基于鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)的區(qū)域備自投控制系統(tǒng)分析運用

孫鏡軒，堯長國，祁有年

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司 西雙版納供電局，云南西雙版納傣族自治州 666100）

0 引言

傳統(tǒng)常規(guī)備自投裝置，在很大程度上受限于電網(wǎng)運行方式，只能對特定非開環(huán)站點變電站實施控制。在實際電網(wǎng)運行中，鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)一旦故障失電，備自投裝置無法保障非開環(huán)廠站的備用電源投入；而投入僅具備多站點聯(lián)調(diào)的遠方備自投裝置，則無法實現(xiàn)特定運行方式下，開環(huán)站點廠站的備用電源投入［1-4］。區(qū)域備自投是基于對此問題的思考提出的，在鏈?zhǔn)焦╇娋W(wǎng)絡(luò)內(nèi)投入集合常規(guī)的就地功能備自投方式和遠方備自投方式的區(qū)域備自投控制系統(tǒng)，通過裝置的遠方通信功能，可實現(xiàn)多個變電站之間的電壓、電流、開關(guān)位置的交換，實現(xiàn)多個變電站電源互備的動作邏輯配合，可節(jié)約備自投裝置設(shè)備成本，滿足運行方式調(diào)整的靈活性，也更進一步提高了各廠站的供電可靠性［5-7］。

1 區(qū)域備自投控制系統(tǒng)

1.1 區(qū)域備自投控制系統(tǒng)的動作原理

當(dāng)拓撲性結(jié)構(gòu)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)內(nèi)非開環(huán)廠站主供線路發(fā)生永久性故障跳閘時，系統(tǒng)非開環(huán)站點裝置檢測非開環(huán)站點廠站母線已失壓且主供線路無流，在切主供單元等待延時結(jié)束后，跳開遠離開環(huán)站點主供線路斷路器及整定值預(yù)留的電源并網(wǎng)斷路器，并向鄰近開環(huán)站點裝置反饋“遠方功能動作過程配合”的信息流，并在滿足開關(guān)跳閘等待延時后，合上遠離開環(huán)站點主供斷路器，恢復(fù)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)內(nèi)相關(guān)廠站供電［8-12］。

1.2 遠方備自投功能的適用條件

（1）系統(tǒng)網(wǎng)架和運行方式要求。

遠方備自投功能適用于雙端供電電源、雙鏈?zhǔn)酱┑木W(wǎng)架系統(tǒng)，系統(tǒng)有且只有一個開環(huán)站點。開環(huán)站點可安排線路開關(guān)熱備用或母聯(lián)開關(guān)熱備用的方式。

（2）通信要求。

裝置須配置兩路通信通道，用于和相鄰站點的備自投裝置通信。同時，裝置對通道的接入順序也有明確要求，如圖1所示的網(wǎng)絡(luò)連接，通道1用于和左側(cè)站點進行通信，通道2用于和右側(cè)站點進行通信。

圖1 110 kV變電站鏈?zhǔn)酱┑牡湫瓦B接示意圖Fig.1 Schematic diagram of typical connection of 110 kV substation chain-type power supply

1.3 充電邏輯

裝置共有就地功能的線路備自投、分段（母聯(lián)）備自投，和遠方備自投三種充電方式。裝置應(yīng)能顯示當(dāng)前的充電方式狀態(tài)。

1.3.1 就地功能的線路備自投方式

裝置檢測到以下條件均滿足時，經(jīng)過Tc時延后，進入線路備自投充電狀態(tài)：①“備自投功能壓板”在投入狀態(tài)；②母聯(lián)開關(guān)在合位或母聯(lián)檢修壓板投入；③當(dāng)母聯(lián)檢修壓板投入時，任一段非檢修母線的任一相電壓＞Uyy（有壓定值），或母聯(lián)檢修壓板退出時，兩段母線均滿足任一相電壓＞Uyy（有壓定值）；④參與備自投的4個元件，與其中一行事前方式狀態(tài)完全對應(yīng)，且該方式整定的備自投元件中至少一個滿足熱備用條件。

