劉金生，朱維鈞

(1.廣州供電局有限公司，廣東廣州5106202；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

備用電源投入新方法的研究

劉金生1，朱維鈞2

(1.廣州供電局有限公司，廣東廣州5106202；2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

Research on a new method of standby power input control

目前變電站采用的備自投裝置均是在不同的運(yùn)行方式下，分別采用線(xiàn)路備自投或母聯(lián)備自投。且不允許兩種備自投方式同時(shí)存在。隨著變電站規(guī)模的擴(kuò)大及供電可靠性的提高，同一個(gè)變電站在母線(xiàn)分列運(yùn)行的同時(shí)可能還存在備用線(xiàn)路電源，這樣傳統(tǒng)的備自投裝置則不滿(mǎn)足運(yùn)行要求。本文提出一種新的備用電源投入方法，自動(dòng)適應(yīng)變電站的各種運(yùn)行方式，將備用線(xiàn)路與備用母聯(lián)開(kāi)關(guān)按照統(tǒng)一的原則根據(jù)備投優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行選擇合上，恢復(fù)失壓變電站或失壓母線(xiàn)的供電，提高供電可靠性與電網(wǎng)運(yùn)行方式安排的靈活性。

自適應(yīng)；備用電源；方法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求越來(lái)越大，供電可靠性要求也越來(lái)越高。備用電源自投裝置應(yīng)用也越來(lái)越廣。而傳統(tǒng)的備自投裝置在220 kV或110 kV站一般具備線(xiàn)路備自投與母聯(lián)備自投兩種備自投方式，其中線(xiàn)路備自投主要考慮各段母線(xiàn)在并列運(yùn)行時(shí)，部分線(xiàn)路作為主供電源，另一部分線(xiàn)路作為備供電源，當(dāng)主供電源線(xiàn)路故障造成變電站失壓時(shí)，先隔離故障，再投入備供電源線(xiàn)路，恢復(fù)失壓變電站的供電；母聯(lián)(分段)備自投主要考慮兩段母線(xiàn)分列運(yùn)行，當(dāng)其中一段母線(xiàn)失去電源時(shí)，隔離故障后合上母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)失壓母線(xiàn)的供電。傳統(tǒng)的線(xiàn)路備自投與母聯(lián)(分段)備自投方法在實(shí)際應(yīng)用中受限于變電站運(yùn)行方式，且線(xiàn)路備自投與母聯(lián)備自投不能同時(shí)存在〔1-2〕。因此隨著變電站規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)供電可靠性要求的提高，同一個(gè)變電站可能引入多個(gè)電源線(xiàn)路；同時(shí)為了提高電網(wǎng)運(yùn)行安排的靈活性，也可能存在多段母線(xiàn)分列運(yùn)行的情況〔3〕。傳統(tǒng)備自投裝置存在以下問(wèn)題:

1)線(xiàn)路備自投:如果一個(gè)變電站存在兩路備用電源線(xiàn)路時(shí)，傳統(tǒng)備自投的邏輯一般滿(mǎn)足不了運(yùn)行要求，其僅考慮一主一備的情況。

2)母聯(lián)備自投:當(dāng)母線(xiàn)接線(xiàn)是雙母單分段或雙母雙分段時(shí)，由于其邏輯只考慮兩段母線(xiàn)與一個(gè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)，因此也無(wú)法適應(yīng)需求，從而運(yùn)行方式安排受到限制。

3)適用方式受限:如果變電站進(jìn)線(xiàn)較多及母線(xiàn)為兩段以上時(shí)，有可能在母線(xiàn)分列運(yùn)行的情況下還存在備用電源線(xiàn)路，此時(shí)變電站某段母線(xiàn)失壓時(shí)，傳統(tǒng)備自投裝置無(wú)法滿(mǎn)足要求。

