備自投裝置運(yùn)行方式快速切換及復(fù)歸邏輯的仿真設(shè)計(jì)

趙 明

（東方電子股份有限公司，山東煙臺264000）

0 引言

備自投裝置能夠在供電電源因故障斷開時(shí)，將負(fù)荷自動轉(zhuǎn)供至備用電源，是保證電力系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要設(shè)備[1-4]?！皟删€三變”擴(kuò)大內(nèi)橋接線方式可以滿足負(fù)荷增長及電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的需要，兼具運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，在城區(qū)110kV擴(kuò)容改造變電站和110kV新建變電站工程中均得到了推廣應(yīng)用[5-13]。

國家電網(wǎng)公司發(fā)布的文件Q/GDW10766—2015《10kV～110（66）kV線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》中表明，擴(kuò)大內(nèi)橋備自投裝置需自適應(yīng)4中運(yùn)行方式：進(jìn)線備自投方式（備自投方式1、備自投方式2）和橋斷路器備自投方式（備自投方式3、備自投方式4），系統(tǒng)運(yùn)行方式靈活多變，因此對備自投裝置的保護(hù)邏輯提出了較高的要求。搭建備自投裝置動模測試平臺，模擬擴(kuò)大內(nèi)橋系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下發(fā)生各種故障工況，對備自投裝置保護(hù)邏輯的進(jìn)行全方位的考核。

基于RTDS仿真平臺可以靈活的開展繼電保護(hù)裝置動模試驗(yàn)工作，由于動模試驗(yàn)的可變因素較多（如：運(yùn)行方式、故障點(diǎn)、故障類型），動模試驗(yàn)次數(shù)多大上千次，工作量較大。每一次動模試驗(yàn)可以劃分為三個(gè)階段：系統(tǒng)初始化階段、故障模擬階段及待測裝置動作階段。每次試驗(yàn)均會引起系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不同的運(yùn)行方式下也需對系統(tǒng)拓?fù)溥M(jìn)行調(diào)整，因此有必要設(shè)計(jì)高集成度、一鍵操作式的系統(tǒng)初始化切換邏輯。

1 擴(kuò)大內(nèi)橋備自投系統(tǒng)

擴(kuò)大內(nèi)橋接線方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一次系統(tǒng)劃分為：系統(tǒng)供電區(qū)域、擴(kuò)大內(nèi)橋接線測試區(qū)域、均衡負(fù)荷測試區(qū)域。二次控制系統(tǒng)包括：故障觸發(fā)模塊、斷路器控制模塊、虛擬保護(hù)模塊及運(yùn)行方式控制邏輯。其中，S1、S2分別為進(jìn)線電源1和電源2；L1、L2分別為進(jìn)線1和進(jìn)線2；1DL、2DL分別為進(jìn)線1斷路器和進(jìn)線2斷路器；5DL、6DL分別為進(jìn)線1、進(jìn)線2的電源側(cè)斷路器；3DL、4DL分別為橋1斷路器和橋2斷路器。UL1、UL2分別為進(jìn)線1、進(jìn)線2的抽取電壓；U1ABC、U2ABC分別為I母、II母的三相電壓；I1、I2、I3、I4分別為進(jìn)線1、進(jìn)線2、橋1、橋2的電流。K1、K2、K3、K4、K5分別為進(jìn)線1區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)、進(jìn)線2區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)、1號主變區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)、2號主變區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)、3號主變區(qū)內(nèi)故障點(diǎn)。擴(kuò)大內(nèi)橋接線有四種運(yùn)行方式，備自投方式1、備自投方式2為進(jìn)線備自投模式；備自投方式3、備自投方式4為橋開關(guān)備自投模式。

圖1 擴(kuò)大內(nèi)橋接線方式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

四種運(yùn)行方式下個(gè)斷路器狀態(tài)如表1所示。即1）備自投方式1：1DL、3DL、4DL為合閘狀態(tài)，2DL為分閘狀態(tài)。即1號進(jìn)線運(yùn)行，2號進(jìn)線備用。2）備自投方式2：2DL、3DL、4DL為合閘狀態(tài)，1DL為分閘狀態(tài)。即2號進(jìn)線運(yùn)行，1號進(jìn)線備用。3）備自投方式3：1DL、2DL、4DL為合閘狀態(tài)，3DL為分閘狀態(tài)。即1號進(jìn)線2號進(jìn)線均運(yùn)行，內(nèi)橋1分閘狀態(tài)。4）備自投方式4：1DL、2DL、3DL為合閘狀態(tài)，4DL為分閘狀態(tài)。即1號進(jìn)線2號進(jìn)線均運(yùn)行，內(nèi)橋2分閘狀態(tài)。

表1 各運(yùn)行方式下的斷路器狀態(tài)

試驗(yàn)過程中，斷路器的操作可以劃分為三類：手動分、合閘；保護(hù)裝置分、合閘；模擬斷路器偷跳分閘。試驗(yàn)系統(tǒng)初始化階段需根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目調(diào)整運(yùn)行方式，對斷路器進(jìn)行狀態(tài)操作；單次試驗(yàn)結(jié)束后，系統(tǒng)運(yùn)行方式遭到破壞需進(jìn)行復(fù)歸操作，因此進(jìn)行一鍵式的運(yùn)行方式快速切換及復(fù)歸邏輯設(shè)計(jì)是很有必要的。

2 運(yùn)行方式邏輯設(shè)計(jì)

