一種備電系統(tǒng)自動(dòng)投切技術(shù)的研究

魏 鑫 李媛媛

（國網(wǎng)甘肅省電力公司武威供電公司，甘肅 武威 733000）

0 引言

備自投要想發(fā)揮功效，備用電源的容量應(yīng)能支撐其“接手”的負(fù)載[1]。但實(shí)際運(yùn)行中，因方式的千變?nèi)f化，往往很難兼顧這一點(diǎn)。這樣一來，備自投動(dòng)作后，由于備用電源容量不足，可能會(huì)造成事故的擴(kuò)大。因此，有必要研究待機(jī)操作和負(fù)載動(dòng)態(tài)連接和切割的集成技術(shù)。該文主要討論了用常規(guī)待機(jī)自動(dòng)切換邏輯實(shí)現(xiàn)過載連接的方法，并分析了其不足之處，同時(shí)提供現(xiàn)場(chǎng)常用的2 種方法。

1 備自投

傳統(tǒng)的備用電源自動(dòng)切換裝置（簡(jiǎn)稱備自投），這是一種自動(dòng)裝置，可以在電力系統(tǒng)故障或其他原因?qū)е鹿ぷ麟娫磾嚅_后快速將備用電源投入運(yùn)行，或者自動(dòng)將停電設(shè)備投入其他正常工作電源，使用戶可以快速恢復(fù)供電[2]。根據(jù)待機(jī)模式，傳統(tǒng)的備自投裝置可以分為明備用和暗備用[3]：明備用是指?jìng)溆米儔浩骰騻溆镁€路正常情況下安裝；暗備用是指沒有專用備用電源或備用線路的正常情況。

1.1 常見的備自投方式

在滿足條件時(shí)，備自投觸發(fā)啟動(dòng)動(dòng)作；常見的備自投方式有3 種。1）裝置啟動(dòng)時(shí)進(jìn)線一和母聯(lián)作用，而進(jìn)線二做備份線。當(dāng)母聯(lián)線丟失電壓，同時(shí)進(jìn)線一沒有電流，此時(shí)進(jìn)線二存在電壓，裝置跳進(jìn)線一觸發(fā)，并進(jìn)線二觸發(fā)。2）裝置啟動(dòng)時(shí)進(jìn)線二和母聯(lián)作用，而進(jìn)線一做備份線。當(dāng)母聯(lián)線丟失電壓，同時(shí)進(jìn)線二沒有電流，此時(shí)進(jìn)線一存在電壓，裝置跳進(jìn)線二觸發(fā)，并進(jìn)線一觸發(fā)。3）裝置啟動(dòng)時(shí)進(jìn)線一和進(jìn)線二作用，而母線做備份線。當(dāng)I 母線丟失電壓，同時(shí)進(jìn)線一沒有電流，此時(shí)II 母存在電壓，裝置跳進(jìn)線一觸發(fā)，并母聯(lián)觸發(fā)。并母聯(lián)觸發(fā)機(jī)關(guān)后聯(lián)切功能啟動(dòng)，如果進(jìn)線二的電流超過過負(fù)荷規(guī)定數(shù)值，則啟動(dòng)聯(lián)切功能，否則聯(lián)切功能將在幾秒后撤銷。4）裝置啟動(dòng)時(shí)進(jìn)線一和進(jìn)線二作用，而母線做備份線。當(dāng)II 母線丟失電壓，同時(shí)進(jìn)線二沒有電流，此時(shí)I 母線存在電壓，裝置跳進(jìn)線二觸發(fā)，并母聯(lián)觸發(fā)。并母聯(lián)觸發(fā)機(jī)關(guān)后聯(lián)切功能啟動(dòng)，如果進(jìn)線一的電流超過過負(fù)荷規(guī)定數(shù)值，則啟動(dòng)聯(lián)切功能，否則聯(lián)切功能將在幾秒后撤銷。

