“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源備自投方案研究

王紅軍

0 引言

傳統(tǒng)的“手拉手”供電即相鄰牽引變電所每所分別引入一路獨(dú)立進(jìn)線電源、兩變電所另一電源通過兩所間的聯(lián)絡(luò)線互為備用[1-6]，各所對進(jìn)線電源故障基本通過本所的檢壓裝置進(jìn)行判斷，從而啟動本所進(jìn)線備自投裝置，其弊端是兩所間信息相互獨(dú)立，各牽引變電所無法檢測到相鄰所的進(jìn)線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、PT斷線等情況，備自投易造成兩座“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源合環(huán)，危及電網(wǎng)運(yùn)行安全；并且備自投按主供所與被供所進(jìn)行設(shè)置，在主供、被供運(yùn)行方式調(diào)整后備自投無法相應(yīng)自動調(diào)整；聯(lián)絡(luò)線主供所進(jìn)線備自投多采用手動投切，需要人工確認(rèn)相鄰所信息后再進(jìn)行切換，增加了故障處理時間；為解決上述問題，亟需研究一種新的備自投方案。

1 傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投設(shè)置

1.1 “手拉手”牽引變電所運(yùn)行方式

傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所供電接線示意圖見圖1。以圖中設(shè)置為例，采用“手拉手”牽引變電所供電的牽引變電所A和牽引變電所B的2#進(jìn)線電源均為各所的獨(dú)立進(jìn)線電源，1#進(jìn)線電源為兩所間互為備用的聯(lián)絡(luò)線電源。各所聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線電源在供電來源上存在主供、被供之分。當(dāng)牽引變電所A為聯(lián)絡(luò)線電源的主供所，即聯(lián)絡(luò)線電源由牽引變電所A提供，此時B所為聯(lián)絡(luò)線電源的被供所；反之，當(dāng)牽引變電所B為聯(lián)絡(luò)線電源的主供所，則聯(lián)絡(luò)線電源由牽引變電所B提供，牽引變電所A為聯(lián)絡(luò)線電源的被供所。圖中，2QS為主供電源進(jìn)線隔離開關(guān)，1QS為聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線隔離開關(guān)，3QS為主變高壓側(cè)橋接隔離開關(guān)，8QF為主供電源進(jìn)線斷路器，7QF為聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線斷路器，1QF、2QF為主變高壓側(cè)斷路器，3QF、5QF、4QF、6QF為主變低壓側(cè)斷路器，1YH、2YH、3YH、4YH分別表示第1至第4電壓互感器。聯(lián)絡(luò)線電源的主供牽引變電所進(jìn)線側(cè)運(yùn)行方式通常采用2臺進(jìn)線電源隔離開關(guān)2QS、1QS，1臺橋接隔離開關(guān)3QS，2臺進(jìn)線斷路器8QF、7QF均在合位；被供牽引變電所進(jìn)線側(cè)運(yùn)行方式通常采用2臺進(jìn)線電源隔離開關(guān)2QS、1QS均在合位，2臺進(jìn)線電源斷路器8QF、7QF，其中1臺在分位，另1臺在合位，橋接隔離開關(guān)3QS位置根據(jù)運(yùn)行方式確定。

圖1 傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所供電接線示意圖

1.2 傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源備自投設(shè)置及存在問題

由于無法檢測到相鄰所的進(jìn)線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為防止進(jìn)線電源電網(wǎng)合環(huán)，傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所備自投通常按以下原則設(shè)置：主供所設(shè)置牽引變壓器故障備自投功能，被供所設(shè)置進(jìn)線電源失壓備自投和主變壓器故障備自投功能。通常主供所不設(shè)置進(jìn)線電源備自投，只是被供所設(shè)置進(jìn)線電源備自投。

通過對“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投動作邏輯和功能分析可知[7-13]，傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投存在以下弊端：

