順控技術(shù)在跨變電站操作中的方案及應(yīng)用研究

楊 帆，袁 維，高鵬飛，潘 露

(中國葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司武漢設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430034)

變電站一鍵順控是變電站倒閘操作的一種操作模式，可實(shí)現(xiàn)操作項(xiàng)目軟件預(yù)制、操作任務(wù)模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動、操作過程自動順序執(zhí)行。順控組合票將多個一鍵順控操作票按序組合成一個操作序列，循序并自動執(zhí)行，因此能減少人工確認(rèn)程序、大幅節(jié)省操作時間。設(shè)置集控地點(diǎn)的區(qū)域電網(wǎng)，采用基于調(diào)度端的變電站順控組合票，發(fā)揮順控操作時間短的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，變電站運(yùn)行效率將得到極大的提高，運(yùn)行也更靈活。

近年來順控技術(shù)在國內(nèi)逐步推廣應(yīng)用，相關(guān)的技術(shù)日漸成熟，在經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)后，運(yùn)用在跨變電站操作上，將極大的改變當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)維模式，提高運(yùn)維集控自動化水平，縮短設(shè)備操作時間，提高電網(wǎng)應(yīng)對故障和自然災(zāi)害能力。

目前國內(nèi)一鍵順控的技術(shù)推廣試點(diǎn)工程，在變電站改造實(shí)施時，在站端部署順控主機(jī)、順控五防主機(jī)或者對原有監(jiān)控主機(jī)、五防系統(tǒng)升級，獨(dú)立防誤主機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置防誤邏輯實(shí)現(xiàn)雙套防誤校核，Ⅰ區(qū)運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)為遠(yuǎn)方一鍵順控提供通道。斷路器、隔離刀閘實(shí)施雙確認(rèn)措施。斷路器雙確認(rèn)判據(jù)為“位置遙信+遙測”, 遙測三相電流或三相電壓有無作為輔助判據(jù)。隔離刀閘雙確認(rèn)主判據(jù)為“位置遙信”，輔助判據(jù)包含三種方式：姿態(tài)傳感器、微動開關(guān)、視頻聯(lián)動。一鍵順控站端系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

調(diào)度主站的一鍵順控系統(tǒng)部署，以調(diào)度主站下達(dá)綜合操作令并在站端實(shí)施為主，也有少量基于調(diào)度主站一體化平臺的順控方案[3-4]。

一鍵順控操作票為預(yù)存操作票，運(yùn)用時根據(jù)定義的間隔、操作對象、源態(tài)、目標(biāo)態(tài)確定符合的操作票并調(diào)閱執(zhí)行[1]。

1 跨變電站順控方案

從國內(nèi)變電站運(yùn)維現(xiàn)狀來看，國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的110 kV變電站大部分為無人值班站并設(shè)置集控中心；220 kV及500 kV變電站以運(yùn)維分部的形式在區(qū)域電網(wǎng)設(shè)置運(yùn)維站；750 kV及以上變電站為有人值班站。500 kV及以下的變電站群，設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作可以在同一個運(yùn)維站生成操作票并配合現(xiàn)場實(shí)施，因此基于順控技術(shù)的變電站間聯(lián)動操作有其必要性和可行性。

1.1 基于調(diào)度主站的順控技術(shù)方案

現(xiàn)行的一鍵順控改造建設(shè)，調(diào)度主站SCADA系統(tǒng)一般不直接執(zhí)行順控操作，綜合調(diào)度令只規(guī)定目標(biāo)設(shè)備的源態(tài)和目標(biāo)態(tài)，具體操作票由站端實(shí)施，操作輸電線路兩端/三端斷路器時，還需要分站開列操作票。110 kV及以上電網(wǎng)中，如在調(diào)度端D5000系統(tǒng)建立順控操作和順控五防模塊，調(diào)度主站或運(yùn)維站可實(shí)施靈活無縫的區(qū)域變電站關(guān)聯(lián)操作，運(yùn)維站可不再以變電站為單位進(jìn)行運(yùn)維。對于建有集控中心的35 kV及以下配電網(wǎng)，設(shè)備操作票本身在配網(wǎng)監(jiān)控平臺統(tǒng)一執(zhí)行，整合一鍵順控功能相對更容易。基于調(diào)度主站順控部署構(gòu)架見圖2[2]。

圖2 基于調(diào)度主站順控部署構(gòu)架圖

輸電線路的在線監(jiān)測改造目前正在全國推廣，調(diào)度平臺整合在線監(jiān)測信息并建立線路模型，其報(bào)警信號也可作為線路順控操作的閉鎖條件。

1.2 站間線路順控過程

輸電線路冷備用投用時，先首端合閘，如線路較長時，因線路電容的原因充電時間會比較長，并且會產(chǎn)生操作過電壓，末端合閘需等待電壓穩(wěn)定后執(zhí)行。線路充電時間與線路電抗、線路電容、線路電阻相關(guān)，各線路充電時間不一?？刹捎霉ゎl電壓幅值變化量整定，電壓進(jìn)入整定值范圍內(nèi)解除順控閉鎖。

圖3以兩變電站雙線路倒閘切換為例, 變電站A為電源端，變電站B為負(fù)荷端，斷路器初始狀態(tài)1,2合閘,3、4分閘，目標(biāo)態(tài)為“1,2分閘,3、4合閘”。并聯(lián)倒閘切換操作執(zhí)行流程如圖4所示。

