變電站低頻減載功能遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判設(shè)計(jì)研究

朱秀琴 黃衛(wèi)平

（中國(guó)電建集團(tuán)福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

電力系統(tǒng)低頻減載是指電力系統(tǒng)在遭受大擾動(dòng)、出現(xiàn)大功率缺額時(shí)，響應(yīng)于系統(tǒng)頻率而啟動(dòng)并切除部分負(fù)荷，以維持系統(tǒng)功率平衡和防止系統(tǒng)頻率崩潰的一種有功頻率控制手段［1］。低頻減載裝置作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的第三道防線，其主要作用為當(dāng)電網(wǎng)頻率低于整定值時(shí)，按照低頻減載方案切除負(fù)荷，直至電網(wǎng)頻率恢復(fù)到允許范圍內(nèi)為止，保證了部分重要負(fù)荷供電，提升電網(wǎng)安全供電水平。

目前，低頻減載功能主要由變電站內(nèi)的低壓饋線保護(hù)測(cè)控一體化裝置實(shí)現(xiàn)（低頻減載功能集成在保護(hù)測(cè)控一體化裝置內(nèi)）。但目前對(duì)低頻減載功能的投退狀態(tài)缺乏有效的遠(yuǎn)程監(jiān)視手段，因而當(dāng)裝置出現(xiàn)異常導(dǎo)致裝置長(zhǎng)時(shí)間閉鎖無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)裝置的壓板狀態(tài)仍顯示裝置投入，容易導(dǎo)致對(duì)異常記錄不熟悉的調(diào)控員認(rèn)為裝置仍可正常運(yùn)行，造成誤判［2］。

因此，建設(shè)變電站低頻減載功能遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)低頻減載功能在線監(jiān)視、投退管理，對(duì)于保障用電設(shè)備正常運(yùn)行、提高電網(wǎng)供電可靠性有重要意義［3］。

1 低頻減載功能原理

保護(hù)測(cè)控裝置低頻功能原理如圖1 所示。在低頻功能投入、無(wú)閉鎖低頻條件、系統(tǒng)頻率從正常狀態(tài)變?yōu)榈陀谡l率時(shí)（頻率取自母線電壓Ua），經(jīng)延時(shí)出口跳閘（按低頻減載整定方案輪次要求事先整定的延時(shí)）。通過(guò)圖1 可知，影響低頻功能的閉鎖條件有：母線電壓低于電壓閉鎖［即Min（Uab，Ubc，Uca）＜Udz］、負(fù)載電流低于電流閉鎖［Max（Ia，Ib，Ic）＜Idz］、滑差df/dt 大于閉鎖定值［即|df/dt|＞（df/dt）dz］、PT 斷線、開(kāi)關(guān)分位等［4］。

圖1 保護(hù)測(cè)控裝置低頻功能原理圖

2 影響低頻減載功能分析

通過(guò)上述原理分析可知，影響低頻減載功能的實(shí)現(xiàn)主要可分為以下4 種情況。

（1）低頻減載功能壓板投退：低頻功能硬壓板、軟壓板如果非正確投入，將導(dǎo)致低頻減載功能退出。

（2）定值整定：低頻功能的定值整定（包括控制字、低頻減載頻率、時(shí)間等）執(zhí)行錯(cuò)誤將導(dǎo)致低頻減載功能不正確動(dòng)作。

（3）保護(hù)測(cè)控裝置硬件故障將導(dǎo)致裝置閉鎖、告警，導(dǎo)致低頻功能退出，例如存儲(chǔ)器出錯(cuò)、程序出錯(cuò)、定值出錯(cuò)、采樣數(shù)據(jù)異常、跳合出口異常、直流電源異常、DSP 定值出錯(cuò)、光耦電源異常等。

（4）保護(hù)測(cè)控裝置運(yùn)行告警，將導(dǎo)致低頻功能退出，例如控制回路斷線（保護(hù)動(dòng)作后無(wú)法正常出口跳閘）、PT 斷線、CT斷線等。