（1）兩所間信息相互獨(dú)立，備自投易造成兩座“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源合環(huán)。被供所B的1#進(jìn)線電源判斷失壓（1YH），啟動進(jìn)線備自投，在備自投邏輯中未考慮判斷主供所A的2#進(jìn)線運(yùn)行狀態(tài)，即A所是否是真正失壓，若被供所B的1YH電壓互感器二次回路斷線或人為誤分開二次回路空開，以及聯(lián)絡(luò)線故障跳閘等因素，都會造成1YH二次失壓，符合原被供所向主供所供電的備自投啟動條件，進(jìn)線備自投閉合原被供所B的7QF斷路器或8QF，導(dǎo)致備自投裝置誤合“手拉手”聯(lián)絡(luò)線，易使兩牽引變電所2路進(jìn)線電源合環(huán)運(yùn)行，造成電力系統(tǒng)在運(yùn)行上存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)主供所A的“手拉手”聯(lián)絡(luò)線故障跳閘，若聯(lián)絡(luò)線重合閘動作時限與被供所B進(jìn)線備自投啟動時限設(shè)置不匹配，同樣也存在兩牽引變電所進(jìn)線電源合環(huán)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）主供、被供運(yùn)行方式調(diào)整后備自投無法相應(yīng)自動調(diào)整?！笆掷帧睜恳冸娝M(jìn)線備自投因主供所、被供所備自投程序不同因而按主供所、被供所相對固定設(shè)置，主供所、被供所運(yùn)行方式調(diào)整后，備自投無法相應(yīng)自動調(diào)整。

（3）主供所進(jìn)線備自投多采用手動投切，需要人工確認(rèn)相鄰所信息后再進(jìn)行切換，增加了故障處理時間。

2 新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投方案

2.1 方案構(gòu)建

構(gòu)建新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投方案如圖2所示，牽引變電所A采用數(shù)字化備自投裝置（備自投A）[12-14]，牽引變電所B采用數(shù)字化備自投裝置（備自投B）。備自投A與備自投B采用光纖進(jìn)行互聯(lián)互通，通過GOOSE信號相互實(shí)時接收對側(cè)開關(guān)位置和進(jìn)線電壓狀態(tài)信息，作為聯(lián)絡(luò)線電源自投中的重要判據(jù)，以提高聯(lián)絡(luò)線電源備自投動作的可靠性[14-19]。

圖2 新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)

GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）是面向通用對象的變電站事件的簡稱，是IEC 61850中的一種快速報(bào)文傳輸機(jī)制，用于傳輸變電站內(nèi)IEC之間重要的實(shí)時信號。GOOSE采用網(wǎng)絡(luò)信號代替常規(guī)變電站裝置之間硬接線的通信方式，另外通過通信過程的不斷自檢實(shí)現(xiàn)裝置間二次回路的智能化監(jiān)測及不同保護(hù)裝置之間的閉鎖、啟動失靈、監(jiān)控系統(tǒng)不同間隔之間的聯(lián)閉鎖等[20]。

2.2 方案分析

由2.1節(jié)可知，新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投方案實(shí)現(xiàn)了相鄰兩牽引變電所間開關(guān)位置、運(yùn)行狀態(tài)等信息的互通。

新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投方案邏輯詳見圖3，其在變電所進(jìn)線電源備自投條件中增加了對相鄰變電所設(shè)備狀態(tài)的判別，備自投邏輯具備相鄰牽引變電所間的相互閉鎖。本節(jié)以各所聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線電源為1#進(jìn)線、獨(dú)立進(jìn)線電源為2#進(jìn)線為例進(jìn)行分析。

圖3 新型“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投邏輯

2.2.1 壓板設(shè)置

A、B牽引變電所備自投投入時選擇A所備自投壓板投入、B所備自投壓板投入。

2.2.2 聯(lián)絡(luò)線主供所、被供所運(yùn)行狀態(tài)判斷

主供所、被供所進(jìn)線側(cè)運(yùn)行方式：主供所、被供所各主供電源進(jìn)線隔離開關(guān)2QS、聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線隔離開關(guān)1QS均處于合位；主供所橋接隔離開關(guān)3QS，進(jìn)線斷路器8QF、7QF均在合位；被供所進(jìn)線電源斷路器8QF、7QF一臺在分位，另一臺在合位，橋接隔離開關(guān)3QS位置根據(jù)運(yùn)行方式確定。

7QF、8QF開關(guān)位置不同，則主供所、被供所的運(yùn)行方式不同，因而可根據(jù)各所進(jìn)線開關(guān)7QF、8QF的位置判斷為聯(lián)絡(luò)線供電的主供所及被供所。若A所進(jìn)線開關(guān)7QF、8QF均在合位，B所進(jìn)線開關(guān)7QF、8QF一個在合位、一個在分位，則判斷A所為主供所，B所為被供所，則A所備自投按主供所模式投入，B所備自投按被供所模式投入。若B所進(jìn)線開關(guān)7QF、8QF均在合位，A所進(jìn)線開關(guān)7QF、8QF一個在合位、一個在分位，判斷B所為主供所，A所為被供所，則B所備自投按主供所模式投入，A所備自投按被供所模式投入。