4)邏輯非標(biāo)準(zhǔn)化:目前實(shí)際應(yīng)用中備自投裝置邏輯多樣，特別是220 kV及以上電壓等級(jí)備自投裝置，很多地方根據(jù)各站具體要求定制一套備自投裝置，從而程序版本非標(biāo)準(zhǔn)化，不利于管理，給運(yùn)行維護(hù)帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)與困難。

因此提出自適應(yīng)不同方式的備用電源投入方法克服傳統(tǒng)備自投裝置的局限性，改變傳統(tǒng)根據(jù)變電站運(yùn)行方式來(lái)制定備自投邏輯的思維〔4-5〕，不再區(qū)分變電站的各種運(yùn)行方式，當(dāng)出現(xiàn)變電站整個(gè)或部分母線(xiàn)失壓時(shí)下，通過(guò)對(duì)線(xiàn)路、母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)在備自投邏輯啟動(dòng)前后的運(yùn)行狀態(tài)識(shí)別，按照備投優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行選擇合上可投的線(xiàn)路或母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)，恢復(fù)失壓母線(xiàn)的供電。

1 自適應(yīng)的備用電源投入方案

自適應(yīng)的備用電源投入方法是遵循邏輯“統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化”原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)該方法開(kāi)發(fā)相關(guān)設(shè)備，如果根據(jù)裝置“最大化”原則進(jìn)行配置，能確保裝置的標(biāo)準(zhǔn)化，在實(shí)際應(yīng)用中，便于運(yùn)行管理、維護(hù)等，具體的裝置配置不作具體闡述。目前廣州供電局的綜合安自裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)220 kV站220 kV側(cè)母線(xiàn)雙母雙分段的備自投功能，適應(yīng)4段母線(xiàn)任何運(yùn)行方式，提高了電網(wǎng)運(yùn)行方式安排的靈活性，但是線(xiàn)路備自投只適應(yīng)在母線(xiàn)并列運(yùn)行的情況下，而文中所提的方法在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，對(duì)母線(xiàn)非雙母雙分段接線(xiàn)型式的變電站適應(yīng)性更強(qiáng)。

1.1 變電站母線(xiàn)接線(xiàn)方式的識(shí)別

目前220 kV或110 kV變電站的母線(xiàn)接線(xiàn)型式主要有單母分段、雙母、雙母單分段及雙母雙分段等型式，為了盡量滿(mǎn)足所有220 kV及110 kV廠(chǎng)站的需求，按照母線(xiàn)雙母雙分段接線(xiàn)的變電站考慮。

在備自投邏輯中首先根據(jù)母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)與母線(xiàn)之間的二維表，確定變電站的母線(xiàn)的接線(xiàn)型式。二維表設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 母線(xiàn)接線(xiàn)型式定義

上表中母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)及母線(xiàn)名稱(chēng)可以根據(jù)變電站實(shí)際情況進(jìn)行整定。因此不同的母線(xiàn)接線(xiàn)型式，只需在二維表中將母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)與母線(xiàn)之間的連接關(guān)系體現(xiàn)出來(lái)即可識(shí)別，如果某段母線(xiàn)與某個(gè)母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)直接相連，則在二維表中將其對(duì)應(yīng)的位置置“1”，否則置“0”。在備自投邏輯中判斷母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)兩側(cè)母線(xiàn)電壓時(shí)則根據(jù)該表中相連的兩段母線(xiàn)來(lái)進(jìn)行判斷；如果表中某個(gè)開(kāi)關(guān)與任一條母線(xiàn)均不相連則認(rèn)為該開(kāi)關(guān)不存在，同理如果某段母線(xiàn)與任一個(gè)開(kāi)關(guān)也不相聯(lián)則認(rèn)為該母線(xiàn)不存在。表1定義的母線(xiàn)接線(xiàn)型式如圖1所示。