1.3.2 就地功能的分段（母聯(lián)）備自投方式

裝置檢測到以下條件均滿足時，經(jīng)過一定延時后，進入分段（母聯(lián)）備自投充電狀態(tài)：①“備自投功能壓板”在投入狀態(tài)；②母聯(lián)檢修壓板、兩母線檢修壓板均退出，且分段（母聯(lián)）開關(guān)在分位；③兩段母線均滿足任一相電壓＞Uyy（有壓定值）；④每段母線對應(yīng)的線路（主變）單元至少兩個間隔在運行狀態(tài)。

1.3.3 遠方備自投方式

（1）遠方備自投功能充電前的信息流（A信息流）。

A信息流的物理意義是表征該串網(wǎng)絡(luò)中是否存在開環(huán)站點，并標(biāo)注某個站點距開環(huán)站點的距離。裝置在未完成遠方備自投充電前，若同時滿足裝置條件時，則應(yīng)向相鄰裝置連續(xù)發(fā)送“是否有開環(huán)站點”的信息（有開環(huán)站點的首要條件是裝置滿足本地線路備自投或母聯(lián)備自投的充電條件）。

（2）開環(huán)站點完成遠方備自投功能充電后的信息流（B信息流）。

B信息流的物理意義是表征該串網(wǎng)絡(luò)各站點裝置的遠方備自投功能充電完成。當(dāng)開環(huán)站點就地充電完成后，若在遠方備自投充電延時Tcy時間內(nèi)連續(xù)收到相鄰裝置的A信息流狀態(tài)均滿足“無開環(huán)站點”（開環(huán)站點若只有一側(cè)通信正常，則只需收到該側(cè)的信息滿足），且裝置不滿足放電條件、沒有接收到任一放電信息流，則本站判斷為“遠方備自投充電成功”，并向相鄰裝置發(fā)送遠方充電成功的信息（持續(xù)10 s）。

（3）遠方功能啟動邏輯及相應(yīng)信息流（C、E信息流）。

動作配合的相關(guān)信息流在遠方備自投啟動前后需啟動信息流（啟信）進行信息交流，分為C、E（E包括E1、E2）三種信息流。

①“無流無壓”信息流（C信息流）。

C信息流的物理意義是表征該串網(wǎng)絡(luò)中某幾個裝置已滿足母線無壓、主供元件跳閘條件。當(dāng)遠方備自投方式下充電完成的非開環(huán)站點裝置滿足條件并超過延時Twy時，備自投裝置啟信向開環(huán)站點所在側(cè)對應(yīng)的相鄰裝置連續(xù)發(fā)送“無流無壓”信息，直至母線三相電壓＞Uyy兩個周波或裝置放電為止。

②遠方功能動作過程配合的信息流（E信息流）。

對于失壓站點以及開環(huán)站點而言，E信息流的物理意義是表征遠離開環(huán)站點方向已有失壓站點的主供元件開關(guān)可靠跳開。對于不失壓的非開環(huán)站點而言，E信息流的物理意義是表征開環(huán)站點備供開關(guān)已合閘。

遠方備自投充電成功的非開環(huán)站點裝置在滿足遠方功能的啟動動作條件后，在動作跳主供元件并檢測到相應(yīng)的主供元件均已跳開后，往開環(huán)站點方向相鄰裝置持續(xù)發(fā)送“備自投已動作”信息（即E1信息流，連續(xù)發(fā)送，直至備自投放電后返回）。

滿足失壓的開環(huán)站點備自投裝置在動作合備供開關(guān)后，立即往備供開關(guān)側(cè)（母聯(lián)自投方式則為往未失壓母線關(guān)聯(lián)側(cè)）相鄰裝置（若該側(cè)通信通道正常）持續(xù)發(fā)送“備自投已動作”信息（即E2信息流，連續(xù)發(fā)送，直至備自投放電后返回）。

（4）時延定值。

各類時間定值是為配合系統(tǒng)進行裝置啟動并正確執(zhí)行邏輯的特殊信息流，本文涉及區(qū)域備自投控制系統(tǒng)的定值安排均已結(jié)合裝置進行統(tǒng)一：Twy為母線無壓、主供跳閘發(fā)信延時（遠方功能）；Tq為切主供單元等待延時；Tt為開關(guān)跳閘等待延時（動態(tài)時間）；Th為判備自投成功等待延時（動態(tài)時間）；Tw相鄰裝置故障切除等待延時（遠方功能）。

