一種基于實(shí)時(shí)信息交互的110 kV 變電站遠(yuǎn)方備自投方案的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

黃 立，夏業(yè)波，余柏霖

（中國(guó)南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000）

0 引言

由于我國(guó)電網(wǎng)架構(gòu)復(fù)雜，供電區(qū)域之間聯(lián)系緊密，導(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)行方式多樣［1-4］。為了提高電網(wǎng)供電可靠性，大多110 kV 變電站都采用雙電源供電系統(tǒng)［5-6］。在主供電源發(fā)生故障，導(dǎo)致無(wú)法供電時(shí)，需要將備用電源準(zhǔn)確、快速地投入系統(tǒng)。在串供系統(tǒng)中，當(dāng)非開環(huán)站點(diǎn)主供線路發(fā)生故障時(shí)，只有開環(huán)站點(diǎn)備自投裝置能正確動(dòng)作，才能保證開環(huán)站點(diǎn)不失壓，但其余站點(diǎn)將失壓，其供電可靠性較差［7-8］。因此本文提出一種遠(yuǎn)方備自投方案，通過(guò)增加通信裝置和通信通道，使本站能與兩側(cè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息傳遞，從而進(jìn)行判斷裝置是否動(dòng)作，并通過(guò)實(shí)際案例進(jìn)行分析驗(yàn)證。

1 遠(yuǎn)方備自投方案

1.1 遠(yuǎn)方備自投設(shè)計(jì)

就地備自投設(shè)計(jì)為2 個(gè)站點(diǎn)之間無(wú)信息交互，且其中一個(gè)站點(diǎn)的2 條線路，一條為主供線路，另一條線路為備供線路。當(dāng)主供線路故障時(shí)，就地備自投動(dòng)作，備供線路合閘［9-10］。當(dāng)遠(yuǎn)離開環(huán)點(diǎn)的線路發(fā)生故障，備自投裝置不滿足動(dòng)作條件，就地備自投就會(huì)失去作用。就地備自投方式與遠(yuǎn)方備自投方式在運(yùn)行情況下存在較大差距，具體如表1 所示。

表1 就地、遠(yuǎn)方備自投方式對(duì)比Tab.1 Comparison of local and remote standby automatic switching modes

基于以上問(wèn)題，本文提出的遠(yuǎn)方備自投方案是雙端供電電源、單回或雙回鏈?zhǔn)酱┑木W(wǎng)架系統(tǒng)中的各站點(diǎn)之間具有信息交互功能。

各站點(diǎn)備自投裝置配置2 套通信裝置和2 路通信通道，分別用于與相鄰站點(diǎn)備自投裝置進(jìn)行通信。通道1 用于和左側(cè)站點(diǎn)進(jìn)行通信，通道2 用于和右側(cè)站點(diǎn)進(jìn)行通信，如圖1 所示。

圖1 110 kV 變電站雙鏈?zhǔn)酱┦疽鈭DFig.1 Schematic diagram of double chain series supply in 110 kV substation

這樣的設(shè)計(jì)使得裝置既具備就地備投功能，同時(shí)也具備當(dāng)遠(yuǎn)離開環(huán)點(diǎn)線路故障時(shí)，備自投裝置也具備能夠識(shí)別和動(dòng)作的功能。此時(shí)遠(yuǎn)方備自投動(dòng)作的邏輯為先跳主供線路，然后合備供線路，最后再合主供線路，這樣保證遠(yuǎn)離開環(huán)點(diǎn)線路故障時(shí)，備自投裝置動(dòng)作能使串供各站點(diǎn)不會(huì)失壓。

2 遠(yuǎn)方備自投原理

備自投裝置具備以下三種備投方式［11-12］：就地線路備投、就地母聯(lián)備投、遠(yuǎn)方備投。

備自投動(dòng)作的先決條件是備自投裝置滿足充電，且無(wú)放電條件發(fā)生。備自投裝置滿足定值給定的某一種備自投方式，且無(wú)外部閉鎖開入。而遠(yuǎn)方備投充電除了滿足以上條件外，需保證相鄰站點(diǎn)之間通信正常。

備自投裝置完成充電后，需要對(duì)主供元件進(jìn)行跳閘判斷。判斷條件為主供元件滿足三相電流小于Ity定值、主供元件的實(shí)際電壓小于Uwy或者開關(guān)位置信號(hào)為“0”。當(dāng)備自投裝置判斷主供元件發(fā)生跳閘事件，備自投裝置會(huì)將相關(guān)信息通過(guò)通信通道傳遞給其他站點(diǎn)。