2.2.3 備自投啟動及動作邏輯

以A所主供、B所被供進(jìn)行備自投分析（若B所主供、A所被供，則相應(yīng)調(diào)整）。

（1）A所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）+1#進(jìn)線、B所1#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）運(yùn)行、A所2#進(jìn)線失壓。當(dāng)A所為主供所，被供所B運(yùn)行方式為1#聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線電源投入運(yùn)行時，A所2#進(jìn)線失壓導(dǎo)致A所、B所1#進(jìn)線停電，即A所的主供電源進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線、B所的聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線均為失壓狀態(tài)，A所8QF失壓斷開，此時A所的備自投條件為：A所4YH檢測無壓、8QF分位、主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)（2QF、4QF、6QF）和（1QF、3QF、5QF）在分位、7QF在合位；B所備自投條件為：檢測B所的3YH、1YH無壓，2YH檢測有壓且聯(lián)絡(luò)線無故障，A所的4YH無壓，8QF在分位，7QF在合位，判斷當(dāng)前A所與B所的運(yùn)行狀態(tài)是否同時滿足各自備自投條件，如果滿足，則A所與B所可以執(zhí)行后續(xù)備自投動作。具體為：B所8QF閉合后閉合主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），實(shí)現(xiàn)B所的備自投；B所的8QF閉合，A所檢測1YH有壓后，閉合A所主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），實(shí)現(xiàn)A所的備自投。則整體實(shí)現(xiàn)了A所的主供電源進(jìn)線失壓導(dǎo)致A所、B所停電故障的備自投，使B所切換為聯(lián)絡(luò)線電源的主供所，A所切換為聯(lián)絡(luò)線電源的被供所。

（2）A所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）+1#進(jìn)線、B所1#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）運(yùn)行、聯(lián)絡(luò)線故障。當(dāng)A所為主供所，被供所B運(yùn)行方式為1#聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線投入運(yùn)行時，兩所間聯(lián)絡(luò)線故障，A所的聯(lián)絡(luò)線故障進(jìn)線為失壓狀態(tài)，B所的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線為失壓狀態(tài)，此時，A所除聯(lián)絡(luò)線電源失壓外其余均正常運(yùn)行，因此A所的備自投條件為維持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行；B所的備自投條件為：B所檢測3YH、1YH無壓，2YH有壓，A所的4YH有壓、1YH無壓、8QF在合位、7QF在分位，判斷當(dāng)前A所與B所的運(yùn)行狀態(tài)是否同時滿足各自備自投條件，如果滿足，則A所與B所可以執(zhí)行后續(xù)備自投動作，具體為：B所先7QF斷開、再8QF閉合，再閉合主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），實(shí)現(xiàn)B所的備自投。實(shí)現(xiàn)了聯(lián)絡(luò)線故障A所的聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線失壓導(dǎo)致B所停電故障的備自投，第二牽引變電所切換為由主供電源供電。

（3）A所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）+1#進(jìn)線、B所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）運(yùn)行、A所2#進(jìn)線失壓。當(dāng)A所為主供所，被供所B運(yùn)行方式為2#主供電源進(jìn)線投入運(yùn)行時，A所主供電源進(jìn)線失壓導(dǎo)致A所停電，即A所的主供電源進(jìn)線、聯(lián)絡(luò)線電源進(jìn)線均為失壓狀態(tài)，但B所并未停電。由于A所的主供電源進(jìn)線失壓，A所8QF斷開，此時A所的備自投條件為：A所4YH檢測無壓、8QF分位且主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)（2QF、4QF、6QF）和（1QF、3QF、5QF）在分位、7QF在合位。B所的備自投條件為：B所檢測4YH有壓、1YH無壓，A所的4YH無壓、8QF在分位、7QF在合位且聯(lián)絡(luò)線無故障。判斷當(dāng)前A所與B所的運(yùn)行狀態(tài)是否同時滿足各自備自投條件，如果滿足，則A所與B所可以執(zhí)行后續(xù)備自投動作，具體為B所閉合7QF后，A所檢測1YH有壓，再閉合A所主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），實(shí)現(xiàn)A所的主供電源失壓導(dǎo)致A所失壓、B所聯(lián)絡(luò)線進(jìn)線失壓停電故障的備自投，使B所切換為聯(lián)絡(luò)線電源的主供所，A所切換為聯(lián)絡(luò)線電源的被供所。在該運(yùn)行方式下若發(fā)生聯(lián)絡(luò)線故障跳閘，A所1#進(jìn)線和B所1#進(jìn)線均失壓，兩所均不滿足備自投啟動條件，不啟動聯(lián)絡(luò)線備自投。

