縣級電網(wǎng)鏈?zhǔn)酱┳冸娬镜膮^(qū)域備自投算法

黃建中

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司峨山供電局，云南 峨山 653200)

隨著電網(wǎng)建設(shè)逐年推進(jìn)，“十三五”期間，南方電網(wǎng)已建成了每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)擁有一座35 kV變電站的戰(zhàn)略布點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了調(diào)度集中控制。這極大提升了供電可靠性、電壓合格率等電能質(zhì)量指標(biāo)，保障了人民對美好生活向往的電力供應(yīng)。但是，因電網(wǎng)建設(shè)投資限制，處于山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)的變電站，其接線方式采用鏈?zhǔn)酱┓绞?。而鏈?zhǔn)酱┳冸娬局兴渲玫膫渥酝堆b置，按備自投動作邏輯，僅能在斷環(huán)點(diǎn)所處的變電站投入備自投功能，而其他非斷環(huán)點(diǎn)的鏈?zhǔn)阶冸娬?，其備自投功能無效。所以，在鏈?zhǔn)酱┳冸娬局校瑔我还收蠘O易發(fā)生全站失壓事件。為解決鏈?zhǔn)酱┳冸娬緹o法通過備供線路自動恢復(fù)全部變電站的供電問題，采用調(diào)度自動化主站集中控制原理，基于縣級調(diào)度自動化系統(tǒng)配置現(xiàn)狀，并能有效利用就地備自投裝置，按照“簡單、實(shí)用、安全、可靠”原則，設(shè)計一種區(qū)域備自投控制算法。

1 鏈?zhǔn)酱┳冸娬窘榻B

為了滿足電力需求，電網(wǎng)規(guī)劃要求每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)至少建設(shè)一座變電站。但是電網(wǎng)建設(shè)是逐年推進(jìn)，所以縣級電網(wǎng)網(wǎng)架是以縣城或負(fù)荷中心，逐步向邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)變電站，這樣形成了變電站串供的接線方式。為了解決串供變電站單電源供電問題，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均建成了一座變電站的情況下，把末端變電站與相鄰另一串供變電站連接起來，形成了鏈?zhǔn)酱┓绞健?/p>

圖1為某縣其中一個鏈?zhǔn)酱┳冸娬揪W(wǎng)架示意圖，正常方式下斷環(huán)點(diǎn)在371、323開關(guān)。甲、乙站為110 kV變電站，甲變位于負(fù)荷集中區(qū)，乙變位于縣城。A、B、C、D、E變均為35 kV變電站，其中B、C有小水電站上網(wǎng)。該鏈?zhǔn)酱┳冸娬揪W(wǎng)架的形成過程：以110 kV乙站為中心，逐年建設(shè)了E、C、B變，形成乙、E、C、B串供網(wǎng)；后在E、C變中間建設(shè)D變；然后又建設(shè)A變（由110 kV甲站供電）；最后建設(shè)A、B變聯(lián)絡(luò)線，形成了圖1所示的35 kV鏈?zhǔn)酱┓绞健?/p>

圖1 鏈?zhǔn)酱┳冸娬揪W(wǎng)架示意圖

35 kV鏈?zhǔn)酱┳冸娬靖?5 kV線路保護(hù)為帶方向三段電流保護(hù)，方向均由母線指向線路；帶一次重合閘，系統(tǒng)側(cè)為檢無壓重合閘，小電側(cè)為檢同期或檢線路有壓母線無壓重合閘；均配置35 kV備自投裝置；小電上網(wǎng)線路另配置了低周、低壓、高周、高壓安全自動保護(hù)功能。

2 區(qū)域備自投控制思路

鏈?zhǔn)酱┳冸娬緲?gòu)成環(huán)網(wǎng)，其具備一條線路失電時可通過其他線路進(jìn)行轉(zhuǎn)供電的條件，采用調(diào)度自動化主站自動控制轉(zhuǎn)供電操作，先斷區(qū)域主供線路開關(guān)，再合上備供線路開關(guān)，即調(diào)度主站區(qū)域備自投控制。

本算法實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投動作的設(shè)計為：以鏈?zhǔn)酱┳冸娬救臼簽橛|發(fā)信號，對失壓變逐個查找區(qū)域原供電線路開關(guān)并斷開（或確認(rèn)斷開），然后對失壓變逐個查找區(qū)域備供電線路開關(guān)并合上。

