李俊格潘凱巖戴慧芳

（1.廣東電網(wǎng)廣州供電局，廣州 510620 2.東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)在廣州電網(wǎng)中的應(yīng)用

李俊格1潘凱巖2戴慧芳2

（1.廣東電網(wǎng)廣州供電局，廣州 510620 2.東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

從總體架構(gòu)上介紹了廣州電網(wǎng)的備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)（ABC）的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)的介紹了備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的功能、策略、投退規(guī)則等，從備自投的測(cè)試及維護(hù)等不同方面介紹了廣州電網(wǎng)ABC的運(yùn)行情況及經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明ABC可以大幅度地提高電網(wǎng)的供電可靠性。

備自投；備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)；初始負(fù)載率；N-1；壓板

國(guó)內(nèi)大中型地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架特點(diǎn)是其管轄范圍通常包括220kV及以下的主變、線路和部分500kV主變。其中220kV主變及其以下的主變和線路通常按輻射網(wǎng)供電方式運(yùn)行。為保證供電可靠性，通常會(huì)在變電站內(nèi)部裝設(shè)備自投裝置（BATS）。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障從而導(dǎo)致母線停電時(shí)，滿足條件的 BATS就會(huì)動(dòng)作，給停電母線供電，這樣就大大減少了母線停電的概率，保證了供電的可靠性［1］。

對(duì)于電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行中出現(xiàn)設(shè)備過(guò)載運(yùn)行的情況，文獻(xiàn)［2］通過(guò)負(fù)荷自動(dòng)轉(zhuǎn)移控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了330kV主變過(guò)載處理，文獻(xiàn)［3］提出了自動(dòng)負(fù)荷切除的方法來(lái)消除設(shè)備過(guò)載的處理，文獻(xiàn)［4］提出了通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)移的方法來(lái)消除電網(wǎng)中高電壓等級(jí)的設(shè)備過(guò)載的方法，以上文獻(xiàn)提出的方法均為對(duì)電網(wǎng)正常方式下設(shè)備出現(xiàn)過(guò)載情況的處理，不能有效處理電網(wǎng)在設(shè)備發(fā)生故障從而導(dǎo)致備自投動(dòng)作時(shí)可能出現(xiàn)新的設(shè)備過(guò)載的情況。為此文獻(xiàn)［5］提出了基于 EMS的智能備自投在線壓板最優(yōu)投退策略，文獻(xiàn)［6］從備自投的一些特殊性質(zhì)如時(shí)序及均分等特性的備自投的改進(jìn)策略，可以有效地解決以上文獻(xiàn)中存在的問(wèn)題，但文獻(xiàn)［5-6］對(duì)備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的整體構(gòu)架、系統(tǒng)中運(yùn)行易出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法等并未描述清楚，為此本文從備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的整體構(gòu)架、備自投投退流程、備自投的測(cè)試等不同方面描述備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及應(yīng)用。在文章的最后，給出了廣州電網(wǎng)從2014年6月份來(lái)備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

1 廣州電網(wǎng)現(xiàn)狀及特點(diǎn)

廣州供電局是隸屬于南方電網(wǎng)公司的特大型供電局，至2015年底，廣州地區(qū)電網(wǎng)已運(yùn)行的110KV及以上變電站總數(shù)296座，主變704臺(tái)，其中500kV變電站6座，主變21臺(tái)；220kV變電站49座，主變126臺(tái)；110kV變電站241座，主變557臺(tái)。電網(wǎng)自投裝置總共485套，大部分110kV和220kV變電站安裝了低壓母聯(lián)備自投裝置，即 10kV側(cè)母聯(lián)備自投，且具有均分功能的比較多；110kV備自投裝置有102套。220kV變電站的10kV母聯(lián)備自投具有方向判別功能，其余110kV變電站10kV母聯(lián)備自投均無(wú)方向判別功能。

近年來(lái)，隨著用電負(fù)荷的增加，部分220kV變電站的主變負(fù)荷率都均超80%，屬重載運(yùn)行，有時(shí)有的220kV變電站內(nèi)的主變負(fù)載率甚至超過(guò)100%，要實(shí)行限負(fù)荷運(yùn)行；110kV共有50臺(tái)主變負(fù)荷都不能夠滿足N-1運(yùn)行，其中有的110kV變電站內(nèi)的主變負(fù)荷率均超過(guò)80%，屬重載運(yùn)行。由此可以看出，當(dāng)夏季負(fù)荷和氣溫都較高的情況下，特別是線路、主變“N-1”運(yùn)行時(shí)，很容易出現(xiàn)線路或主變過(guò)載的情況。當(dāng)夏季溫度較高情況下出現(xiàn)線路或主變過(guò)載等情況時(shí)，很容易出現(xiàn)繼續(xù)跳閘從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大的情況，為此，有必要從全網(wǎng)的角度對(duì)電網(wǎng)發(fā)生N-1從而導(dǎo)致備自投動(dòng)作后的電網(wǎng)進(jìn)行分析，如果備自投動(dòng)作后導(dǎo)致設(shè)備過(guò)載則應(yīng)按一定規(guī)則閉鎖相應(yīng)的備自投，從而使電網(wǎng)運(yùn)行在一個(gè)安全、穩(wěn)定的狀態(tài)下，最大限度地保證供電可靠性。同時(shí)，廣州電網(wǎng)SCADA/EMS系統(tǒng)連續(xù)多年運(yùn)行穩(wěn)定，因此完全具備在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的條件。