2.1 信息流

A 信息流：在各站點(diǎn)備自投裝置完成充電之前，需要將開環(huán)點(diǎn)的信息傳遞給相鄰站點(diǎn)。A 信息流的物理意義為確定串供系統(tǒng)是否有開環(huán)點(diǎn)、開環(huán)點(diǎn)的方向以及開環(huán)點(diǎn)是否唯一。如圖2 所示，110 kV C 站為開環(huán)點(diǎn)的站點(diǎn)。

圖2 遠(yuǎn)方備投充電完成前裝置交換信息示意圖Fig.2 Schematic diagram of device exchange information before remote standby charging is completed

在每個(gè)站點(diǎn)收到A 信息流之后，通過(guò)A 信息流的迭代，最終開環(huán)點(diǎn)裝置（C 站）收到兩側(cè)均無(wú)開環(huán)點(diǎn)的信息且經(jīng)充電延時(shí)，則開環(huán)點(diǎn)裝置先完成遠(yuǎn)方備投功能充電。

B 信息流：B 信息流的物理特征表示該串網(wǎng)絡(luò)各站點(diǎn)裝置遠(yuǎn)方備投功能充電成功。每個(gè)變電站遍歷A信息流結(jié)束后，裝置立即進(jìn)行充電邏輯判斷，當(dāng)滿足上述充電條件之后，裝置完成充電，且將此信息進(jìn)行兩側(cè)傳遞。

C 信息流：界定失壓變電站的范圍，為遠(yuǎn)方系統(tǒng)的動(dòng)作配合提供依據(jù)。當(dāng)整串供電系統(tǒng)某一線路發(fā)生故障，且變電站失壓，此信息在失壓同時(shí)會(huì)傳遞給其他站點(diǎn)。

D 信息流：D 信息流的物理意義表示第一個(gè)失壓站點(diǎn)并非由穩(wěn)控裝置切除所致失壓，其余站點(diǎn)裝置僅轉(zhuǎn)發(fā)該信息流。

E 信息流：遠(yuǎn)方動(dòng)作過(guò)程配合信息流，對(duì)于失壓站點(diǎn)及開環(huán)點(diǎn)而言，E 信息流表示遠(yuǎn)離開環(huán)點(diǎn)方向已有失壓站點(diǎn)的主供元件開關(guān)跳開，對(duì)于不失壓站點(diǎn)而言，則表示為開環(huán)點(diǎn)備用開關(guān)已合閘。

E 信息的作用：其一是合備供開關(guān)的必要條件，其二是開環(huán)點(diǎn)站裝置不失壓時(shí)作為裝置啟動(dòng)的充要條件，其三是通知不失壓的非開環(huán)點(diǎn)裝置開放過(guò)載判別。

F 信息流：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方備投動(dòng)作后判出元件過(guò)載的裝置協(xié)同所供電的后續(xù)裝置實(shí)現(xiàn)按輪次的切負(fù)荷措施，共分4 輪。

（1）不失壓的非開環(huán)點(diǎn)裝置，在接收到E2 信息流的60 s 內(nèi)若另側(cè)的元件滿足過(guò)載，則動(dòng)作切一輪負(fù)荷，同時(shí)往接收到E 信息流的一側(cè)發(fā)送“遠(yuǎn)方切負(fù)荷命令”信息。

（2）同理，失壓的裝置亦有相應(yīng)的過(guò)載判別，每一裝置開放最多4 次的元件過(guò)載動(dòng)作。

（3）F 信息流帶有切負(fù)荷輪次信息，接收到的裝置執(zhí)行并轉(zhuǎn)發(fā)，直至傳送至一直沒(méi)有接收到C 信息流的裝置。

（4）無(wú)論是就地與遠(yuǎn)方功能，16 條負(fù)荷線路按優(yōu)先級(jí)定值分為4 輪可切負(fù)荷。整定值0 表示不切；1 表示第1 輪切；2 表示第2 輪切；3 表示第3 輪切；4 表示第4 輪切；5 表示小電源，備投動(dòng)作合備供元件前切除。