3 算法設(shè)計

縣級調(diào)度自動化系統(tǒng)基本為SCADA系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能。SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，有廠站表、遙信表、遙測表、遙控表等基本表。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域備自投控制功能，在原數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，增加鏈?zhǔn)奖怼㈡準(zhǔn)阶儽?、對?cè)開關(guān)表、失壓廠站表共4個表，并對相關(guān)表設(shè)置數(shù)據(jù)關(guān)系。

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

此種區(qū)域備自投控制算法須設(shè)計或修改6個表完成區(qū)域備自投控制功能：鏈?zhǔn)奖?，用來管理電網(wǎng)中鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)；鏈?zhǔn)阶儽?，用來管理變電站所屬鏈?zhǔn)骄W(wǎng)；廠站表，記錄廠站名稱及相應(yīng)屬性；對側(cè)開關(guān)表，是用來管理線路兩側(cè)開關(guān)；遙控表，記錄遙控開關(guān)的索引號；失壓廠站表，是用來管理失壓廠站。鏈?zhǔn)奖怼㈡準(zhǔn)阶儽?、廠站表、對側(cè)開關(guān)表、遙控表是基礎(chǔ)表，由系統(tǒng)維護(hù)員圖模維護(hù)時同步建立，而失壓廠站表是出現(xiàn)失壓事件時由系統(tǒng)自動生成數(shù)據(jù)。表的結(jié)構(gòu)設(shè)計如表1所示。

表1 表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

鏈?zhǔn)奖怼巴度胱杂睌?shù)據(jù)默認(rèn)值為“true”，即投入?yún)^(qū)域備自投功能?？捎烧{(diào)度員根據(jù)鏈?zhǔn)酱┳冸娬倦娋W(wǎng)運(yùn)行變化情況，即某鏈?zhǔn)骄W(wǎng)不具備備供電源時，手動退出該鏈?zhǔn)骄W(wǎng)區(qū)域備自投控制功能。根據(jù)圖1，應(yīng)建立3個鏈?zhǔn)骄W(wǎng)，分別命名為I、Ⅱ、Ⅲ網(wǎng)，I網(wǎng)由“甲-A-B-C-甲”鏈?zhǔn)骄W(wǎng)構(gòu)成，Ⅱ網(wǎng)由“甲-A-B-C-D-E-乙”鏈?zhǔn)骄W(wǎng)構(gòu)成，Ⅲ網(wǎng)由“甲-D-E-乙”鏈?zhǔn)骄W(wǎng)構(gòu)成。

鏈?zhǔn)骄W(wǎng)中每個變電站在鏈?zhǔn)阶儽碇兄辽儆幸粭l記錄，若一個變電站屬于x個鏈?zhǔn)骄W(wǎng)，該變電站在鏈?zhǔn)阶儽碇杏衳個記錄。鏈?zhǔn)骄W(wǎng)中線路開關(guān)，均要在“對側(cè)開關(guān)表”中“本側(cè)開關(guān)”字段出現(xiàn)；如果它對側(cè)有n個開關(guān)，則該開關(guān)在“本側(cè)開關(guān)”字段重復(fù)出現(xiàn)n次。失壓廠站表失壓時間來自SOE報文時間，因各廠站均是衛(wèi)星對時，時間準(zhǔn)確可靠。自愈次數(shù)默認(rèn)值為“0”。

表的數(shù)據(jù)關(guān)系設(shè)計如圖2所示。

圖2 表的關(guān)系示意圖

3.2 程序算法

根據(jù)上文的區(qū)域備自投控制思路，設(shè)計了3個程序模塊，即失壓廠站入庫模塊、斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)模塊、合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)模塊。

3.2.1 失壓廠站入庫

當(dāng)調(diào)度自動化系統(tǒng)出現(xiàn)全站失壓信號，經(jīng)延時T1（延時T1時間是考慮躲開上級重合閘、備自投動作所造成的短時失壓）后，報警失壓的變電站判斷是否滿足下述條件：該變電站仍為失壓狀態(tài)；該變電站所處各鏈?zhǔn)骄W(wǎng)其“投入自愈”字段值至少有一個為“true”；“失壓廠站表”中無該變電站。若3個條件均滿足，則把該變電站信息添加到“失壓廠站表”中。