以上敘述中，1）、2）是進(jìn)線自投方式，這種備自投方式中的進(jìn)線的電壓通常曹勇主變高壓側(cè)母線電壓；而3）、4）則為母聯(lián)備自投方式。

1.2 備自投要求

備自投裝置不僅要具有敏捷性，最重要的是要在實(shí)際操作中具有可靠性；其裝置要求有5 點(diǎn)。1）確定在工作設(shè)備與電源切斷時(shí)，才啟動(dòng)備自投裝置或其他備份設(shè)施。2）不管由于什么原因，導(dǎo)致作用母線或是設(shè)施上的電壓丟失，備自投裝置都能夠觸發(fā)。3）備自投裝置保證只動(dòng)作一次。4）由于電力系統(tǒng)自身原因，導(dǎo)致工作電源或是備用電源同時(shí)丟失，備自投裝置無法觸發(fā)。5）當(dāng)用備自投裝置作用于發(fā)電廠時(shí)，除了上述幾點(diǎn)條件外，還需滿足很多細(xì)節(jié)條件，在此不做過多敘述。

1.3 備自投邏輯實(shí)現(xiàn)

由基于單片機(jī)的備用電源自動(dòng)切換裝置提供的模擬輸入，開關(guān)輸入和固定值可以是可編程元件，以此控制備自投的動(dòng)作。為了使設(shè)備適應(yīng)不同的要求，采用基于圖形界面的邏輯可編程方式實(shí)現(xiàn)備用電源自動(dòng)投入功能。為了防止備自投裝置的重復(fù)操作，通過參考保護(hù)裝置中的重合閘邏輯的方法，在動(dòng)作邏輯中設(shè)置“充電”計(jì)數(shù)器。邏輯判斷和軟件延遲用于替換計(jì)算機(jī)備自投中的充電過程。其動(dòng)作邏輯的控制條件可分為3 類：充電條件、鎖定條件和啟動(dòng)條件。也就是說，滿足所有充電條件，但是不滿足鎖定條件。在固定延遲之后，充電完成并且自動(dòng)切換裝置準(zhǔn)備就緒。一旦出現(xiàn)起始條件，就觸發(fā)啟動(dòng)動(dòng)作。

2 滿足負(fù)荷動(dòng)態(tài)聯(lián)切的備自投方案

滿足負(fù)荷動(dòng)態(tài)聯(lián)切的方案如圖1 所示。

2.1 負(fù)荷功率以及遙信采集分析

2.1.1 計(jì)算總功率

依據(jù)SCADA 數(shù)據(jù)，計(jì)算主變二次實(shí)時(shí)功率，再折算至一次，分別用Pi（i=1，2），Qi（i=1，2）表示。則2 臺(tái)主變的總視在功率為：

式中：P1、P2分別為主變二次有功功率，Q1、Q2分別為主變二次無功功率，S為視在功率。

2.1.2 排位

按負(fù)荷重要性，將低壓出線進(jìn)行排位，并分別列入m輪（m=1，2， ... ）減載范圍。則第m輪減載負(fù)荷為：

式中：n為各輪減載的出線數(shù)量；l、z為減載線路編號(hào)。Pjm為m輪減載的有功功率，Qjm為m輪減載的無功功率。

2.1.3 遙信采集

可采用GOOSE 遙信或傳統(tǒng)開關(guān)量的方式進(jìn)行。

2.2 動(dòng)態(tài)聯(lián)切自適應(yīng)減載

為了不失一般性，假設(shè)減載輪次是2 次。

2.2.1 實(shí)行第一輪減載后系統(tǒng)剩余負(fù)荷和視在功率

式中：Pt1為第一輪減載后剩余的有功功率，Qt1為第一輪減載后剩余的無功功率，St1為第一輪減載后剩余的視在功率，其余變量同前所述。

2.1.2 實(shí)行第二輪減載后系統(tǒng)剩余負(fù)荷和視在功率

式中：Pt2為第二輪減載后剩余的有功功率，Qt2為第二輪減載后剩余的無功功率，St2為第二輪減載后剩余的視在功率，其余變量同前所述。

2.1.3 動(dòng)態(tài)減載實(shí)現(xiàn)