2.2 各站點(diǎn)備自投裝置的動(dòng)作行為

開環(huán)點(diǎn)站點(diǎn)備自投動(dòng)作依據(jù)為是否失壓和是否接收到C 信息，開環(huán)點(diǎn)站裝置的動(dòng)作行為分三種情況：（1）開環(huán)點(diǎn)站失壓但未收到C 信息流，則與就地備自投動(dòng)作邏輯一致；（2）開環(huán)點(diǎn)站失壓且收到C 信息流，在滿足收到D 信息流的條件下跳主供線路和小電源開關(guān)，經(jīng)延時(shí)合備供線路開關(guān)，母線電壓恢復(fù)正常并確認(rèn)收到E 信息流后合原跳開的主供線路開關(guān)；（3）開環(huán)點(diǎn)站不失壓但收到非主供側(cè)的C 信息流，在收到E1 信息流并經(jīng)確認(rèn)時(shí)間后合備供線路開關(guān)。

中間站遠(yuǎn)方備投動(dòng)作邏輯是在滿足收到D 信息流的條件下跳主供線路和小電源開關(guān)，經(jīng)延時(shí)后若滿足母線有壓并確認(rèn)收到E1 信息流后合原跳開的主供線路開關(guān)。

邊站遠(yuǎn)方備投系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯是進(jìn)行“KRU”動(dòng)作判別并在滿足條件時(shí)發(fā)D 信息流，經(jīng)啟動(dòng)延時(shí)跳主供線路開關(guān)，檢測(cè)到主供線路開關(guān)跳開后發(fā)送E1 信息流并跳小電源開關(guān)。

2.3 “KRU”動(dòng)作判據(jù)

備自投裝置還需要進(jìn)行母線失壓原因判別，判斷母線失壓是否由于主供線路元件故障導(dǎo)致，或者上級(jí)穩(wěn)控裝置切除。因此裝置設(shè)置了“KRU”動(dòng)作判據(jù)?！癒RU”中“K”是指合后位置信號(hào)“KKJ”，“R”是指重合閘，“U”是指零序和負(fù)序電壓。是否啟用“KRU”動(dòng)作判據(jù)由定值決定：當(dāng)裝置“KRU”判據(jù)控制字為“0”時(shí)，表示裝置不進(jìn)行“KRU”判斷，直接按常規(guī)邏輯進(jìn)行動(dòng)作；當(dāng)裝置“KRU”判據(jù)控制字為“1”時(shí)，表示裝置必須進(jìn)行“KRU”判斷，只有判斷母線失壓不是被上一級(jí)穩(wěn)控裝置切除所致，且滿足“KRU”動(dòng)作判據(jù)，備自投裝置才進(jìn)行動(dòng)作。

因此，備自投裝置需要進(jìn)行四個(gè)動(dòng)作判據(jù)：（1）裝置檢測(cè)到主供元件開關(guān)位置與合后位置信號(hào)不對(duì)應(yīng)；（2）站內(nèi)任一非檢修母線電壓滿足重合閘波形，即母線電壓應(yīng)滿足“有壓到無(wú)壓再到有壓”的過(guò)程，具體為母線三相電壓均低于無(wú)壓定值超過(guò)20 ms 后，在裝置啟動(dòng)延時(shí)Tq內(nèi)，滿足任一母線的任一相電壓高于0.5Un超過(guò)40 ms；（3）任一檢修母線負(fù)序電壓大于負(fù)序電壓門檻值U1超過(guò)40 ms；（4）任一檢修母線零序電壓大于零序電壓門檻值3U0超過(guò)40 ms。如圖3 所示“KRU”動(dòng)作判據(jù)邏輯圖。

圖3 “KRU”動(dòng)作判據(jù)邏輯圖Fig.3 "KRU" action criterion logic diagram

“KRU”動(dòng)作判據(jù)滿足后，如果系統(tǒng)無(wú)小電源供電，則所有判據(jù)不滿足后10 s 內(nèi)裝置滿足“無(wú)流無(wú)壓”條件時(shí)應(yīng)動(dòng)作，但是10 s 之后裝置需要重新進(jìn)行“KRU”動(dòng)作判別?！癒RU”動(dòng)作判據(jù)滿足后，如果系統(tǒng)有小電源供電，能夠給以足夠的電壓支撐，裝置滿足“無(wú)流無(wú)壓”條件時(shí)應(yīng)動(dòng)作。

