陳興華,陳錦昌,楊文佳,李新超,于浩
(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心,廣東 廣州510600;2.江蘇華瑞泰科技股份有限公司,江蘇 南京210000)
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安全穩(wěn)定控制措施與備用電源自動(dòng)投入措施的協(xié)調(diào)策略
陳興華1,陳錦昌1,楊文佳1,李新超1,于浩2
(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心,廣東 廣州510600;2.江蘇華瑞泰科技股份有限公司,江蘇 南京210000)
安全穩(wěn)定控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)控”)措施與備用電源自動(dòng)投入(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“備自投”)措施存在互相協(xié)調(diào)的問(wèn)題,針對(duì)傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)對(duì)策略適應(yīng)性較差的缺陷,提出采用基于光纖通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)控跳信機(jī)”)的解決方案。介紹了該方案的基本原理和穩(wěn)控跳信機(jī)的設(shè)計(jì)思想,并對(duì)備自投裝置、穩(wěn)控裝置、通信網(wǎng)絡(luò)的改造進(jìn)行了分析。該方案在廣東省佛山、東莞等地區(qū)應(yīng)用,效果理想。最后指出有效監(jiān)視穩(wěn)控跳信機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)是下一步研究的方向。
安全穩(wěn)定控制;備用電源自動(dòng)投入;穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機(jī)
安全穩(wěn)定控制(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)控”)措施是確保互聯(lián)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。進(jìn)入“十三五”規(guī)劃實(shí)施期,南方電網(wǎng)就逐步拉開(kāi)了異步聯(lián)網(wǎng)的序幕,作為受端的廣東電網(wǎng),直流雙極閉鎖情況下引起的低頻問(wèn)題將成為電網(wǎng)穩(wěn)定的主要問(wèn)題,快速切負(fù)荷措施是防止穩(wěn)定受破壞的必不可少的手段;另一方面,電網(wǎng)解環(huán)點(diǎn)裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“備自投”)裝置,已成為加強(qiáng)電網(wǎng)供電可靠性的常規(guī)措施,在主供電源失去時(shí),自動(dòng)投入備供電源,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的連續(xù)供電[1]。
根據(jù)調(diào)度運(yùn)行的相關(guān)規(guī)定,在穩(wěn)控策略(包括遠(yuǎn)方切負(fù)荷、就地過(guò)流減載、低頻減載和低壓減載等)中,切除的負(fù)荷原則上不得自投于同一供電區(qū)域,以防止穩(wěn)控措施失效,因此穩(wěn)控措施與備自投措施的安排產(chǎn)生了矛盾。如何在確保電網(wǎng)穩(wěn)定不受破壞的前提下提升供電可靠性,成為一個(gè)不可忽視的研究課題。
本文對(duì)傳統(tǒng)的協(xié)調(diào)應(yīng)對(duì)策略及其適應(yīng)性進(jìn)行分析,并提出一種新的解決方案——穩(wěn)控跳閘信息收發(fā)機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“穩(wěn)控跳信機(jī)”)。
調(diào)度運(yùn)行人員通過(guò)時(shí)空交錯(cuò),實(shí)現(xiàn)穩(wěn)控措施與備自投措施的有效適應(yīng)和共存。具體為:
a) 利用電網(wǎng)潮流的峰谷性特點(diǎn),在時(shí)間上進(jìn)行措施切換。供電高峰期,電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題相對(duì)突出,此時(shí)退出備自投措施,確保穩(wěn)控措施的有效性;供電低谷期,電網(wǎng)潮流輕,穩(wěn)定問(wèn)題不突出時(shí)投入備自投措施。這種協(xié)調(diào)配合策略對(duì)于調(diào)度運(yùn)行人員來(lái)說(shuō),管理上非常繁瑣,操作頻繁(即使備自投裝置具備定時(shí)自動(dòng)投退功能),且對(duì)于峰、谷期穩(wěn)定問(wèn)題均較突出的系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng),故此做法實(shí)際上應(yīng)用較少。
b) 方式人員對(duì)穩(wěn)控措施進(jìn)行整定時(shí),將需要備自投的負(fù)荷單元排除于切除之列,只考慮切除不作備自投的負(fù)荷單元,以及備自投至非本區(qū)域的負(fù)荷單元。此做法在一定程度上解決了穩(wěn)控措施與備自投措施的配合問(wèn)題,但是往往造成方式安排上的受限,方式靈活性大為下降,制肘較多。