圖1 一種非完整雙母雙分段接線(xiàn)圖

1.2 元件狀態(tài)判別

在傳統(tǒng)備自投裝置邏輯中一般只在備自投邏輯啟動(dòng)前判別各線(xiàn)路和母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。在此將備用線(xiàn)路與備用母聯(lián)開(kāi)關(guān)都分別當(dāng)作一個(gè)備供元件對(duì)待，按照事先預(yù)定的備投順序?yàn)槊總€(gè)元件設(shè)置一個(gè)備投優(yōu)先級(jí)，當(dāng)母線(xiàn)失壓時(shí)，按照備投優(yōu)先級(jí)順序選擇啟動(dòng)后可投的備投元件合上恢復(fù)失壓母線(xiàn)的供電；如果多個(gè)可投備供元件處于同一優(yōu)先級(jí)，則選中時(shí)同時(shí)合上。

在兩段母線(xiàn)以上的大型變電站中由于電網(wǎng)運(yùn)行方式的需要可能一個(gè)站存在多個(gè)備供元件的情況，當(dāng)一段母線(xiàn)失壓時(shí)，并不是啟動(dòng)前所有處于備供狀態(tài)的元件都具備可投條件，所以在元件狀態(tài)判別方面較傳統(tǒng)備自投裝置來(lái)說(shuō)，還需判別一下啟動(dòng)前處于備供狀態(tài)的元件在啟動(dòng)后是否可投。因此該方法最大技術(shù)難點(diǎn)就是備自投裝置啟動(dòng)后在短時(shí)內(nèi)對(duì)所有啟動(dòng)前的備投元件的狀態(tài)進(jìn)行一次是否可投的判別。

線(xiàn)路、母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)在備自投邏輯啟動(dòng)前分別設(shè)置4個(gè)狀態(tài):

1)主供(運(yùn)行)狀態(tài)。線(xiàn)路的檢修壓板在退出狀態(tài)、開(kāi)關(guān)在合位、線(xiàn)路切換后電壓≥U1(判元件有壓定值)；母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)的檢修壓板在退出狀態(tài)、開(kāi)關(guān)在合位。

2)備供狀態(tài)。線(xiàn)路的檢修壓板在退出狀態(tài)、開(kāi)關(guān)在分位、線(xiàn)路切換后電壓≥U1(表示本側(cè)母線(xiàn)刀閘在合位)、PT測(cè)量電壓≥U1(表示對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)合位且有源)、線(xiàn)路備投優(yōu)先級(jí)非0；母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)檢修壓板在退出狀態(tài)、開(kāi)關(guān)在分位、開(kāi)關(guān)兩側(cè)的母線(xiàn)均有壓、開(kāi)關(guān)備投優(yōu)先級(jí)非0。

3)檢修狀態(tài)。對(duì)應(yīng)線(xiàn)路的檢修壓板在投入狀態(tài)；對(duì)應(yīng)母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)檢修壓板在投入狀態(tài)。

4)不可備供狀態(tài)。線(xiàn)路不滿(mǎn)足主供、可備投或檢修狀態(tài)；母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)不滿(mǎn)足運(yùn)行、檢修、可備投狀態(tài)。

備自投邏輯啟動(dòng)后將啟動(dòng)前處于備供狀態(tài)的線(xiàn)路、母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)再分別設(shè)置兩個(gè)狀態(tài):1)可投狀態(tài)為線(xiàn)路啟動(dòng)前處于備供狀態(tài)、線(xiàn)路切換后電壓＜U2(表示其所掛母線(xiàn)失壓)、線(xiàn)路PT測(cè)量電壓≥U1(表示對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)合位且有源)、母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)前處于備供狀態(tài)、一側(cè)有壓一側(cè)無(wú)壓(表示其中一側(cè)母線(xiàn)失壓)；2)不可投狀態(tài)指線(xiàn)路和母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)均不滿(mǎn)足可投狀態(tài)。

1.3 動(dòng)作邏輯

1.3.1 充電條件

傳統(tǒng)備自投裝置的充電條件一般是先要識(shí)別運(yùn)行方式區(qū)分線(xiàn)路備自投與母聯(lián)備自投，存在備供元件即充電，在此不需判別運(yùn)行方式，只需在備自投功能投入且存在備供狀態(tài)的線(xiàn)路或母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)，經(jīng)過(guò)一定延時(shí)即可充電。