1.3.4 充電完成后的方式切換

裝置充電完成后，由一種備自投方式轉(zhuǎn)換為另一種備自投方式前須延時10 s，且轉(zhuǎn)換過程中裝置不應(yīng)放電。

在線路備自投任一方式充電完成的情況下，若母聯(lián)開關(guān)合位由1變?yōu)?，應(yīng)保持識別為原來的線路備自投充電方式，并發(fā)出“備自投方式異常”告警信號。

開環(huán)站點的裝置滿足由遠方備自投方式轉(zhuǎn)換為就地備自投方式的，在滿足遠方備自投放電條件后轉(zhuǎn)換為就地備自投方式，且轉(zhuǎn)換過程中裝置不應(yīng)放電。

1.4 備自投的動作邏輯

1.4.1 遠方功能的動作邏輯

通過各類信息流的傳遞，區(qū)域備自投控制系統(tǒng)根據(jù)檢測開環(huán)站點斷路器鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)的不同位置，分別在非開環(huán)站點和開環(huán)站點啟動并完成運行方式變更。

非開環(huán)站點裝置的判動作成功等待延時采用自適應(yīng)的動態(tài)時間，即裝置根據(jù)充電時所記錄的距離開環(huán)站點的坐標(biāo)n，自動按2Th+n Tw+2計算判動作成功等待延時的時間，單位為s。具體的動作邏輯流程示意圖見圖2、圖3所示。

圖2 非開環(huán)站點裝置的動作邏輯示意圖Fig.2 Schematic diagram of the action logic of the non-open loop point device

圖3 滿足“無流無壓”且收到C信息流的開環(huán)站點裝置的動作邏輯示意圖Fig.3 Schematic diagram of the action logic of the open-loop point device that satisfies“no flow and no pressure”and receives C information flow

（1）針對圖2、圖3兩個流程圖，可結(jié)合“開環(huán)站點置于A站開關(guān)1DL，故障點置于進線2的K3位置”的運行方式，如圖4所示，進行特定故障方式下，非開環(huán)站點與開環(huán)站點滿足系統(tǒng)條件后相互配合的動作邏輯闡述，具體如下：

當(dāng)進線2的K3位置發(fā)生永久性故障時，非開環(huán)站點廠站母線失壓，主供電源線路B站5DL跳閘，備自投系統(tǒng)檢測在切主供單元等待延時（Tq）內(nèi)接收“無流無壓”信息流（C信息流）。在Tq完成計時后，跳開遠離跳閘點的主供開關(guān)，即圖4內(nèi)A站的2DL。在完成開關(guān)跳閘等待延時計時（Tt）并內(nèi)接收“備自投已通知”信息流（E1信息流）后，遠離備供電源斷路器，即圖4 A站的1DL，在完成故障隔離后，再合上A站的2DL，恢復(fù)相關(guān)失壓廠站供電。

圖4 開環(huán)站點置于A站開關(guān)1DL的運行方式Fig.4 Operation mode of the open loop point placed in the switch 1DL of station A

（2）針對圖2、圖5兩流程圖，可結(jié)合“開環(huán)站點置于A站開關(guān)2DL，故障點置于進線2的K3位置”的運行方式，如圖6式所示，進行特定故障方式下，非開環(huán)站點與開環(huán)站點滿足系統(tǒng)條件后相互配合的動作邏輯闡述，具體如下：

圖5 不滿足“無流無壓”且收到E信息的裝置動作邏輯示意圖Fig.5 Action logic diagram of device not meeting"no flow and no pressure"and receiving E information

圖6 開環(huán)站點置于A站開關(guān)2DL的運行方式Fig.6 Operation mode of the open loop point placed in the switch 2DL of station A

當(dāng)進線2的K3位置發(fā)生永久性故障時，非開環(huán)站點廠站母線失壓，主供電源線路B站5DL跳閘，備自投系統(tǒng)檢測在完成開關(guān)跳閘等待延時計時（Tt）并內(nèi)接收“備自投已通知”信息流（E1信息流）后，且確認(rèn)系統(tǒng)已完成故障隔離后，再合上A站的2DL，恢復(fù)相關(guān)失壓廠站供電。