2 備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)架

備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)（ABC）是基于EMS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的。根據(jù)實(shí)時(shí)采集的 SCADA信息，充分考慮主變初始負(fù)載率、主變油溫限值、電網(wǎng)設(shè)備的 N-1校核、備自投動(dòng)作時(shí)序參數(shù)、備自投動(dòng)作優(yōu)先級(jí)、過(guò)載聯(lián)切、數(shù)據(jù)異常等因素，實(shí)時(shí)計(jì)算電網(wǎng)備自投的投退策略，利用二次設(shè)備遠(yuǎn)方控制技術(shù)，閉環(huán)實(shí)時(shí)控制備自投功能軟壓板，實(shí)現(xiàn)了備自投自動(dòng)投退。

ABC的整體架構(gòu)如圖1所示。

從圖1中可以看出，備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)基于SCADA/EMS基礎(chǔ)上給出最終的執(zhí)行策略，首先在獲取備自投的實(shí)時(shí)投退狀態(tài)，并在電網(wǎng)經(jīng)過(guò)狀態(tài)估計(jì)處理后的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行備自投投退策略的制訂，給出策略的過(guò)程中首先進(jìn)行異常數(shù)據(jù)檢測(cè)，然后給出基于主變初始負(fù)載率及油溫校核的策略，最終將備自投的投退策略通過(guò)遙控壓板的方式下發(fā)遙控，從而達(dá)到備自投在線投退的功能。

圖1 ABC整體架構(gòu)

3 備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)功能

3.1 全局控制參數(shù)設(shè)置

全局參數(shù)設(shè)置包括控制規(guī)則、檢查規(guī)則及全局參數(shù)的設(shè)置。

1）控制規(guī)則信息

N-1規(guī)則：包括是否進(jìn)行110kV主變N-1計(jì)算、是否進(jìn)行110kV線路N-1計(jì)算及是否進(jìn)行220kV主變N-1計(jì)算。

其他規(guī)則：包括是否啟動(dòng)主變油溫校核、是否啟動(dòng)主變負(fù)載率校核及重要用戶(hù)是否強(qiáng)投，如果設(shè)置強(qiáng)投，指當(dāng)備自投工作母線有重要用戶(hù)時(shí)不退出備自投，強(qiáng)制投入。

2）檢查規(guī)則信息

檢查規(guī)則：檢查規(guī)則針對(duì)N-1，是指N-1的校驗(yàn)對(duì)象，即是否需要對(duì)110kV主變過(guò)載進(jìn)行校核，是否需要對(duì) 110線路過(guò)載進(jìn)行校核；是否需要對(duì)220kV主變過(guò)載進(jìn)行校核。以任意組合的形式進(jìn)行校驗(yàn)，缺省對(duì)三項(xiàng)都進(jìn)行校驗(yàn)。

3）全局參數(shù)信息

備自投是否投入。

是否啟動(dòng)過(guò)載聯(lián)切功能。

算法運(yùn)行周期，缺省是10min。

動(dòng)作次數(shù)限值：指單個(gè)備自投動(dòng)作次數(shù)限值，缺省每天15次。

3.2 總體校核規(guī)則

在備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)中，要綜合考慮主變油溫、主變初始負(fù)載率及N-1校核等，一般來(lái)說(shuō)，如果油溫校核壓板是需要退出的，則不再進(jìn)行 N-1校核，如果通過(guò)了油溫校核，則需要繼續(xù)進(jìn)行N-1校核。

3.3 基于變壓器油溫及初始負(fù)載率的在線投退策略

基于變壓器油溫及初始負(fù)載率的在線投退策略可以按文獻(xiàn)［6］中的給出，一般來(lái)說(shuō)，如果備自投關(guān)聯(lián)的設(shè)備為變壓器，則基于變壓器油溫及初始負(fù)載率的投退規(guī)則對(duì)其有影響的包括這個(gè)備自投所關(guān)聯(lián)的變壓器及相應(yīng)片網(wǎng)更高電壓等級(jí)的變壓器，即電源側(cè)的變壓器，通常為220kV變壓器。