3 遠(yuǎn)方備投應(yīng)用實(shí)際案例分析

110 kV C 站與110 kV F 站備自投裝置型號(hào)為SCS-500J，110 kV D 站 與110 kV E 站 備 自 投 裝 置 型號(hào)為PCS-9654D-GD。主網(wǎng)接線方式如圖4 所示，220 kV A 站、110 kV C 站、110 kV D 站、110 kV E 站、110 kV F 站、220 kV B 站組成串供鏈路。實(shí)際方式運(yùn)行要求為110 kV D 站和110 kV F 站為開環(huán)點(diǎn)。

圖4 主網(wǎng)接線示意圖Fig.4 Schematic diagram of main network connection

220 kV A 站發(fā)生3#主變跳閘事故，導(dǎo)致110 kV 變中開關(guān)被切除。導(dǎo)致220 kV A 站至110 kV C 站的110 kV AC 線 失 壓，220 kV A 站 至110 kV E 站 的110 kV AE 線失壓。

當(dāng)110 kV AE 線失壓時(shí)，110 kV E 站備自投裝置檢測(cè)到母線Ⅰ無(wú)壓、母線Ⅱ無(wú)壓、110 kV AE 線跳閘、負(fù)壓滿足、零壓滿足、“KRU”動(dòng)作判據(jù)滿足，110 kV E 站備自投動(dòng)作跳110 kV AE 線，其動(dòng)作報(bào)文如表2 所示。同時(shí)，110 kV F 站備自投裝置收右站通道E1 信息流，備自投動(dòng)作合110 kV FE 線，110 kV E 站母線電壓恢復(fù)，備自投動(dòng)作成功。其動(dòng)作報(bào)文如表3 所示。

表2 110 kV E 站備自投裝置動(dòng)作報(bào)文Tab.2 110 kV E station standby automatic switching device action message

表3 110 kV F 站備自投裝置動(dòng)作報(bào)文Tab.3 110 kV F station standby automatic switching device action message

110 kV C 站作為非開環(huán)點(diǎn)，其備自投裝置動(dòng)作報(bào)文如表4 所示，備自投裝置檢測(cè)到母線1、母線2 失壓，裝置啟動(dòng)后，經(jīng)延時(shí)2 800 ms 檢測(cè)母線負(fù)序、零序電壓均滿足門檻值，裝置發(fā)跳令給110 kV AC 線，當(dāng)檢測(cè)到110 kV AC 線開關(guān)在分位，向右站通道發(fā)E1 信息流。

表4 110 kV C 站備自投裝置動(dòng)作報(bào)文Tab.4 110kV C station standby automatic switching device action message

110 kV D 站作為開環(huán)點(diǎn)，備自投裝置動(dòng)作報(bào)文如表5 所示，110 kV D 站母線Ⅰ失壓，裝置檢測(cè)到110 kV CD 線跳閘，且負(fù)壓滿足、零壓滿足、“KRU”動(dòng)作判據(jù)滿足，經(jīng)延時(shí)2 802 ms 裝置啟動(dòng)，跟跳110 kV CD 線；3 102 ms 時(shí) 裝 置 發(fā) 合 閘 命 令 給110 kV ED 線；3 263 ms 時(shí)，母 線 電 壓 恢 復(fù)；3 285 ms 時(shí)，合110 kV CD 線；3 786 ms 時(shí)，母線電壓恢復(fù)，備投成功。

表5 110 kV D 站備自投裝置動(dòng)作報(bào)文Tab.5 110 kV D station standby automatic switching device action message

在220 kV A 變電站與220 kV B 變電站之間的110 kV 站點(diǎn)部署備自投裝置，且具備遠(yuǎn)方備投功能。在此次事件中，所有備自投都正確動(dòng)作，無(wú)110 kV 變電站失壓。成功減少負(fù)荷損失和停電用戶，且無(wú)重要用戶及保供電用戶停電。

4 結(jié)論

本文提出應(yīng)用于鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)方備自投方案具有較強(qiáng)的實(shí)用性，并且能很好地解決傳統(tǒng)就地備自投裝置的局限性。通過(guò)建立站與站之間通信機(jī)制，將重要信息流進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞，能解決串供網(wǎng)絡(luò)中站點(diǎn)失壓擴(kuò)大問(wèn)題，可提高電網(wǎng)系統(tǒng)供電可靠性。同時(shí)采用實(shí)際發(fā)生的案例的驗(yàn)證，證明了此方案具有較高的工程使用價(jià)值，值得在電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。