3 低頻減載功能監(jiān)視系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站側(cè)低頻減載裝置的信號(hào)、軟壓板等信息由部署在變電站內(nèi)的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)安全Ⅰ區(qū)上送到調(diào)控主站。調(diào)控主站實(shí)現(xiàn)低頻減載裝置的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備建模、自動(dòng)研判和實(shí)時(shí)監(jiān)視告警等，同時(shí)將設(shè)備模型及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步到調(diào)控云進(jìn)行自動(dòng)研判、統(tǒng)計(jì)分析與綜合告警，滿足調(diào)度控制、系統(tǒng)運(yùn)行、繼電保護(hù)各專(zhuān)業(yè)需求。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

低頻減載功能監(jiān)視系統(tǒng)遵循調(diào)控一體系統(tǒng)的體系架構(gòu)，共享平臺(tái)采集服務(wù)、模型服務(wù)、消息服務(wù)、一體化權(quán)限等服務(wù)。調(diào)控主站根據(jù)低頻減載運(yùn)行方式策略需要，建立低頻減載設(shè)備模型，模型由D5000 平臺(tái)統(tǒng)一負(fù)責(zé)維護(hù)。主要模型包括低頻減載設(shè)備模型、定值模型、信號(hào)模型、策略模型、運(yùn)行方式模型、告警模型等。低頻減載裝置信號(hào)、軟壓板等通過(guò)D5000 平臺(tái)采集服務(wù)一體化采集，信號(hào)、軟壓板等遙信通過(guò)104 規(guī)約配置點(diǎn)表的方式進(jìn)行采集。在D5000 平臺(tái)人機(jī)界面上實(shí)現(xiàn)低頻減載在線監(jiān)視功能，實(shí)現(xiàn)低頻減載功能投退狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、告警狀態(tài)在線臨視、自動(dòng)巡檢，輪次信息查閱。

4 低頻減載功能監(jiān)視系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

低頻減載遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判功能在硬件配置和部署上采用基于現(xiàn)有D5000 平臺(tái)的硬件進(jìn)行擴(kuò)展配置和一體化部署。低頻減載遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判功能硬件均位于安全Ⅰ區(qū)。

配置2 臺(tái)采集服務(wù)器、2 臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器作為模塊的硬件平臺(tái)，為系統(tǒng)軟件提供應(yīng)用支撐。每臺(tái)服務(wù)器配置要求如下：機(jī)架服務(wù)器，CPU 數(shù)量≥4 顆，每顆≥10 核，主頻≥2.2 GHz；三級(jí)緩存≥20 MB；DDR3 內(nèi)存≥128 GB；硬盤(pán)為SAS 600GB 10K轉(zhuǎn)×2；千兆以太網(wǎng)口≥4；DVD-ROM 光驅(qū)；冗余電源、風(fēng)扇，機(jī)架式安裝導(dǎo)軌等套件；系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖3 所示。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不建設(shè)獨(dú)立的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，共享D5000 平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)硬件資源和IP資源。

圖3 系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

5 低頻減載功能遠(yuǎn)程監(jiān)視設(shè)計(jì)

低頻減載功能投入應(yīng)同時(shí)滿足3 個(gè)條件：壓板投退狀態(tài)正確+定值執(zhí)行情況正確+無(wú)影響保護(hù)功能的告警。

（1）低頻減載功能軟、硬壓板。對(duì)于常規(guī)變電站，保護(hù)裝置設(shè)置有功能、出口硬壓板。對(duì)于智能變電站，保護(hù)裝置設(shè)置有功能、出口軟壓板。需要通過(guò)判別相應(yīng)軟、硬壓板處于投入位置，方可判別裝置本身投運(yùn)。目前功能低頻減載功能軟、硬壓板的運(yùn)行狀態(tài)可通過(guò)變電站站內(nèi)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上送至調(diào)控云平臺(tái)。

（2）定值。裝置中低頻減載功能控制字應(yīng)投入，且低頻減載頻率及時(shí)間應(yīng)與低頻減載整定方案中的值一致，才能確保低頻保護(hù)可靠動(dòng)作?？衫谜{(diào)度主站側(cè)的繼電保護(hù)信息管理系統(tǒng)遠(yuǎn)方修改定值模塊定期召測(cè)現(xiàn)場(chǎng)裝置的運(yùn)行定值，并將相關(guān)定值信息上送至調(diào)控云平臺(tái)。