圖3 站間雙線路順控圖

圖4 雙線路并聯(lián)倒閘切換流程圖

1.3 順控批量操作

變電站操作票通常嚴(yán)格執(zhí)行順序操作，即一個時間段只操作一項(xiàng)設(shè)備，對于復(fù)雜的操作需要分解成細(xì)分項(xiàng)逐一執(zhí)行并確認(rèn)，歷時較長。以一高壓斷路器的兩側(cè)隔離開關(guān)A、B為例,兩隔離開關(guān)沒有五防邏輯上的相互閉鎖限制，原則上可以同時分合。35 kV及以下的開關(guān)柜，饋出線之間沒有相互的邏輯閉鎖限制，原則上可以同時分合。用順控操作票時，該類型操作由SCADA系統(tǒng)自動執(zhí)行，理論上可以并行操作。就實(shí)際工程應(yīng)用嘗試來看，受制于設(shè)備控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)速度影響，容易出現(xiàn)宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)較大延遲，并且運(yùn)用攝像頭作為雙確認(rèn)判據(jù)時，同間隔共用攝像頭，不同設(shè)備需要調(diào)整攝像角度，無法并行操作。為避免順控操作擁堵，對于無需考慮充電過程的中低壓短饋線開關(guān)、不帶電操作的高壓隔離刀閘等無五防邏輯相互關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)備可考慮錯開時間的批量操作。操作順序如圖5。

圖5 順控批量操作時間軸圖

順控批量操作可分為縱向批量操作、橫向批量操作和綜合批量操作?？v向批量操作為沿功率流向的多段線路的斷路器及隔離刀閘批量操作；橫向批量操作為并列線路的批量操作；綜合批量操作雜合縱向批量操作與橫向批量操作，以及少量獨(dú)立操作。無論哪種操作模式，均應(yīng)符合五防邏輯，符合電網(wǎng)規(guī)則和操作習(xí)慣，躲開線路、變壓器、電抗器、電容器等帶無功功率的元件充電時間，對于引起功率潮流、電壓、頻率、相角差超限值及諧振的操作，還應(yīng)加入閉鎖條件。

2 操作票專家系統(tǒng)在順控操作中的應(yīng)用

專家系統(tǒng)型出票系統(tǒng)的技術(shù)方案是利用基于規(guī)則的專家?guī)?，按照電網(wǎng)調(diào)度作業(yè)的技術(shù)規(guī)范以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的組網(wǎng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較為智能的擬票和出票[5]。操作票專家系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展,已趨于成熟,國家電網(wǎng)于2017年也發(fā)布了相關(guān)規(guī)范。一鍵順控操作票為組合操作票，編制過程較為繁瑣，編制時需要考慮多種場景下的使用需求，因而預(yù)制的操作票非常多，使用時也需要搜索比對操作票庫。如采用操作票專家系統(tǒng)，由系統(tǒng)對比設(shè)備源態(tài)和目標(biāo)態(tài)，即時生成操作票，順控操作將得到簡化，運(yùn)用會更靈活。

3 順控操作在電網(wǎng)黑啟動中的應(yīng)用

黑啟動是指電力系統(tǒng)遭遇自然災(zāi)害、重大事故等嚴(yán)重事件，造成系統(tǒng)崩潰全停電或局部停電后的重新啟動和恢復(fù)過程。電網(wǎng)停電時間越短，造成的損失越小，因此順控技術(shù)節(jié)省時間的優(yōu)勢會得到充分發(fā)揮。

大停電后的恢復(fù)過程一般含：黑啟動階段，系統(tǒng)重構(gòu)階段，負(fù)荷恢復(fù)階段。大停電中的變電站元件除因安穩(wěn)跳閘和故障跳閘外，基本處于無電運(yùn)行狀態(tài)或熱備用狀態(tài)，安穩(wěn)跳閘的元件和線路隔離刀閘一般處于合閘狀態(tài)，因此黑啟動操作以斷路器操作為主，并常有強(qiáng)行合閘操作[6]，有必要適當(dāng)放寬黑啟動工況下的順控總閉鎖信號中的閉鎖條件，但應(yīng)嚴(yán)格遵守五防邏輯和電網(wǎng)操作規(guī)則，并及時投入無功補(bǔ)償設(shè)備，防止過電壓保護(hù)動作和安穩(wěn)裝置動作。

電網(wǎng)指定黑啟動電源啟動后，進(jìn)入系統(tǒng)重構(gòu)階段和負(fù)荷恢復(fù)階段。采用操作票專家系統(tǒng)即時出票,對骨干網(wǎng)絡(luò)的斷路器進(jìn)行的批量合閘，對因低電壓保護(hù)跳閘的負(fù)荷批量投入，可最大限度的縮短停電時間。

4 結(jié) 語

本文在總結(jié)了現(xiàn)階段國內(nèi)順控技術(shù)構(gòu)架，在其基礎(chǔ)上提出基于調(diào)度主站的跨站順控技術(shù)方案，并予以優(yōu)化，創(chuàng)建了批量順控操作的技術(shù)新構(gòu)架，結(jié)合操作票專家系統(tǒng)，對順控操作票編制和調(diào)用過程進(jìn)行簡化，并研究了該技術(shù)方案在電網(wǎng)黑啟動過程的應(yīng)用。