帶有小電的備自投裝置邏輯改進(jìn)探討

楊橋偉，蔣陳根，朱曉麗

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局，楚雄 675000）

0 前言

某電網(wǎng)清潔能源豐富，電網(wǎng)中大部分小電源就近接入110 kV及220 kV變電站。清潔能源受季節(jié)性影響較大，且楚雄地區(qū)負(fù)荷不大，大量小電的接入給備自投裝置運(yùn)行帶來了新的問題，存在當(dāng)變電站主供電源消失后，由于小電的支撐使得變電站可能形成孤網(wǎng)運(yùn)行、緩慢失壓以及其他電壓、頻率問題的復(fù)雜變化，導(dǎo)致常規(guī)備自投的母線無壓條件無法滿足而難以適用。

本文將結(jié)合該網(wǎng)內(nèi)備自投裝置的運(yùn)行狀況按照小電源對(duì)于變電站電壓支撐作用進(jìn)行分類，對(duì)各類應(yīng)用情況下備自投方案進(jìn)行探討，提出解決措施和建議。

1 問題分析

1.1 站內(nèi)主供電源消失的情況

1）系統(tǒng)側(cè)失壓且主供線路無故障，此時(shí)主供線路保護(hù)及重合閘不動(dòng)作；

2）主供線路故障，線路保護(hù)跳閘而重合閘未動(dòng)作或動(dòng)作不成功；

3）正常運(yùn)行過程中主供電源斷路器偷跳而重合閘未動(dòng)作。

1.2 小電源和負(fù)荷的匹配情況

由于水、風(fēng)、光三種清潔能源均存在，且均受季節(jié)影響較大，因此在帶有小電上網(wǎng)的變電站，站內(nèi)主供線路跳閘后因小電源和負(fù)荷的匹配情況也因地域、季節(jié)等因素而存在不同。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，目前大體分為以下三種情況。

1）變電站所接小電源出力大于或接近于負(fù)荷，電力送出或接近平衡，主供電源線路消失后小電的支撐作用可維持孤網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，但孤網(wǎng)過程中電壓、頻率不穩(wěn)定，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰[1]。

2）變電站所接小電源接近或略低于負(fù)荷，電力接近平衡或下網(wǎng)，主供電源線路消失后變電站母線由于小電支撐使得母線電壓不會(huì)快速跌落，但又不足以維持片區(qū)電網(wǎng)在一定時(shí)間內(nèi)孤網(wǎng)運(yùn)行。

3）變電站所接小電源出力遠(yuǎn)小于本站負(fù)荷，主供電源跳開后小電源雖對(duì)母線電壓有一定支撐作用，但會(huì)很快跌落。

綜合分析，采用主供電源消失后變電站母線電壓的頻率、電壓、相角變化作為區(qū)別上述三種情況的判據(jù)。

2 解決思路

考慮到備自投裝置動(dòng)作的目的在于快速恢復(fù)局部電網(wǎng)供電，減少負(fù)荷損失，降低系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，并基于盡量精簡回路的原則，下面將對(duì)于上述三種情況提出備自投裝置的解決方案。

對(duì)于前兩種情況，當(dāng)母線電壓大于一定值且頻率亦穩(wěn)定于一定值時(shí)，說明小電源有能力維持孤網(wǎng)系統(tǒng)平衡，只是時(shí)間長短的問題，最典型的情況為本地上網(wǎng)小電能夠帶本地、本側(cè)全部負(fù)荷實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的孤網(wǎng)運(yùn)行。該運(yùn)行方式下主要是盡快恢復(fù)孤網(wǎng)站點(diǎn)與大系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。這種運(yùn)行工況下由于母線電壓處于較高電壓水平，對(duì)于僅投入了母線無壓啟動(dòng)、主供線路斷路器分位位置啟動(dòng)條件的備自投來說可能不會(huì)啟動(dòng)或啟動(dòng)后由于電壓長時(shí)間未降至無壓值以下而放電。因此，考慮增加孤島判別啟動(dòng)備自投的方式，啟動(dòng)后備自投裝置通過檢同期合閘的恢復(fù)與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

對(duì)于第二種情況，可適當(dāng)降低自投裝置無壓啟動(dòng)的條件、設(shè)置延時(shí)放電等方式增加自投裝置的等待時(shí)間，提高自投裝置的成功率。

對(duì)于第三種情況，可通過加快聯(lián)切小電源措施來創(chuàng)造條件使備自投快速動(dòng)作來恢復(fù)供電。考慮到備自投裝置的啟動(dòng)及動(dòng)作條件（無壓、孤島、主供斷路器分位等條件），降低現(xiàn)場運(yùn)維的難度，提高裝置的可靠性，不建議設(shè)置備自投裝置直接聯(lián)切小電回路，通過僅電源點(diǎn)的頻率、電壓保護(hù)來切除機(jī)組。

3 解決方法

3.1 孤島判別啟動(dòng)

