基于雙向通信的配電主站集中型自愈方法

深圳供電局有限公司 汪文達(dá)

1 基于雙向通信的配電主站集中型自愈方法設(shè)計

1.1 配電主站集中型自愈故障定位邏輯重構(gòu)

通過鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)將多個110kV變電站串聯(lián)，以此形成一個完整的電力系統(tǒng)。當(dāng)串供回路上出現(xiàn)異常現(xiàn)象或故障問題時，在完成配電主站的集中型自愈的過程中，需根據(jù)配電站真實(shí)情況對其全景信息進(jìn)行獲取，從而實(shí)現(xiàn)對各類故障問題的自動識別，并將相應(yīng)的控制指令傳輸?shù)礁鱾€控制裝置當(dāng)中。當(dāng)變電站中某臺供電設(shè)備出現(xiàn)故障問題無法供電時，需通過自愈故障定位邏輯給出的維護(hù)指令切斷該設(shè)備的電源，并控制另一臺備用設(shè)備參與到供電當(dāng)中。基于上述配電主站集中型自愈需要，本文在設(shè)計自愈方法時，首先為確保對故障節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，對配電主站集中型自愈故障定位邏輯進(jìn)行重構(gòu)[1]。結(jié)合電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的實(shí)際情況，在電力系統(tǒng)當(dāng)中配電主站集中型自愈故障定位邏輯的判斷依據(jù)包括三種：

當(dāng)配電主站中有保護(hù)動作時，能實(shí)現(xiàn)對各個線路光纖縱差以及母差的保護(hù)動作，此時自愈故障定位邏輯可認(rèn)為在保護(hù)范圍內(nèi)出現(xiàn)故障問題；當(dāng)保護(hù)動作未進(jìn)行時，而串供線路上節(jié)點(diǎn)開關(guān)分位且線路上沒有電流經(jīng)過，此時若該開關(guān)位置前后沒有故障相位電流產(chǎn)生、且沒有故障零序電流時，則認(rèn)為此時出現(xiàn)開關(guān)偷跳問題。若開關(guān)分位上沒有電流經(jīng)過且在其前端出現(xiàn)故障相電流、而故障相電流方向是流向線路方向時，則認(rèn)為是在兩個開關(guān)之間發(fā)生故障問題。若開關(guān)分位上沒有電流經(jīng)過、且在開關(guān)的線路上沒有零序電流，則認(rèn)為故障出現(xiàn)在兩個開關(guān)之間，否則認(rèn)為是下一級線路出現(xiàn)故障問題；當(dāng)配電主站中110kV出現(xiàn)母線失壓或出線無流現(xiàn)象時，則此時判斷配電主站的110kV母線或配電主站以上出現(xiàn)故障問題。

根據(jù)上述三種不同邏輯對配電主站集中型自愈邏輯進(jìn)行設(shè)定，三種故障定位邏輯分別對應(yīng)多種不同自愈邏輯，本文以兩個串供變電站的電力企業(yè)中常見的雙配電主站為例，并針對其相關(guān)配置完成自愈邏輯重構(gòu)[2]。假設(shè)在該電力企業(yè)當(dāng)中，某一配電主站的開環(huán)點(diǎn)為DK4開關(guān)，則得出配電主站集中型自愈邏輯動作包括以下情況：

假設(shè)任意一個開關(guān)DC1/DC3出現(xiàn)偷跳情況，此時光纖縱差保護(hù)動作運(yùn)行，自愈故障定位為縱差保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障問題，跳DC3開關(guān)，并在確定開關(guān)DC3跳開后對配電主站檢測，確定其無壓狀態(tài)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)DC2，之后完成相應(yīng)放電動作[3]。假設(shè)任意一個開關(guān)DC1/DC2出現(xiàn)故障問題，此時母線差動作運(yùn)行，自愈故障定位為母線保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障問題，調(diào)DC1開關(guān)，在確定開關(guān)DC跳開后對配電主站進(jìn)行檢測，確定其無壓狀態(tài)后合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)DC2，完成相應(yīng)放電動作。

1.2 基于雙向通信的配電主站交互信息傳輸

為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在發(fā)生故障問題時配電主站能實(shí)現(xiàn)交互信息傳輸，本文引入雙向通信方式完成對各類故障信息及指令信號的通信[4]。由于在電力系統(tǒng)當(dāng)中SV報文密度較大且信息較為密集，在復(fù)雜故障情況下對電力系統(tǒng)上位機(jī)CPU造成嚴(yán)重的負(fù)載壓力，因此對運(yùn)算速度及對處理能力造成影響。本文采用雙向通信傳輸模型，用以實(shí)現(xiàn)配電主站集中型自愈的數(shù)據(jù)信息交互，并發(fā)揮雙向通信傳輸在海量數(shù)據(jù)下實(shí)時性應(yīng)用優(yōu)勢，確保配電主站快速恢復(fù)供電。

根據(jù)本文重構(gòu)的配電主站集中型自愈故障定位邏輯對配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行識別，并對配電主站上串聯(lián)的各個斷路器位置、交流電流電壓量進(jìn)行采集[5]。配電子站采集并通過雙向通信傳輸方式上送到配電主站母線狀態(tài)量及其就地判據(jù)如下：I母線處于無壓狀態(tài)。有壓定值大于I母線三相電壓；I母線處于有壓狀態(tài)。有壓定值小于I母線三相電壓；II母線處于無壓狀態(tài)。有壓定值大于II母線三相電壓；II母線處于有壓狀態(tài)。有壓定值小于II母線三相電壓；配電子站收信異常。配電子站接收不到指令或指令失效。