c) 將主、備供單元均納入穩(wěn)控措施切除對(duì)象之列,且整定為同一切除優(yōu)先級(jí),從而確保主備供線(xiàn)路同時(shí)切除,即使備自投裝置動(dòng)作把負(fù)荷自投到備供線(xiàn)路也能切除到位,同時(shí)備自投措施長(zhǎng)期可用。但此手段也有一定的局限性,只有當(dāng)主、備供線(xiàn)路均在同一站內(nèi)時(shí)才適用。
綜上所述,采用人工干預(yù)的措施解決了某些情況下穩(wěn)控措施與備自投措施的矛盾,但有明顯的局限性,適應(yīng)性不廣。
常規(guī)備自投裝置通常以母線(xiàn)無(wú)壓、主供單元無(wú)流(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“無(wú)壓無(wú)流”)作為啟動(dòng)條件。一般情況下,雖然采取穩(wěn)控措施切除負(fù)荷與變電站因主供單元故障造成失壓均滿(mǎn)足上述啟動(dòng)條件,但事故過(guò)程所呈現(xiàn)的電氣狀態(tài)是有明顯區(qū)別的。因此,現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)了適用于穩(wěn)控措施的備自投裝置,利用電氣狀態(tài)進(jìn)行區(qū)分,當(dāng)識(shí)別為主供單元故障時(shí)開(kāi)放備自投,否則判別為穩(wěn)控措施動(dòng)作而閉鎖備自投[2]。相對(duì)成熟的原理有3種,分別為利用合后位置繼電器(KKJ)、重合閘(reclosing)和母線(xiàn)不平衡電壓U,簡(jiǎn)稱(chēng)“KRU判據(jù)”。具體如下:
a) 開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)時(shí)開(kāi)放備自投。將主供開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)與合后位置信號(hào)進(jìn)行比較,二者不一致時(shí)表明失壓,其原因是主供單元發(fā)生故障造成開(kāi)關(guān)跳閘。備自投裝置在滿(mǎn)足無(wú)壓無(wú)流條件和KRU判據(jù)時(shí)方可啟動(dòng)。此原理適用性較廣,但某些情況(例如終端站點(diǎn))下,主供線(xiàn)路故障時(shí)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘但本側(cè)開(kāi)關(guān)不跳閘,造成原理上無(wú)法適應(yīng)。個(gè)別年代久遠(yuǎn)的變電站,現(xiàn)場(chǎng)也不一定能夠提供合后位置信號(hào)。
b) 檢測(cè)重合閘時(shí)開(kāi)放備自投。啟用了重合閘的線(xiàn)路在發(fā)生非對(duì)稱(chēng)故障時(shí),非故障相的母線(xiàn)電壓會(huì)呈現(xiàn)有壓—無(wú)壓—有壓的變化過(guò)程,區(qū)別于穩(wěn)控切負(fù)荷措施的有壓—無(wú)壓過(guò)程。備自投在無(wú)壓無(wú)流條件且電壓波形滿(mǎn)足KRU判據(jù)時(shí)方可啟動(dòng)。當(dāng)主供線(xiàn)路發(fā)生三相故障時(shí),其電壓波形與切負(fù)荷措施的電壓波形類(lèi)似,此原理將無(wú)法準(zhǔn)確判別[3]。
c) 母線(xiàn)電壓不平衡時(shí)開(kāi)放備自投。主供線(xiàn)路發(fā)生非對(duì)稱(chēng)故障時(shí),檢測(cè)母線(xiàn)的零序電壓或負(fù)序電壓,滿(mǎn)足無(wú)壓無(wú)流條件且零序或負(fù)序電壓高于門(mén)檻值時(shí)方可啟動(dòng)備自投。當(dāng)主供線(xiàn)路發(fā)生三相故障時(shí),此原理將無(wú)能為力,無(wú)法準(zhǔn)確開(kāi)放備自投。
綜上所述,采用KRU判據(jù)的備自投裝置,通過(guò)3個(gè)原理之間的相互補(bǔ)充,多數(shù)情況下能準(zhǔn)確區(qū)分穩(wěn)控切負(fù)荷措施與故障造成的母線(xiàn)失壓。但在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中往往會(huì)遇到下列困難,造成應(yīng)用推進(jìn)受阻:主供線(xiàn)路發(fā)生三相故障且對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘、本側(cè)開(kāi)關(guān)不跳閘的情況,或者上級(jí)線(xiàn)路三相無(wú)故障跳閘的情況,KRU判據(jù)均無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別;電壓不平衡門(mén)檻整定困難,500 kV或220 kV線(xiàn)路發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí),110 kV變電站往往也會(huì)感應(yīng)出電壓不平衡量,且靈敏度不高,難以區(qū)分,存在誤判為110 kV線(xiàn)路故障的可能,從而誤開(kāi)放備自投;須對(duì)電網(wǎng)中現(xiàn)存的大量備自投裝置的軟硬件進(jìn)行適應(yīng)性改造,且相當(dāng)一部分的型號(hào)較為老舊,不具備改造條件,需要直接更換。