（3）裝置運(yùn)行告警信息監(jiān)視。主要對(duì)調(diào)控云平臺(tái)上采集的影響保護(hù)功能的告警信息進(jìn)行分析整合。如裝置未出現(xiàn)裝置閉鎖、控制回路斷線、PT 斷線、CT 斷線等影響低頻減載功能及出口的告警信號(hào)，則判斷裝置低頻減載功能正常。若間隔出現(xiàn)此類(lèi)告警信號(hào)，則判斷裝置低頻減載功能為異常退出狀態(tài)。

綜上所述，只在裝置的壓板投退狀態(tài)、低頻減載功能定值均執(zhí)行正確，且裝置未出現(xiàn)影響影響低頻減載功能及出口的告警信號(hào)時(shí)，才說(shuō)明該裝置的低頻功能在正常投入狀態(tài)。

6 低頻減載功能投退狀態(tài)研判機(jī)制

低頻減載功能可分為2 種狀態(tài)，分別為投入狀態(tài)和退出狀態(tài)。功能硬壓板、軟壓板、低頻減載功能控制字均投入時(shí)，低頻減載功能方為投入狀態(tài)，否則為退出狀態(tài)。鑒于目前部分廠家保護(hù)裝置壓板狀態(tài)或低頻減載功能控制字無(wú)法采集，建議算法中僅考慮系統(tǒng)可采集的壓板及控制字作為判據(jù)。如某間隔保護(hù)裝置已上送的四遙信息點(diǎn)表中只有低頻軟壓板，無(wú)硬壓板，系統(tǒng)在研判過(guò)程中不再考慮硬壓板狀態(tài)，那在系統(tǒng)檢查到低頻軟壓板投入、低頻減載功能控制字投入時(shí)，即可判斷低頻功能為投入狀態(tài)。低頻減載功能投退邏輯表如表1 所示。

表1 低頻減載功能投退邏輯表

7 低頻減載裝置運(yùn)行告警研判機(jī)制

低頻減載功能雖已投入，但運(yùn)行過(guò)程中裝置及二次回路缺陷仍可能影響低頻減載功能，導(dǎo)致事故時(shí)低頻減載功能無(wú)法正常出口跳閘，擴(kuò)大事故范圍。為了更好掌握低頻減載功能的實(shí)時(shí)狀態(tài)，需增加裝置運(yùn)行告警研判機(jī)制，即在低頻功能正常投入且無(wú)影響低頻功能的告警信號(hào)時(shí)，才能代表低頻減載功能真正處于正常投入狀態(tài)。

將裝置影響低頻減載功能的裝置告警信息納入低頻功能異常研判機(jī)制，在系統(tǒng)檢測(cè)到間隔出現(xiàn)上述影響低頻保護(hù)功能告警信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)判斷低頻減載功能為異常退出狀態(tài)。

8 結(jié)語(yǔ)

低頻減載是電力系統(tǒng)中普遍采用的技術(shù)，通過(guò)在系統(tǒng)的某些地點(diǎn)切除過(guò)負(fù)荷量，達(dá)到維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定的目的。低頻低壓減載裝置作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定自動(dòng)控制的最后一道防線，保證了電力系統(tǒng)承受大擾動(dòng)時(shí)的安全要求，防止事故擴(kuò)大。低頻減載功能投退狀態(tài)的有效監(jiān)視對(duì)于電網(wǎng)安全具有重要意義，是支撐電網(wǎng)運(yùn)行輔助決策，提高電力精細(xì)化管理水平等業(yè)務(wù)提供重要技術(shù)支撐，有助于電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)國(guó)家資源優(yōu)化配置，提高經(jīng)濟(jì)效益。

本文在變電站低頻減載功能實(shí)現(xiàn)原理的基礎(chǔ)上，分析了影響其功能實(shí)現(xiàn)的各種情況，并依據(jù)此設(shè)計(jì)了變電站低頻減載功能遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判系統(tǒng)總體架構(gòu)、硬件部署。同時(shí)，給出了低頻減載功能投退狀態(tài)研判機(jī)制和運(yùn)行告警研判機(jī)制。本研究為變電站低頻減載功能遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)研判系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建設(shè)提供了重要的理論支撐和實(shí)踐依據(jù)。