為確保配電主站能與各個配電子站在交互信息雙向通信傳輸?shù)倪^程中，不會受到周圍干擾因素的影響，在通信通道上配備光纖保護(hù)通道。在各個變電站之間利用交換機(jī)在專屬光纖串聯(lián)通道中完成雙向通信，配電主站與各個配電子站之間需通過光纜直連通道傳輸，以此滿足配電主站集中型自愈通信要求。

1.3 配合配電主站常規(guī)自切保護(hù)

通常情況下，220kV配電站中存在110kV側(cè)配電子站配備自切保護(hù)，整定動作時間范圍在2.5s～5s以內(nèi)，在10kV側(cè)配電子站同樣配備自切保護(hù)，整定動作時間范圍在2.0s～4.5s。為確保本文提出的基于雙向通信的配電主站集中型自愈方法能實(shí)現(xiàn)對配電主站穩(wěn)定運(yùn)行的保護(hù)，需與各個配電主站常規(guī)自切保護(hù)有著良好的配合。

根據(jù)配電主站常規(guī)自切保護(hù)情況，當(dāng)電力系統(tǒng)中傳串供回路上的配電主站出現(xiàn)110kV電壓等級的故障問題，則通過本文上述提出的自愈方法對運(yùn)行時間進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)先完成配電主站的自愈動作，其中動作時間的誤差級別應(yīng)當(dāng)在ms級及以上[6]。若在這一過程中配電主站自愈動作成功，則此時110kV側(cè)原本失去電力功能的配電子站此時恢復(fù)供電，而110kV側(cè)配電子站的自切保護(hù)指令自動返回，并不發(fā)生動作；若在這一過程中配電主站自愈動作未成功，則此時110kV側(cè)原本失去電力功能的配電子站自切保護(hù)指令傳達(dá)，并接著動作。

在配電主站串供回路中，若配電站或上級出現(xiàn)失電故障問題，則需相應(yīng)的110kV側(cè)配電子站完成自切保護(hù)。同時配電主站完成自愈時間要求較短，因此配電主站需比配電子站提前完成自切保護(hù)動作[7]。因此，通過上述邏輯確保在配電主站出現(xiàn)失電等異?，F(xiàn)象時，能通過本文自愈方法和自切保護(hù)實(shí)現(xiàn)對其不間斷維護(hù)運(yùn)行。

2 對比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本文通過上述論述，完成對基于雙向通信的配電主站集中型自愈方法的理論設(shè)計，為進(jìn)一步驗(yàn)證該方法是否能在實(shí)際應(yīng)用中滿足整個電力系統(tǒng)的運(yùn)行需要，開展下述對比實(shí)驗(yàn)：

以某城市電力作為本文對比實(shí)驗(yàn)的重要依托，由于該企業(yè)110kV接線模式下的配電主站自愈是首次引入到電網(wǎng)中，且缺少相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，因此分別將本文提出的自愈方法和傳統(tǒng)自愈方法應(yīng)用到該項(xiàng)目中，并在實(shí)際實(shí)施過程中分別向兩組引入后期配電主站運(yùn)行中存在的各類故障問題和異常運(yùn)行情況，以此全面考察本文自愈防方法的功能及操作邏輯，從而確保在未來本文自愈方法在廣泛應(yīng)用中能具備更高的安全性和可靠性。

實(shí)驗(yàn)分為常規(guī)階段和異常工況階段。在實(shí)驗(yàn)過程中，充分考慮到兩種自愈方法和繼電保護(hù)共同組成的實(shí)驗(yàn)條件與環(huán)境，并考慮兩種自愈方法和繼電保護(hù)裝置的配合問題。在異常工況實(shí)驗(yàn)中引入保護(hù)發(fā)生誤動、漏動等異常狀況，以此模擬在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常工況。在兩組配電主站當(dāng)中分別設(shè)置DC1～DC20共20個故障節(jié)點(diǎn)，其中前6種為母線故障節(jié)點(diǎn)，中間10種為線路中點(diǎn)故障節(jié)點(diǎn)，最后4種為開關(guān)與CT之間的故障節(jié)點(diǎn)。為方便對兩種自愈方法的對比，選擇將自愈時間作為評價兩種方法應(yīng)用性能的評價指標(biāo)，包括找出故障節(jié)點(diǎn)時間、上報時間以及配電主站恢復(fù)正常運(yùn)行所消耗的時間。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將兩種自愈方法下配電主站從異常到恢復(fù)正常運(yùn)行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并將上述對應(yīng)時間相加得出最終兩種方法的自愈時間，五次實(shí)驗(yàn)中本文方法于傳統(tǒng)方法自愈時間（sm）分別為52.65/245.26、64.23/285.36、68.24/312.26、71.23/334.26、92.14/——。可看出在五次實(shí)驗(yàn)中本文方法自愈時間明顯小于傳統(tǒng)方法自愈時間。同時，在實(shí)驗(yàn)過程中第五次實(shí)驗(yàn)下傳統(tǒng)方法并未完成對配電主站的自愈，無法使其恢復(fù)正常運(yùn)行，其主要原因是在傳統(tǒng)自愈方法找出故障節(jié)點(diǎn)后，并沒有將相關(guān)信息傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)監(jiān)控中心，未實(shí)現(xiàn)對故障問題的上報，因此無法恢復(fù)配電主站的正常運(yùn)行。