為了進(jìn)一步彌補(bǔ)KRU判據(jù)在原理上的缺陷,解決工程實(shí)施上的困難,本文提出利用新型設(shè)備穩(wěn)控跳信機(jī)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)閉鎖備自投的解決方案。
3.1 方案的基本原理
當(dāng)穩(wěn)控執(zhí)行站裝置執(zhí)行切負(fù)荷命令時(shí),在就地跳閘出口基礎(chǔ)上,增加相關(guān)硬接點(diǎn)(一般有多個(gè))開(kāi)出,以驅(qū)動(dòng)穩(wěn)控跳信機(jī)。穩(wěn)控跳信機(jī)收到這些硬接點(diǎn)開(kāi)出量后,經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)分別向各切除單元對(duì)應(yīng)的110 kV變電站的穩(wěn)控跳信機(jī)發(fā)送閉鎖命令報(bào)文。各接收側(cè)的穩(wěn)控跳信機(jī)收到閉鎖命令報(bào)文后,再向備自投裝置發(fā)出閉鎖信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)備自投裝置的精準(zhǔn)閉鎖。方案的基本原理如圖1所示。
圖1 方案原理
由此可見(jiàn),方案實(shí)現(xiàn)需要圍繞4個(gè)方面開(kāi)展工作:穩(wěn)控跳信機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、備自投裝置側(cè)改造、穩(wěn)控裝置側(cè)改造和通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。
3.2 穩(wěn)控跳信機(jī)原理設(shè)計(jì)
穩(wěn)控跳信機(jī)采用1 U(1 U=4.445 cm)高度的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式設(shè)計(jì),110 V或220 V直流電源供電,以方便在原有穩(wěn)控裝置和備自投裝置的屏柜中增設(shè)。
穩(wěn)控跳信機(jī)設(shè)有執(zhí)行站側(cè)和備自投側(cè)2種模式,根據(jù)放置點(diǎn)不同,使用切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行模式切換。設(shè)置16組獨(dú)立接口,各組接口相互獨(dú)立、互不影響。每組接口包括A、B、C 3種類(lèi)型,A型接口為普通電口,專(zhuān)門(mén)用于在執(zhí)行站側(cè)模式下接收穩(wěn)控執(zhí)行站裝置發(fā)出的閉鎖信號(hào);B型接口為普通電口,專(zhuān)門(mén)用于在備自投側(cè)模式下向備自投裝置發(fā)出閉鎖信號(hào);C型接口為同軸電纜接口,當(dāng)裝置處于執(zhí)行站側(cè)模式時(shí)負(fù)責(zé)向通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送通信報(bào)文,當(dāng)裝置處于備自投側(cè)模式時(shí)負(fù)責(zé)接收通信網(wǎng)絡(luò)的通信報(bào)文。因此,若穩(wěn)控跳信機(jī)安裝于穩(wěn)控執(zhí)行站裝置內(nèi),則使用A型和C型接口;若穩(wěn)控跳信機(jī)安裝于備自投裝置內(nèi),則使用B型和C型接口。
因涉及到通信問(wèn)題,穩(wěn)控跳信機(jī)應(yīng)具備可靠的報(bào)文校驗(yàn)機(jī)制。由于方案的通信報(bào)文為執(zhí)行站→備自投的單向流動(dòng),故當(dāng)裝置處于備自投側(cè)模式時(shí),任一組接口收到連續(xù)3幀閉鎖信息報(bào)文,設(shè)備方可發(fā)出閉鎖開(kāi)出信號(hào),開(kāi)出信號(hào)持續(xù)時(shí)間為2 s,然后強(qiáng)制返回。
此外,穩(wěn)控跳信機(jī)還具備異常和動(dòng)作告警等基本功能等,鑒于篇幅原因在此不贅述。
3.3 穩(wěn)控裝置側(cè)改造
3.3.1 硬件
首先,在原有穩(wěn)控裝置的基礎(chǔ)上,根據(jù)接入負(fù)荷單元的規(guī)模,增加相應(yīng)數(shù)量的開(kāi)出量并作為穩(wěn)控跳信機(jī)的硬接點(diǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào);其次,在穩(wěn)控裝置屏內(nèi)部放置新增的穩(wěn)控跳信機(jī),并完成屏內(nèi)配線(xiàn),包括將穩(wěn)控裝置各出口閉鎖信號(hào)回路引入穩(wěn)控跳信機(jī)的A型接口和供電回路,一般情況下,穩(wěn)控裝置屏柜內(nèi)部均有足夠的空間放置穩(wěn)控跳信機(jī);最后,從穩(wěn)控通信機(jī)對(duì)應(yīng)的C型接口引出同軸電纜至站內(nèi)通信接口屏。
某些情況下會(huì)遇到1條110 kV負(fù)荷線(xiàn)路T接多個(gè)負(fù)荷站點(diǎn),即切除1個(gè)負(fù)荷單元時(shí)需同時(shí)閉鎖多個(gè)備自投裝置。此時(shí),可在穩(wěn)控裝置屏柜上增加橫排端子,使該110 kV負(fù)荷線(xiàn)路對(duì)應(yīng)的閉鎖開(kāi)出信號(hào)通過(guò)橫排端子并接相應(yīng)數(shù)量的信號(hào),再接入穩(wěn)控跳信機(jī)。