3.2.2 斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)

當(dāng)廠站失壓，如對側(cè)線路開關(guān)在本次失壓事件中斷開，則斷開線路本側(cè)開關(guān)（或確認(rèn)線路本側(cè)開關(guān)已斷開）。其程序框圖如圖3所示。

圖3 斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)程序示意圖

圖中延時T2時間，要滿足同一事故所造成的失壓廠站均全部入庫，且上次區(qū)域備自投控制全部完成后，才啟動本次區(qū)域備自投控制。

程序框圖第6步，是判定失壓是否由該開關(guān)斷開而為，如是則斷開另一側(cè)開關(guān)隔離原供電線路。因?yàn)椴捎檬呵癟3時間內(nèi)的判定，可靠躲過失壓后就地備自投動作，使就地備自投動作所斷開線路開關(guān)的對側(cè)開關(guān)不再控制斷開。如圖1中，“甲-A”線路故障造成A、B變失壓，B變滿足備自投動作條件，斷開321斷路器，合上323斷路器，B變得以恢復(fù)供。此時程序因判定失壓A變“A-B線”對側(cè)開關(guān)不是失壓前動作，故不再斷開342斷路器，進(jìn)入“合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)”程序模塊，區(qū)域備自投控制合上321斷路器，恢復(fù)A變供電。

3.2.3 合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)

斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)后，便進(jìn)入合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)程序模塊，使失壓廠站恢復(fù)供電。其程序框圖如圖4所示。

圖4 合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)程序示意圖

程序中對“失壓廠站表”逐個按順序查找失壓廠站本側(cè)線路開關(guān)處于合位，而線路對側(cè)處于分位且開關(guān)母線側(cè)帶電，則合上開關(guān)對線路恢復(fù)供電，同而對失壓廠站恢復(fù)了供電。

程序中“自愈次數(shù)＞0”條件，其目的是判別區(qū)域內(nèi)主供線路開關(guān)是否斷開。從圖3可看出，如未斷開主供線路開關(guān)或未執(zhí)行斷開主供線路開關(guān)步驟，則自愈次數(shù)保持原值為“0”，是不滿足判別條件而不控制“合”本次開關(guān)的操作。對于供電電源變電站發(fā)生母線失壓情況時，該設(shè)計可靠禁止該母線上鏈?zhǔn)酱┳冸娬巨D(zhuǎn)供電自愈控制，避免下級電壓異常上送到電源變電站母線的風(fēng)險。

4 動作過程分析

圖1中，若“甲-D-C”線發(fā)生故障，則363開關(guān)電流保護(hù)跳閘，C變的小電上網(wǎng)352開關(guān)低壓保護(hù)跳閘；363開關(guān)重合閘啟動延時后合上，若故障為瞬時故障，則保持合位恢復(fù)正常供電。

若故障為永久性故障，363開關(guān)加速跳閘，造成C、D變?nèi)臼骸變滿足備自投動作條件而啟動，斷開372開關(guān)，合上371開關(guān)，D變恢復(fù)供電。C變廠站名稱及失壓時間信息進(jìn)入到“失壓廠站表”。

失壓廠站表非空，啟動了區(qū)域備自投控制程序，查找到351對側(cè)開關(guān)363“失壓前有合到分，且現(xiàn)處分位”，則斷開351開關(guān)或核對已斷開（線路故障時351開關(guān)因小電提供的短路電流而保護(hù)跳閘）。然后進(jìn)入恢復(fù)供電區(qū)域備自投程序，查找到353對側(cè)開關(guān)323“處于分位，且‘母線有壓，線路無壓’”，則合上323開關(guān)，C變得以恢復(fù)供電。

各種線路故障動作過程如表2所示。

表2 區(qū)域備自投控制開關(guān)動作表

表2中括號標(biāo)注的開關(guān)，是指本故障按繼電保護(hù)原理應(yīng)動作的開關(guān)未動或動作未到位，區(qū)域備自投控制才控制該開關(guān)動作，否則區(qū)域備自投控制程序中該開關(guān)便不動作。如第1故障，小水電提供的故障電流未使341開關(guān)保護(hù)跳閘，則由區(qū)域備自投控制動作斷開341開關(guān)。