3.4 基于設(shè)備N(xiāo)-1的投退規(guī)則

基于設(shè)備N(xiāo)-1的總體流程如圖2所示。從圖2中可以看出，校核的故障設(shè)備的順序?yàn)樵O(shè)備故障后引起動(dòng)作的備自投的個(gè)數(shù)決定，引起動(dòng)作的備自投的個(gè)數(shù)少的故障先校核，然后校核大的。

圖2 N-1校核整體流程

單個(gè)故障設(shè)備引起的備自投的投退策略如圖 3所示。

從圖3中可以看出，在通過(guò)N-1確定動(dòng)作的備自投后，需要進(jìn)一步確定過(guò)載設(shè)備與備自投的映射關(guān)系，從兩個(gè)集合取交集，從而最終確定要投退的備自投集合，并根據(jù)備自投的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行退出計(jì)算，最終消除設(shè)備的過(guò)載。

圖3 單個(gè)設(shè)備故障的備自投投退策略

3.5 備自投動(dòng)作后的過(guò)負(fù)荷聯(lián)切功能

對(duì)電網(wǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)到有故障發(fā)生，同時(shí)有備自投啟動(dòng)并引起本級(jí)或上一級(jí)的主變過(guò)載，則啟動(dòng)過(guò)載聯(lián)切功能，根據(jù)過(guò)載量的大小得到需要切除的開(kāi)關(guān)數(shù)量及信息，最終消除設(shè)備的過(guò)載。

3.6 備自投測(cè)試

一般來(lái)說(shuō)，備自投在投入閉環(huán)運(yùn)行前都必須在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試，才能最終投入到閉環(huán)狀態(tài)，需要進(jìn)行測(cè)試的項(xiàng)目包括：

1）檢查數(shù)據(jù)庫(kù)中備自投關(guān)聯(lián)的壓板點(diǎn)信號(hào)是否正確，是否取壓板點(diǎn)狀態(tài)。

2）檢查數(shù)據(jù)庫(kù)中設(shè)置的策略標(biāo)志是否設(shè)置成開(kāi)環(huán)。

3）檢查廠站備自投信息圖中圖元關(guān)聯(lián)的參數(shù)是否正確。

4）檢查全局控制參數(shù)中是否已經(jīng)考慮負(fù)載率，N-1校核。

5）站內(nèi)所有可以控制的開(kāi)關(guān)刀閘位置打到就地位置，除了備自投壓板點(diǎn)信號(hào)。

6）核對(duì)備自投壓板信號(hào)。

7）人工置入變壓器的各側(cè)電流（三卷變置入高壓測(cè)），使其負(fù)載率大于0.85或其他的各種預(yù)想值；檢測(cè)策略是否正確。

如果各項(xiàng)測(cè)試均正確，則可以將相應(yīng)的備自投由開(kāi)環(huán)改為閉環(huán)狀態(tài)。

3.7 并發(fā)遙控處理

備自投投退策略通常每10min執(zhí)行一次，在負(fù)荷高峰時(shí)通常會(huì)有幾十個(gè)甚至上百個(gè)壓板需要進(jìn)行退出。而這些備自投大部分是屬于不同的變電站的，如果采用順序遙控處理，通常需要近 10min，不能滿足實(shí)時(shí)性的要求，這就要求采用并發(fā)遙控處理，不同變電站的備自投可以同時(shí)進(jìn)行遙控，從而大大節(jié)省遙控時(shí)間。

3.8 異常情況處理

在備自投的壓板投退執(zhí)行過(guò)程中，需要考慮以下異常情況包括：

1）SCADA遙測(cè)數(shù)據(jù)不刷新。

2）狀態(tài)估計(jì)不收斂。

3）備自投每小時(shí)最大遙控次數(shù)。

4）備自投每天最大遙控次數(shù)。

5）相關(guān)變壓器的主變油溫異常，如果備自投設(shè)置考慮油溫，則不改變備自投的壓板的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

6）如果在狀態(tài)估計(jì)計(jì)算中檢測(cè)到與備自投相關(guān)的220kV主變出現(xiàn)壞數(shù)據(jù)，則不對(duì)相應(yīng)的220kV主變進(jìn)行校核。

7）如果在狀態(tài)估計(jì)計(jì)算中檢測(cè)到 110kV主變或110kV線路出現(xiàn)壞數(shù)據(jù)，則不改變當(dāng)前備自投的壓板的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

4 應(yīng)用情況分析

備自投是保障電力系統(tǒng)供電可靠性的重要設(shè)備，廣州電網(wǎng)受一次網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特性影響，迎峰度夏或負(fù)荷高峰時(shí)段，部分重載變電站備自投動(dòng)作會(huì)引起設(shè)備過(guò)載，按照傳統(tǒng)的備自投投退管理方法，大量的備自投需要長(zhǎng)期退出。