當(dāng)穩(wěn)控裝置的屏柜數(shù)量多于1個(gè)時(shí),對(duì)穩(wěn)控跳信機(jī)宜優(yōu)先考慮置入帶出口回路的屏柜,可使回路接線(xiàn)改造工作量最少。
3.3.2 軟件
需對(duì)穩(wěn)控裝置原有的策略進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。對(duì)于穩(wěn)控切負(fù)荷裝置,常規(guī)策略包括遠(yuǎn)方切負(fù)荷、線(xiàn)路“N-2”切負(fù)荷、主變壓器或線(xiàn)路過(guò)流切負(fù)荷、低頻切負(fù)荷和低壓切負(fù)荷等。其中,遠(yuǎn)方切負(fù)荷、低頻切負(fù)荷和低壓切負(fù)荷功能往往是應(yīng)對(duì)主網(wǎng)嚴(yán)重故障下的緊急控制措施,故此類(lèi)控制措施不允許采取備自投措施;線(xiàn)路“N-2”切負(fù)荷、主變壓器或線(xiàn)路過(guò)流切負(fù)荷功能則根據(jù)運(yùn)行方式和實(shí)際情況而定,存在允許將切除的負(fù)荷自投至其他供電區(qū)域供電的可能性。因此,對(duì)穩(wěn)控裝置整定策略的優(yōu)化,增加了閉鎖信號(hào)發(fā)送策略定值表的整定,見(jiàn)表1。
表1 閉鎖信號(hào)發(fā)送策略定值
以表1的整定值為例,當(dāng)穩(wěn)控裝置的線(xiàn)路“N-2”策略動(dòng)作時(shí),將同時(shí)發(fā)出對(duì)負(fù)荷單元1、2閉鎖備自投的信號(hào),負(fù)荷單元8則不閉鎖備自投;當(dāng)主變壓器或線(xiàn)路過(guò)流策略動(dòng)作時(shí),只有負(fù)荷單元2的備自投不被閉鎖。
3.4 備自投裝置側(cè)改造
一般備自投裝置均設(shè)有外部閉鎖開(kāi)入節(jié)點(diǎn),當(dāng)該節(jié)點(diǎn)收到開(kāi)入量信號(hào)時(shí),備自投裝置將直接放電閉鎖。改造時(shí)將穩(wěn)控跳信機(jī)安裝在備自投裝置屏柜內(nèi),并完成屏內(nèi)配線(xiàn),包括將電纜從穩(wěn)控跳信機(jī)的B型接口引至備自投裝置的外部閉鎖開(kāi)入節(jié)點(diǎn)以及穩(wěn)控跳信機(jī)的供電回路等,一般情況下備自投裝置屏柜內(nèi)部有足夠的空間放置穩(wěn)控跳信機(jī);最后,從穩(wěn)控通信機(jī)對(duì)應(yīng)的C型接口引出同軸電纜至站內(nèi)通信接口屏。
方案有效利用了此閉鎖節(jié)點(diǎn),無(wú)需更新原有備自投裝置的軟件程序,即可簡(jiǎn)單、方便地達(dá)到目的,改造工作量少。
3.5 通信網(wǎng)絡(luò)
方案需要穩(wěn)控執(zhí)行站站點(diǎn)至相關(guān)配置了備自投措施的站點(diǎn)之間具有光纖通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路,以實(shí)現(xiàn)命令的快速傳輸。近年來(lái),電力系統(tǒng)的配套通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)飛速發(fā)展,光纖通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面日益擴(kuò)大,為本方案的工程實(shí)施推廣提供了強(qiáng)有力的保障。
3.6 評(píng)價(jià)及應(yīng)用
本方案與前方案相比,具有以下優(yōu)點(diǎn):
a) 原理上不存在誤閉鎖或拒閉鎖的可能。只要有光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋的站點(diǎn),無(wú)論是110 kV側(cè)還是10 kV、20 kV側(cè)備自投裝置,均可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確閉鎖。
b) 最大限度地減少了工程改造工作量。除卻在原穩(wěn)控裝置和備自投裝置內(nèi)增設(shè)1臺(tái)跳信機(jī)及站內(nèi)敷設(shè)同軸通信電纜,主要的改造工作量是原穩(wěn)控裝置屏內(nèi)增加開(kāi)出量接線(xiàn)。
c) 采用硬接點(diǎn)作為與穩(wěn)控裝置、備自投裝置的輸入、輸出接口,通用性更強(qiáng)。穩(wěn)控跳信機(jī)屬于第三方設(shè)備,可以不受原有穩(wěn)控裝置和備自投裝置生產(chǎn)廠家的限制進(jìn)行生產(chǎn)。
d) 整定難度更低。目前穩(wěn)控跳信機(jī)產(chǎn)品已順利通過(guò)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)鑒定,并在廣東省佛山、東莞等多個(gè)地區(qū)應(yīng)用,工程效果理想。
對(duì)于110 kV及以下電壓等級(jí)的存量備自投裝置,在具備光纖通信網(wǎng)絡(luò)的條件下,宜優(yōu)先采用穩(wěn)控跳信機(jī)的解決方案;對(duì)于110 kV及以下電壓等級(jí)的新建備自投裝置,則宜優(yōu)先采用KRU判據(jù)邏輯,必要時(shí)可疊加穩(wěn)控跳信機(jī),以進(jìn)一步提高閉鎖準(zhǔn)確性。