（4）A所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）+1#進(jìn)線、B所2#進(jìn)線+（2#主變或1#主變）運(yùn)行、B所2#進(jìn)線失壓。當(dāng)A所為主供所，被供所B運(yùn)行方式為2#主供電源進(jìn)線投入運(yùn)行時，B所主供電源進(jìn)線失壓，由于此時A所運(yùn)行正常，因此A所備自投條件為A所維持當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)正常運(yùn)行，B所備自投條件為：B所檢測4YH無壓，1YH有壓，8QF斷開。判斷當(dāng)前A所與B所的運(yùn)行狀態(tài)是否同時滿足各自備自投條件，如果滿足，則A所與B所可以執(zhí)行后續(xù)備自投動作，具體為B所閉合7QF后，再閉合主變高壓和低壓側(cè)開關(guān)2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），此時A所仍為聯(lián)絡(luò)線電源的主供所，B所仍為聯(lián)絡(luò)線電源的被供所。

（5）若B所為主供所，A所為被供所，各種故障形式下的備自投邏輯與A所為主供所、B所為被供所時原理相同，不再贅述。

進(jìn)線備自投運(yùn)行方式變化情況見表1。

表1 手拉手牽引變電所進(jìn)線備自投運(yùn)行方式變化情況

需要說明的是，聯(lián)絡(luò)線備自投動作時限應(yīng)大于聯(lián)絡(luò)線保護(hù)重合閘時限，線路應(yīng)躲過重合閘，防止2座“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源合環(huán)。另外，為防止進(jìn)線備自投誤動和人工倒閘誤操作造成電網(wǎng)合環(huán)，“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源備自投裝置應(yīng)具備立即加速跳閘等功能，保護(hù)設(shè)置合環(huán)加速跳閘功能。

2.3 方案優(yōu)點(diǎn)

采用通信技術(shù)和數(shù)字化備自投實(shí)現(xiàn)的新型“手拉手”牽引變電所備自投方案，可以實(shí)現(xiàn)“手拉手”兩相鄰牽引變電所間備自投信息共享，在進(jìn)線備自投條件中增加了對相鄰牽引變電所設(shè)備狀態(tài)的相關(guān)判別，增加了主供所的備自投功能，擴(kuò)展和優(yōu)化了被供所的備自投功能。

通過對本所和相鄰牽引變電所設(shè)備狀態(tài)的共同判別、確認(rèn)進(jìn)行備自投，大大增強(qiáng)了“手拉手”牽引變電所備自投的安全性和可靠性，有效降低了因備自投造成進(jìn)線電網(wǎng)合環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)兩所設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)判斷“手拉手”牽引變電所的主供所、被供所，解決了傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所主供所、被供所備自投設(shè)置相對固定、主供被供運(yùn)行方式調(diào)整后備自投無法相應(yīng)自動調(diào)整的問題。備自投功能的擴(kuò)展和優(yōu)化提高了“手拉手”牽引變電所備自投的適應(yīng)性，減少了備自投故障的手動投切，提高了故障處置效率。

3 工程應(yīng)用

2022年數(shù)字化“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投技術(shù)方案在京包線8座牽引變電所備自投改造中得到應(yīng)用，現(xiàn)場對備自投功能進(jìn)行了調(diào)試，在各種運(yùn)行方式下備自投邏輯判據(jù)合理、開關(guān)動作正確，滿足牽引變電所實(shí)際運(yùn)行情況，可在新建“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)中推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)“手拉手”牽引變電所備自投主供所無進(jìn)線備自投，被供所備自投邏輯判據(jù)無法檢測主供所進(jìn)線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，被供所PT斷線等情況下，備自投易造成“手拉手”牽引變電所進(jìn)線電源合環(huán)，危及電網(wǎng)運(yùn)行安全。針對該問題，提出了“手拉手”牽引變電所均設(shè)置進(jìn)線數(shù)字化備自投，通過通信通道將對側(cè)進(jìn)線信號傳輸?shù)奖緜?cè)，在進(jìn)線備自投條件中增加了對相鄰牽引變電所設(shè)備狀態(tài)的相關(guān)判別，并根據(jù)2座牽引變電所進(jìn)線運(yùn)行方式判斷主供所、被供所，無傳統(tǒng)固定的主供所、被供所，擴(kuò)展和優(yōu)化了主供所和被供所的備自投邏輯，降低了因備自投造成進(jìn)線電網(wǎng)合環(huán)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了“手拉手”牽引變電所進(jìn)線備自投的安全性、可靠性和靈活性，減少對運(yùn)輸?shù)挠绊懞凸╇娬{(diào)度的頻繁倒閘操作。本文所述方案可在新建牽引變電所和既有牽引變電所改造中推廣應(yīng)用。