圖1中其他斷環(huán)點(diǎn)運(yùn)行情況下的區(qū)域備自投控制過程，與上述動作過程類似，故不再贅述。

5 安全評估

多個鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)同時發(fā)生幾個區(qū)域網(wǎng)變電站失壓。電網(wǎng)中存在幾個鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)，當(dāng)2個及以上鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)出現(xiàn)變電站失壓事件，按上述區(qū)域備自投控制程序，鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)失壓變滿足失壓廠站入庫條件入庫，失壓廠站非空，啟動區(qū)域備自投控制程序，首先依次斷開各個鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)失電區(qū)域的主供電源開關(guān)，然后依次合上各個鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)備供電源開關(guān)，即先隔離完畢，再分別對各鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)失壓廠站恢復(fù)供電。

就地備自投未啟動。當(dāng)鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)斷環(huán)點(diǎn)所處變電站失壓時就地備自投裝置未啟動，則串供下級變電站無法進(jìn)行自愈控制恢復(fù)供電。所以應(yīng)加強(qiáng)就地備自投裝置的運(yùn)行管理。

區(qū)域備自投控制未斷開主供電源開關(guān)。此時按程序流程，該開關(guān)所處鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)不再進(jìn)入該區(qū)域網(wǎng)的合閘操作，避免出現(xiàn)合環(huán)運(yùn)行或?qū)收暇€路反復(fù)沖擊的不安全運(yùn)行情況。

操作斷開開關(guān)。當(dāng)操作斷開廠站電源線路對側(cè)開關(guān)，此時區(qū)域備自投控制正常動作；當(dāng)操作斷開廠站電源線路本側(cè)開關(guān)，不啟動區(qū)域備自投控制。

誤退出或漏退出鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)“自愈控制”功能。誤退出時，區(qū)域備自投控制失效；漏退出時，當(dāng)鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)不再具備備供電源時，僅是控制斷開主供電源線路失電區(qū)域側(cè)開關(guān)，而不能恢復(fù)供電；當(dāng)鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)具備備供電源，但不允許轉(zhuǎn)供電時（如潮流不滿足轉(zhuǎn)供電條件），此時漏退出可能造成線路過載。所以，應(yīng)加強(qiáng)對“區(qū)域備自投控制”退出管理，做到“區(qū)域備自投控制”功能應(yīng)退而退，應(yīng)投而投。

主供線路失電后，鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)內(nèi)其小水電未解列。小水電并網(wǎng)線路及小水電側(cè)保護(hù)裝置均配置低周、低壓、高周、高壓安全自動保護(hù)功能，其低壓定值為40%Un，大于母線無壓定值30%Un且低壓保護(hù)動作時限小于備自投動作時間。所以，對于主供線路失電后，如果小水電出力滿足孤網(wǎng)運(yùn)行條件，則由小水電對用戶供電，此時鏈?zhǔn)酱┚W(wǎng)母線不失壓，故備自投是不會啟動的；如果主供線路失電后，小水電出力不滿足孤網(wǎng)運(yùn)行條件，則小水電并網(wǎng)線路欠壓跳閘，然后再啟動備自投。所以，該區(qū)域備自投算法雖然未聯(lián)跳小水電，但因配置了可靠的安全自動裝置功能，是不會造成系統(tǒng)與小水電非同期并網(wǎng)的。

綜上所述各種情況，這種區(qū)域備自投控制算法符合電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。

6 結(jié)束語

這種鏈?zhǔn)酱┳冸娬緟^(qū)域備自投控制方法，對于斷環(huán)點(diǎn)的變電站，由就地備自投動作恢復(fù)備自投所在變電站的供電；對于非斷環(huán)點(diǎn)的變電站，由區(qū)域備自投控制恢復(fù)供電。所以，此種鏈?zhǔn)酱┳冸娬镜膮^(qū)域備自投控制算法，是就地備自投與主站區(qū)域備自投控制相融合的區(qū)域備自投控制，動作安全、可靠，對調(diào)度自動化系統(tǒng)要求也不高，適合存在鏈?zhǔn)酱┳冸娬镜目h級電網(wǎng)推廣。