隨著穩(wěn)控跳信機(jī)的應(yīng)用,須補(bǔ)充相關(guān)管理?xiàng)l款,以厘清其調(diào)度管轄關(guān)系和運(yùn)維要求;另一方面,如何有效監(jiān)視穩(wěn)控跳信機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài),是下一步需要研究的方向。
[1] 楊文佳,張蔭群,吳國(guó)炳,等.廣東電網(wǎng)備用電源自動(dòng)投入裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù), 2009, 3(增刊):103-107.
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[2] 潘書(shū)燕,呂良君,周洪濤,等.一種適用于安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的備用電源自投裝置[J].電力自動(dòng)化設(shè)備, 2007, 27(2):114-117.
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[3] 陳茂英.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在應(yīng)用中相關(guān)問(wèn)題的探討[J].繼電器, 2007, 35(增刊):425-430.
CHEN Maoying.Discussion on the Related Problems in the Application of Security and Stability Control System[J].Relay,2007,35(Supplement):425-430.
(編輯 李麗娟)
Coordination Strategy for Security and Stability Control Measures and Automatic Switching-in Measures for Reserve Power Supply
CHEN Xinghua1, CHEN Jinchang1, YANG Wenjia1, LI Xinchao1, YU Hao2
(1.Guangdong Power Grid Power Dispatching Control Center, Guangzhou, Guangdong 510600, China; 2.Jiangsu HRT Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000, China)
There are problems of coordination between security and stability control measures and automatic switching-in measures for reserve power supply, in allusion to defect of poor adaptability of traditional coordination strategy, this paper proposes an offer to use stability control signal transceiver based on fiber communication network.It introduces fundamental principles of this scheme and design ideas of the transceiver, and analyzes transformation on the automatic bus transfer equipment, stability control device and communication network.This scheme has been applied in Foshan, Dongguan and other areas which is proved to be effective.It finally points out effect monitoring on real-time state of the transceiver is the next research direction.
security and stability control; automatic switching-in of reserve power supply; stability control signal transceiver
2016-05-24
10.3969/j.issn.1007-290X.2016.11.021
TM712;TM762.1
B
1007-290X(2016)11-0110-04
陳興華(1977),男,廣東廣州人。高級(jí)工程師,工學(xué)碩士,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制與管理工作。
陳錦昌(1981),男,廣東羅定人。高級(jí)工程師,工程碩士,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制與管理工作。
楊文佳(1982),女,廣東汕頭人。高級(jí)工程師,工學(xué)碩士,主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制與管理工作。