4.1 應(yīng)用情況及其效率

系統(tǒng)投運(yùn)前，方式科每季度定期耗費(fèi)大量人力（每周一人次一天）對(duì)全網(wǎng)的備自投壓板情況進(jìn)行分析計(jì)算，并要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行手工壓板投退，系統(tǒng)投運(yùn)后每季度減少了14（周）×8（小時(shí)）×1（人次）=112小時(shí)的人力投入，提高了工作效率，減少了人力成本，解決了人工投退壓板不能解決計(jì)算的實(shí)時(shí)性、壓板投退的快速性等問(wèn)題，提高了軟壓板投退的準(zhǔn)確率和精確率。

備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)已于2014年6月初在廣州電網(wǎng)中投入閉環(huán)運(yùn)行。目前已有46座變電站完成系統(tǒng)接入調(diào)試工作，32座變電站投入ABC自動(dòng)控制功能，重載變電站備自投平均投入率提升超過(guò)60%，日均遙控次數(shù)超40次，遙控成功率100%，實(shí)現(xiàn)備自投運(yùn)行精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高供電可靠性和資產(chǎn)利用率，同時(shí)改變了傳統(tǒng)的備自投投退方法，減輕了調(diào)度值班人員的緊急復(fù)電壓力，提高了工作效率。

4.2 應(yīng)用實(shí)例

2015年01月28日21時(shí)17分，黃埔電廠110kV黃華線發(fā)生永久故障，南崗站#2主變、云埔站#2主變、荷村站#2主變失壓，10kV備自投均正確動(dòng)作，未造成用戶(hù)失壓。云埔站、荷村站 10kV備自投分別于2014年10月15日、16日投入ABC自動(dòng)控制功能，由系統(tǒng)實(shí)時(shí)完成備自投功能投退，ABC系統(tǒng)成功挽救云埔站10kV IIA、IIB母，荷村站10kV IIA、IIB母負(fù)荷，最大限度地保證了供電可靠性。

5 結(jié)論

本文首先給出了備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)的整體構(gòu)建、考慮變壓器油溫、考慮變壓器N-1的備自投投退策略，然后介紹了備自投的測(cè)試技術(shù)及異常情況的處理。廣州供電局的實(shí)際運(yùn)行情況表明，在負(fù)荷高峰時(shí)可將動(dòng)作后會(huì)引起設(shè)備過(guò)載的備自投按一定的邏輯退出運(yùn)行，在負(fù)荷低谷時(shí)如果備自投動(dòng)作后不會(huì)引起設(shè)備過(guò)載，則重新通過(guò)壓板遙控將備自投投入運(yùn)行，從而最大限度地保證電網(wǎng)的供電可靠性。備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)具有非常廣泛的應(yīng)用前景，目前ABC作為一個(gè)可選模塊已經(jīng)納入到南網(wǎng)OS2規(guī)范中，本文提出的備自投壓板投退策略可以高效地運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行效果表明ABC在地區(qū)電網(wǎng)中具有一定的推廣價(jià)值。

［1］丁書(shū)文.電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2007.

［2］潘凱巖，劉仲堯，宋學(xué)清，等.自動(dòng)負(fù)荷控制系統(tǒng)在佛山電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（22）：94-97.

［3］李少謙，張孟君，倪小惠，等.消除330kV變壓器過(guò)載的自動(dòng)負(fù)荷轉(zhuǎn)移控制技術(shù)［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（11）：106-108，115.

［4］潘凱巖，劉仲堯.負(fù)荷轉(zhuǎn)供在線輔助決策系統(tǒng)在大型電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.電氣技術(shù)，2013（5）：54-57.

［5］潘凱巖，譚大帥.基于EMS的智能備自投在線壓板最優(yōu)投退策略［J］.電氣技術(shù)，2015（7）：103-107.

［6］潘凱巖，譚大帥，李俊格，等.考慮負(fù)荷均分及時(shí)序的備自投壓板最優(yōu)投退策略［J］.電氣技術(shù)，2015（12）：102-105.

Application of Automatic BATS Controlling in Guangzhou Power Grid

Li Junge1Pan Kaiyan2Dai Huifang2
（1.Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510620；2.Dongfang Electronics Corporation，Yantai，Shandong 264000）

Automatic BATS controlling system is introduced from the whole architecture in detail in this article.The function includes the function of ABC，the strategy of ABC and the rule of on-ff of ABC.On the other hand，the testing method and maintenance method of Automatic BATS controlling in Guangzhou power grid is introduced.Site operation shows that the proposed method is feasible and it can ensure power distribution reliability.

busbar automatic transfer switch（BATS）； automatic BATS controlling； initial load ratio；N minus one； strap

李俊格（1985-），男，本科，工程師，從事EMS系統(tǒng)軟件的維護(hù)工作。