1.3.2 動(dòng)作邏輯

由于不區(qū)分線(xiàn)路備自投與母聯(lián)備自投，因此母線(xiàn)失壓可能存在兩種情況:一是由于該母線(xiàn)所掛主供線(xiàn)路故障造成；二是在母線(xiàn)并列運(yùn)行時(shí)失壓母線(xiàn)上無(wú)主供線(xiàn)路，由于母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)造成某段母線(xiàn)失壓〔6〕。

因此備自投需滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件經(jīng)一定延時(shí)即可啟動(dòng):至少一段非檢修母線(xiàn)電壓＜U2(判元件無(wú)壓定值)；有主供線(xiàn)路無(wú)流且其切換后電壓＜U2或非檢修失壓母線(xiàn)至少有一側(cè)的母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)。具體動(dòng)作邏輯流程如圖2所示。

圖2 備自投動(dòng)作邏輯流程圖

2 適應(yīng)范圍

文中的備自投邏輯除了能適應(yīng)傳統(tǒng)備自投裝置所應(yīng)用的各種方式外，也適應(yīng)于以下情況:

1)母線(xiàn)并列運(yùn)行，主供線(xiàn)路與備供線(xiàn)路分別掛在不同母線(xiàn)上，如果出現(xiàn)母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)偷跳造成單母線(xiàn)失壓，此時(shí)仍然可以合上備供線(xiàn)路，恢復(fù)失壓母線(xiàn)供電；

2)母線(xiàn)分列運(yùn)行同時(shí)存在備供線(xiàn)路，當(dāng)某段母線(xiàn)失壓時(shí)，可以根據(jù)備自投邏輯啟動(dòng)后各備供元件是否可投及優(yōu)先級(jí)順序來(lái)選擇合上備用電源線(xiàn)路或備用母聯(lián)(分段)開(kāi)關(guān)恢復(fù)失壓母線(xiàn)供電。

因此，不管變電站的運(yùn)行方式如何，當(dāng)某段母線(xiàn)失壓時(shí)只要跟失壓母線(xiàn)相連的元件處于可投狀態(tài)即可恢復(fù)失壓母線(xiàn)的供電。

3 小結(jié)

文中的備用電源投入方法是從自適應(yīng)不同運(yùn)行方式、邏輯標(biāo)準(zhǔn)化的角度出發(fā)，以各元件在備自投邏輯啟動(dòng)前后的狀態(tài)為基礎(chǔ)優(yōu)化了備自投邏輯。解決傳統(tǒng)備自投裝置在母線(xiàn)分列運(yùn)行時(shí)無(wú)法進(jìn)行線(xiàn)路備自投的局限性，在當(dāng)前110 kV及以上電壓等級(jí)廠(chǎng)站備自投邏輯不統(tǒng)一的情況下具有重要的推廣應(yīng)用意義。該方法在裝置應(yīng)用上如果按照一個(gè)廠(chǎng)站母線(xiàn)接線(xiàn)型式為雙母雙分段帶旁路，出線(xiàn)為10回考慮，基本上能適應(yīng)所有變電站需求，一些小規(guī)模變電站可能存在的問(wèn)題是會(huì)增加裝置硬件成本，因此建議根據(jù)所轄廠(chǎng)站的最大規(guī)模進(jìn)行相關(guān)裝置硬件配置，實(shí)行裝置邏輯與硬件標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)約成本、便于管理。

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TM762.1

B

1008-0198(2016)05-0041-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.010

劉金生(1981)，男，湖南衡陽(yáng)人，工程師，主要從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制及繼電保護(hù)研究工作。

2015-10-08 改回日期:2016-07-07

朱維鈞(1982)，男，湖南株洲人，高級(jí)工程師，主要從事繼電保護(hù)和智能變電站技術(shù)工作。