控制邏輯的核心設(shè)計(jì)思想有兩點(diǎn)：1）確保系統(tǒng)拓?fù)渑c系統(tǒng)運(yùn)行方式相匹配的前提下，便捷的進(jìn)行方式切換；2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式不匹配時(shí)，便捷的進(jìn)行復(fù)位匹配。邏輯設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，主要有三部分組成：斷路器狀態(tài)預(yù)設(shè)、運(yùn)行方式選擇及斷路器控制邏輯融合。

圖2 運(yùn)行方式邏輯設(shè)計(jì)框圖

“運(yùn)行方式選擇”為系統(tǒng)運(yùn)行方式切換操作、復(fù)位操作的接口設(shè)計(jì)部分。“模式撥盤”可以靈活選擇運(yùn)行方式，單擊“復(fù)位按鈕”觸發(fā)斷路器狀態(tài)復(fù)位操作。“運(yùn)行方式”為運(yùn)行方式設(shè)定值，取值范圍為1、2、3、4；“刷新載入”為復(fù)位觸發(fā)脈沖，當(dāng)“運(yùn)行方式”取值發(fā)生變化、復(fù)位按鈕執(zhí)行操作時(shí)，產(chǎn)生100ms的脈沖信號?！皵嗦菲鳡顟B(tài)預(yù)設(shè)”參照表1采用多輸入單輸出選擇器進(jìn)行運(yùn)行方式和斷路器狀態(tài)的匹配，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）為斷路器狀態(tài)的匹配結(jié)果?！癝H_xDL”、“ST_xDL”（x=1，2，3，4）分別為斷路器的手合、手跳信號，“Brkx_x”為斷路器狀態(tài)的驅(qū)動信號。斷路器控制模塊通過接收合閘、跳閘脈沖信號，實(shí)現(xiàn)斷路器位置狀態(tài)的分、合閘操作。“Ty_xDL”和“刷新載入”進(jìn)行與邏輯，“Ty_xDL”經(jīng)非邏輯后和“刷新載入”進(jìn)行與邏輯操作。當(dāng)“模式撥盤”完成定值設(shè)定后，刷新“運(yùn)行方式”，進(jìn)而刷新“Ty_xDL”，同時(shí)觸發(fā)“刷新載入”脈沖信號，驅(qū)動斷路器控制模塊。當(dāng)時(shí)“復(fù)位按鈕”執(zhí)行后，觸發(fā)“刷新載入”脈沖信號，且不刷新“Ty_xDL”值，驅(qū)動斷路器控制模塊，實(shí)現(xiàn)了兩點(diǎn)核心設(shè)計(jì)思想。

3 仿真算例

在RTDS仿真系統(tǒng)中搭建所設(shè)計(jì)的邏輯，設(shè)計(jì)2個(gè)典型仿真算例進(jìn)行試驗(yàn)，對邏輯中關(guān)鍵變量錄波分析，進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證。仿真算例1：系統(tǒng)運(yùn)行方式切換。擴(kuò)大內(nèi)橋備自投系統(tǒng)的初始運(yùn)行方式為備自投方式1，操作模式撥盤，切換至備自投方式2運(yùn)行狀態(tài)，圖3為仿真算例錄波圖。0s時(shí)刻，系統(tǒng)運(yùn)行方式設(shè)定值發(fā)生變化：運(yùn)行方式由1階躍至2，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）刷新數(shù)值。刷新載入產(chǎn)生100ms的脈沖信號，驅(qū)動斷路器控制模塊?！癢Z_xDL”（x=1，2，3，4）為斷路器的實(shí)際狀態(tài)，分析錄波圖可知，2DL由分閘狀態(tài)切換至合閘狀態(tài)，相對于Ty_2DL有60ms的延遲，該延遲模擬了實(shí)際斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)的延時(shí)。

圖3 運(yùn)行方式切換

仿真算例2：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)歸操作。模擬系統(tǒng)運(yùn)行方式為備自投方式2時(shí)，由于其他操作導(dǎo)致斷路器狀態(tài)與運(yùn)行方式不匹配，該算例中零xDL（x=1，2，3，4）斷路器均處于分閘狀態(tài)，執(zhí)行復(fù)歸操作，令運(yùn)行方式與系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相匹配。圖4為仿真算例錄波圖?！癟y_xDL”（x=1，2，3，4）數(shù)值正確匹配備自投方式2，0s時(shí)刻，操作復(fù)位按鈕（Rest），觸發(fā)“刷新載入”產(chǎn)生100ms的脈沖信號，重新將“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）數(shù)值錄入斷路器控制模塊，“WZ_xDL”（x=1，2，3，4）刷新，各斷路器位置正確匹配系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行方式。

圖4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)歸

仿真算例結(jié)果表明，該控制邏輯具備設(shè)計(jì)功能：1）確保系統(tǒng)拓?fù)渑c系統(tǒng)運(yùn)行方式相匹配的前提下，便捷的進(jìn)行方式切換；2）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式不匹配時(shí)，便捷的進(jìn)行復(fù)位匹配。

4 結(jié)語

擴(kuò)大內(nèi)橋備自投裝置動模試驗(yàn)過程中，涉及多次的運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)重構(gòu)，逐次手動操作試驗(yàn)前狀態(tài)準(zhǔn)備、試驗(yàn)后狀態(tài)復(fù)歸，工作量大、效率低下。以系統(tǒng)運(yùn)行方式快捷切換、系統(tǒng)快捷復(fù)歸位設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行了斷路器控制邏輯開發(fā)。仿真驗(yàn)證表明，所設(shè)計(jì)的控制邏輯滿足試驗(yàn)需求，能夠便捷的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式相匹配、系統(tǒng)運(yùn)行方式自由切換、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)位匹配。