不妨設(shè)2 臺(tái)主變的容量為Si（i=1，2），將各輪減載前后的視在功率與主變?nèi)萘孔鞅容^，得出下述結(jié)果。1）如果備自投動(dòng)作前的2 臺(tái)主變視在功率和St1小于Si（i=1 或2），說明無須減載，備自投隨時(shí)可以啟動(dòng)。2）如果功率S大于Si（i=1或2），且St2小于Si（i=1 或2），說明需進(jìn)行第1 輪減載，才能進(jìn)人備自投流程。3）如果功率S和St1均大于Si（i=1 或2），且St2小于Si（i=1 或2），則說明需依次進(jìn)行兩輪減載，才能進(jìn)人備自投流程。4）如果功率S、St1、St2均大于Si（i=1或2），則說明需進(jìn)行更高輪次的減載，或直接閉鎖備自投。

圖1 滿足負(fù)荷動(dòng)態(tài)聯(lián)切的備自投方案

3 備自投過負(fù)荷動(dòng)態(tài)聯(lián)切

3.1 聯(lián)切功能分析

以往的備自投裝置只考慮總線連接自動(dòng)切換模式下的過載L 負(fù)載連接，但不考慮進(jìn)入備自投裝置模式的過載連接功能。 此外，過載電流僅由局部電流決定，而對(duì)于2 個(gè)線圈和過載，局部或高壓側(cè)電流是相同的。

3.2 聯(lián)切方式

對(duì)于前文所述的4 種備自投裝置自投方式，如果將備自投裝置置于過荷減載功能中，則在備自投裝置關(guān)閉備用斷路器后，過荷減載功能將自動(dòng)投入運(yùn)行?？紤]到2 個(gè)備用電源的不同容量，分別設(shè)置2 個(gè)電流閾值和兩組延遲常數(shù)值。如果電流沒有超過相應(yīng)的閾值，斷路器將在時(shí)間到達(dá)后再次跳出，或者備用斷路器由于某種原因再次跳出，并且在此操作過程中過載和減載將全部自行退出。

3.3 動(dòng)態(tài)聯(lián)切方案的優(yōu)化探討

實(shí)際使用中，為了保證可靠性，一般還應(yīng)在以下幾個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化或加強(qiáng)。為防止減載指令發(fā)出后，出線斷路器跳閘失敗而導(dǎo)致備自投過負(fù)荷，可通過延時(shí)校驗(yàn)，若異常應(yīng)閉鎖備自投。核驗(yàn)減載輪次。舉例：如果A 線被同時(shí)配置在第一輪和第二輪減載矩陣中，則應(yīng)只在第一輪減載時(shí)進(jìn)行功率計(jì)算，而忽略高次減載輪次的負(fù)荷計(jì)算。置功率緩存記憶功能。這是為防止電源失電情況下主變及低壓出線的瞬時(shí)功率變?yōu)?，影響動(dòng)態(tài)聯(lián)切的計(jì)算。

4 結(jié)語

生活自動(dòng)化水平的不斷提高使得人們對(duì)電力的依賴和可靠性要求不斷增強(qiáng)，推動(dòng)了電力行業(yè)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)，傳統(tǒng)的變電站正朝著智能化、數(shù)字化、無人化的方向發(fā)展。變電站的供電要求由單純的容量需求向著不間斷供電的目標(biāo)邁進(jìn)，備自投的作用越來越重要，確保備自投能夠準(zhǔn)確及時(shí)的動(dòng)作是提高供電可靠性的一個(gè)非常重要的手段。該文通過分析傳統(tǒng)備自投的不足，提出動(dòng)態(tài)聯(lián)切低壓負(fù)荷的備自投實(shí)現(xiàn)方案。該方案在新建或改建變電站中均有較大的推廣價(jià)值。