目前常規(guī)備自投裝置的啟動(dòng)方式主要有兩種：

1）工作母線無電壓且主供電源無電流；

2）主供電源斷路器分位且無電流。

這兩種方式對(duì)于系統(tǒng)側(cè)失壓且主供線路無故障（主供線路保護(hù)及重合閘不動(dòng)作），又有小電支撐的情況下運(yùn)行于第一種、第二種方式時(shí)可能無法啟動(dòng)。為充分利用形成孤網(wǎng)時(shí)母線電壓幅值、頻率以及相位的變化情況，引入孤島判別方式作為自投裝置啟動(dòng)另一條件。同時(shí)，結(jié)合成本、可靠性以及盡量不增加回路的原則考慮，建議主要引入被動(dòng)式檢測方法來作為孤島判據(jù)，主要是通過檢測母線與備用電源的電壓或頻率的異常來檢測孤島效應(yīng)，包括過/欠壓和過/欠頻保護(hù)、相位跳變、電壓諧波檢測[2-4]等方法；其中，過/欠壓和過/欠頻檢測法（OUV/OUF )、頻率變化率法（ROCOF）、電壓相位突變法（VS）是其中的典型代表。然而各站方法均存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)，通過OUV /OUF，ROCOF，VS的相互配合[5]，快速檢測變電站的運(yùn)行狀態(tài)，判別出母線運(yùn)行于孤島方式時(shí)，啟動(dòng)自投裝置進(jìn)入備自投邏輯判斷。

3.2 準(zhǔn)同期合閘

考慮備投區(qū)域內(nèi)機(jī)組對(duì)系統(tǒng)同期并列的影響，按照《南方電網(wǎng)備自投裝置配置與技術(shù)功能規(guī)范》[6]的要求：對(duì)于檢同期自投的裝置，應(yīng)至少分別滿足電壓相角差和幅值差兩個(gè)同期條件才可投入備用電源。

鑒于目前備自投裝置已采集了母線電壓以及備供電源的電壓，且合閘回路直接接于相關(guān)斷路器的操作箱手合回路中，在不增加外部回路的同時(shí)，通過在軟件邏輯上增加自投裝置準(zhǔn)同期合閘功能。準(zhǔn)同期合閘的條件為：待并側(cè)與參考側(cè)兩側(cè)電壓均大于定值；兩側(cè)的壓差和頻差均小于定值；滑差小于定值。

在以上條件均滿足的情況下，裝置將根據(jù)當(dāng)前的角差、頻差、滑差及合閘導(dǎo)前時(shí)間來計(jì)算該時(shí)刻發(fā)合閘令后開關(guān)合閘時(shí)的角差，其計(jì)算公式為：

其中：Δδ為兩側(cè)電壓角度差；Δf為兩側(cè)電壓頻率差；dΔf/td為頻差變化率；Tdq為導(dǎo)前時(shí)間（裝置出口繼電器動(dòng)作到斷路器合閘所需的時(shí)間）。（裝置自動(dòng)判斷兩矢量之間的變化過程，在兩矢量相互接近的過程中作預(yù)期發(fā)令）如果在捕捉同期的時(shí)間范圍（可通過定值整定）內(nèi)，捕捉到預(yù)期合閘到零角差的時(shí)機(jī)，裝置向斷路器發(fā)合閘脈沖[7]。

3.3 延時(shí)放電

為防止由于主供電源線路跳開，由于小電源發(fā)電機(jī)的強(qiáng)勵(lì)磁裝置動(dòng)作，使變電站母線電壓迅速抬高到“無壓定值”之以上，使得備自投起動(dòng)后又迅速返回，導(dǎo)致備自投放電或錯(cuò)過備投至系統(tǒng)備用電源的機(jī)會(huì)。

對(duì)備自投邏輯應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)出現(xiàn)主供電源跳開、母線電壓保持時(shí)，應(yīng)經(jīng)一定延時(shí)放電（具體延時(shí)應(yīng)和小電源解列裝置配合），待小電源解列后母線失壓時(shí)可啟動(dòng)自投一次[1]。

3.4 聯(lián)切方式設(shè)置

為充分利用變電站站內(nèi)出線間隔、降低投資，變電站內(nèi)不可避免的存在小電和負(fù)荷混接的情況，若設(shè)置備自投裝置聯(lián)切回路，首先是增加了設(shè)備運(yùn)行過程中發(fā)生誤動(dòng)、拒動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；其次聯(lián)切后可能造成大量的負(fù)荷損失。

在不設(shè)置備自投裝置直接聯(lián)切小電回路的前提下，為防止不設(shè)置聯(lián)切回路后備自投裝置動(dòng)作過程中對(duì)小電造成沖擊，完善小電源側(cè)的低頻、低壓解列裝置配置或投入小電涉網(wǎng)保護(hù)中投入頻率、電壓保護(hù)，確保其在母線電壓不滿足自投裝置準(zhǔn)同期合閘時(shí)盡量在靠近小電側(cè)快速解列小電源，加快電壓降低至無壓定值以內(nèi)，滿足無壓合閘條件。

4 結(jié)束語

近年來隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展與電源的大力建設(shè)，備自投的應(yīng)用情況日益增多，常規(guī)備自投在小電源豐富地區(qū)的不足之處也逐步凸顯出來。針對(duì)常規(guī)備自投動(dòng)作邏輯不能完全適用，實(shí)際運(yùn)維過程易發(fā)生的拒動(dòng)、誤動(dòng)的問題，在不增加二次回路、減少聯(lián)跳回路的同時(shí)，有針對(duì)性的提出了6種改進(jìn)措施，在提高備自投動(dòng)作的成功率的同時(shí)，最大程度的減少負(fù)荷損失。