1.4.2 就地備自投的動作邏輯

裝置滿足“無流無壓”條件且未收到C信息流，說明僅該開環(huán)站點失壓，因此動作邏輯同就地功能的動作邏輯，與常規(guī)備自投動作邏輯無異。

注意在Tq延時內(nèi)除滿足“無流無壓”條件外，還應(yīng)一直收不到相鄰裝置的“無流無壓”信息（即C信息）。

1.5 區(qū)域備自投控制系統(tǒng)的聯(lián)切小電源模塊

備自投系統(tǒng)加裝聯(lián)切小電源模塊是為防止在故障情況下，鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)在轉(zhuǎn)由備用電源供電時，因并網(wǎng)小電源未進行同期核算，造成小電源非同期并網(wǎng)，進而引起振蕩等電網(wǎng)事故。故備自投系統(tǒng)在完成備自投動作前，裝置需對并網(wǎng)小電源進行切除。

2 區(qū)域備自投控制系統(tǒng)工程運用分析

以某地區(qū)110 k V B變、110 k V C變典型鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)為例，其正常運行方式如圖7所示，斷點置于110 kV C變110 k V CD線152斷路器。

圖7 110 k V B變、110 kV C變供電片區(qū)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)的運行方式Fig.7 Operation mode of 110 k V B transformation zone chain grids，and 110 k V C transformation and power supply zone chain grids

2.1 鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)的動作邏輯模擬試驗

根據(jù)區(qū)域備自投控制系統(tǒng)的動作邏輯，列舉110 k V B變—110 k V C變鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)所有運行方式即可能遇到的各類故障，開展區(qū)域備自投模擬試驗，檢驗其動作正確性，得到記錄如表1所示。

表1 110 k V B變—110 kV C變供電片區(qū)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)區(qū)域備自投控制系統(tǒng)動作模擬記錄Tab.1 110 kV B substation—110 k V C substation power supply area chain-type power grid regional equipment self-injection control system action simulation record

經(jīng)模擬實驗可知，備自投系統(tǒng)在不同電網(wǎng)運行情況下，就地控制模式與遠方備自投方式動作策略均執(zhí)行正確，高效適應(yīng)鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)運行實際，相應(yīng)片區(qū)的供電沒有明顯受到故障影響。

表2 若采用常規(guī)備自投將出現(xiàn)以下情況Tab.2 The following situations will occur if the conventional automatic back-up power supply is adopted

2.2 聯(lián)切小電源模塊及邏輯優(yōu)化

因有小電源經(jīng)35 kV b線并網(wǎng)（如圖8所示），考慮其備自投動作成功后，可能造成小電源非同期并網(wǎng)，并綜合研判網(wǎng)內(nèi)小電源對110 k V C變的電壓支撐效應(yīng)，避免影響備自投系統(tǒng)正常動作，故在備自投系統(tǒng)內(nèi)加裝聯(lián)切35 k V b線351斷路器功能。

圖8 110 k V C變主接線運行情況Fig.8 Operation condition of 110 k V C transformation zone main wiring

為避免聯(lián)切35 k V b線造成其供電線路的額外負荷損失，綜合考慮經(jīng)Ⅰ電站、Ⅱ電站的機組裝機容量。在整定裝置定值時，相關(guān)專業(yè)人員已調(diào)整裝置定值控制字，開放備自投裝置閉鎖35 kV b線的351斷路器重合閘功能。保證其系統(tǒng)完成35 k V b線小電源切除后，351斷路器重合閘還能持續(xù)“檢線無壓”“檢同期”，從而實現(xiàn)35 k V b線“先切后并”邏輯。

根據(jù)區(qū)域備自投裝置試驗結(jié)果，編制定值單如表3所示。

表3 110 kV B變、C變區(qū)域備自投控制系統(tǒng)調(diào)試定值單Tab.3 110 kV B substation，C substation regional equipment self-injection control system commissioning fixed value sheet

在110 k V B變、110 k V C變安裝調(diào)試完畢，投入試運行期間，又開展了模擬線路跳閘試驗，區(qū)域備自投動作正確，具備實際運行條件。

3 結(jié)論

本文重點介紹了區(qū)域備自投控制系統(tǒng)的動作原理、動作邏輯，及小電源聯(lián)切功能優(yōu)化思路，并以110 kV B變—110 k V C變典型鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)作為試點開展了工程實際運用，為在電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用積累了經(jīng)驗。區(qū)域備自投裝置動作可靠性較高，能有效避免非開環(huán)站點的負荷損失，在提升鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)的供電可靠性方面具備獨有優(yōu)勢，非常具有推廣價值。