊方式(110 kV聯(lián)絡(luò)線已供110 kV一段母線，主變向另一段母線供電，母聯(lián)開關(guān)在熱備用)也適用。只是動作情況不同，同樣進行失穩(wěn)和過載判斷。

2 備用電源自投裝置母線自愈功能實現(xiàn)

本文以圖1 220 kV GT變正常運行方式進行功能實現(xiàn)說明。備用電源自投母線自愈通過采集220 kV GT變110 kVⅠ母、Ⅱ母的母線三相電壓，#1主變中壓側(cè)1DL、#2主變中壓側(cè)2DL開關(guān)位置信號及任一相電流，110 kV母聯(lián)3DL開關(guān)位置信號， 110 kVⅠ母、Ⅱ母的全部110 kV線路間隔開關(guān)信號及電壓信息等進行邏輯判斷。

當裝置采集到220 kV進線一回檢修另一故障等原因?qū)е?10 kV雙母線失壓或失穩(wěn)情況時，啟動母線自愈功能。

母線自愈過程：穩(wěn)定判斷：220 kV GT變?nèi)臼海卸?10 kV母線失穩(wěn)，加速切除110 kV出線4、出線6線路所有并網(wǎng)小電源。

過載判斷：根據(jù)當時110 kV出線5熱穩(wěn)極限為116 MW和110 kV母線各出線負荷及重要用戶分布情況，母線自愈功能需切除16 MW。220 kV GT變110 kV負荷情況如表1所示。

表1 負荷及重要用戶情況分布

切負荷策略形成：在母線自愈策略中充分考慮重要用戶因素，非重要用戶負荷優(yōu)先級相同，并以切除線路條數(shù)最少為目標，最終形成自愈動作策略1(如表2所示)。

動作過程如下：當充電完成后，全站失壓或失穩(wěn)動作條件滿足，執(zhí)行策略1，跳開1DL、2DL斷路器，延時后合110 kV出線5開關(guān)，并經(jīng)延時跳開出線6開關(guān)。此情況下，實現(xiàn)了110 kV母線自愈，并恢復了110 kV部分出線負荷供電，110 kV出線5也無過載情況。

220 kV GT站在特殊運行方式下執(zhí)行過程類同。

表2 母線自愈功能策略

3 使用方法

母線自愈功能可為備用電源自投裝置的一種特殊投入方式，不依賴于特定的電壓等級，適用性廣，能在不同應(yīng)用情況中，根據(jù)實際情況進行設(shè)定。使用中需注意的是,若系統(tǒng)存在小電源，則根據(jù)穩(wěn)定判別，可先解列小電源；各間隔定值需要在下定值的同時確定一張表：即各個間隔的組態(tài)配置順序要和保護定值表中的間隔順序完全一致；此方式下若聯(lián)絡(luò)斷路器檢修或測控裝置退出運行時，則退出此方式運行。

4 結(jié)束語

本文在傳統(tǒng)備用傳統(tǒng)備用電源自投裝置中引入失穩(wěn)判據(jù)、過載判據(jù)，實現(xiàn)了變電站全站失壓情況下的故障檢測、并在動作策略中予以隔離；在恢復110 kV母線及出線負荷后，又切除了過負荷線路，在線實現(xiàn)了母線自愈功能，有效解決了上級電源消失而非本級母線設(shè)備原因引起的變電站全站失壓問題。裝置已在我局220 kV終端變電站中實際使用，取得了良好效果。

[1] 盧錦玲,白麗麗,任惠. 基于電壓自動控制的智能電網(wǎng)自愈策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(6): 27-31.

[2] 楊浚文 ，吳文傳，孫宏斌，等.一種基于EMS的廣域備自投控制系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)自動化,2010,34(11):61-66.

[3] 李雪明,秦文韜,胥鳴,等.基于穩(wěn)控裝置平臺的電網(wǎng)雙向備用電源自投功能的實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2009,37(14):77-81.

[4] 賈向恩. 微機備自投裝置應(yīng)用中相關(guān)問題的分析與探討. 繼電器, 2004, 32( 14) : 67-70.

[5] 宋錦海,李雪明,姬長安,等.安全穩(wěn)定控制裝置的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29(23)：91-96.

[6] 孫建華,李國友,姚捷.自適應(yīng)式備用電源自投裝置的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2010,38(4):88-90.

[7] 葛亮,譚志海,趙鳳青,等.一種改進型饋線自愈控制方案及實現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2013,41(18):61-67.

[8] 袁鵬,郭創(chuàng)新,王康元,等.調(diào)控一體化下的配電網(wǎng)自愈研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制,2011,39(22):150-154.

[9] 余開思.小水電富集地區(qū)電網(wǎng)備自投裝置運行分析[J].云南電力技術(shù),2013,41(4):84-85.

[10] 薛健斌, 羅奕飛.基于過程層 SV 和 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)的站域備自投應(yīng)用[J].云南電力技術(shù),2014,42(3):84-86.