唐昱恒，鄧輝，袁軍強(qiáng)，殷小軍，王磊

(國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司武漢供電公司，湖北 武漢 430014)

當(dāng)前對(duì)區(qū)域備用電源自動(dòng)投入裝置(簡(jiǎn)稱“備自投”)技術(shù)的研究已較為深入，研究重心集中在區(qū)域備自投系統(tǒng)的體系架構(gòu)[1-4]、動(dòng)作邏輯[5-7]、網(wǎng)絡(luò)通信[8-10]和時(shí)間同步方法[11]的研發(fā)及論證上。重要研究成果之一，是基于實(shí)時(shí)信息的區(qū)域備自投系統(tǒng)，可應(yīng)用于串行供電網(wǎng)絡(luò)或復(fù)雜區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(非串行結(jié)構(gòu))[12-13]中，通過(guò)實(shí)時(shí)采集區(qū)域電網(wǎng)故障時(shí)的全景信息，進(jìn)行自適應(yīng)綜合判斷，隔離故障并按整定時(shí)限投入備用電源開(kāi)關(guān)，有效解決了串行供電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，如何快速恢復(fù)供電的問(wèn)題，對(duì)降低串行供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性安全風(fēng)險(xiǎn)、提高供電可靠性具有重要意義。

然而，目前區(qū)域備自投動(dòng)作邏輯的校驗(yàn)(調(diào)試)均采用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀(real time digital simulator，RTDS)系統(tǒng)仿真測(cè)試[13-15]。該方法屬于實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)法[16]，局限于設(shè)備單體出廠檢驗(yàn)階段，無(wú)法校驗(yàn)安裝完畢后現(xiàn)場(chǎng)裝置、通信網(wǎng)絡(luò)及二次回路接線的正確完好性。而且，對(duì)于已投運(yùn)的區(qū)域備自投系統(tǒng)，因裝置已經(jīng)組屏，不易拆卸運(yùn)輸，RTDS仿真測(cè)試無(wú)法實(shí)施和及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)元件故障或程序缺陷。因此，使用繼保測(cè)試儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的重要性不言而喻。

因區(qū)域備自投系統(tǒng)的主、子裝置分布在不同變電站內(nèi)，若沿用常規(guī)微機(jī)保護(hù)裝置的調(diào)試思路，對(duì)各子裝置的合并終端以電壓、電流模擬量及開(kāi)關(guān)量做全環(huán)節(jié)整體校驗(yàn)，需多人異地同時(shí)有序配合，可行性和工作效率極低，有效而規(guī)范的現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方法亟待研究。

為此，本文對(duì)廣泛應(yīng)用于串行網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行狀態(tài)序列分析，提出基于面向通用對(duì)象的變電站事件(generic object oriented substation event，GOOSE)開(kāi)出矩陣的區(qū)域備自投現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方法。采用繼保測(cè)試儀按該方法對(duì)湖北電網(wǎng)實(shí)際區(qū)域備自投系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)，分析聯(lián)調(diào)結(jié)果，驗(yàn)證本文提出方法的有效性。

1 串行供電網(wǎng)絡(luò)區(qū)域備自投聯(lián)調(diào)理論分析

1.1 區(qū)域備自投系統(tǒng)及其現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方案

適用于串行網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域備自投系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)控制主裝置及若干子裝置，主、子裝置分布在不同變電站內(nèi)。控制主裝置與各子裝置間通過(guò)區(qū)域過(guò)程層GOOSE通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互，子裝置將電氣量標(biāo)志位(母線有/無(wú)電壓，開(kāi)關(guān)無(wú)電流等)及開(kāi)關(guān)量(開(kāi)關(guān)跳位、保護(hù)動(dòng)作等)上送主裝置，主裝置綜合判斷，將跳合閘信息下送子裝置，后者及其合并終端完成所涉開(kāi)關(guān)的跳合閘。

現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)工作需校驗(yàn)該系統(tǒng)所有動(dòng)作邏輯、通信網(wǎng)絡(luò)信息交互的正確無(wú)誤，同時(shí)驗(yàn)明所涉開(kāi)關(guān)的控制回路完好。依據(jù)國(guó)家繼電保護(hù)裝置調(diào)試作業(yè)規(guī)范[17-20]，結(jié)合區(qū)域備自投系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出以下現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方案：

a)區(qū)域備自投系統(tǒng)控制主站(控制主裝置所在變電站)工作人員采用數(shù)字式繼保測(cè)試儀對(duì)主裝置施加GOOSE開(kāi)出矩陣激勵(lì)(即模擬故障時(shí)各子裝置的上送GOOSE信息，輸入主裝置)，各子站(子裝置所在變電站)工作人員檢查子裝置及相應(yīng)開(kāi)關(guān)的響應(yīng)(保護(hù)跳/合閘指示燈、出口壓板電位、開(kāi)關(guān)分合等)情況?？尚ｒ?yàn)區(qū)域備自投所有動(dòng)作邏輯、區(qū)域過(guò)程層通信網(wǎng)及子站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以太網(wǎng)GOOSE下送通信、開(kāi)關(guān)控制回路的正確性。

b)子站工作人員對(duì)子裝置的合并終端施加激勵(lì)，主站工作人員在主裝置處檢查子裝置對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)(電氣量標(biāo)志位、開(kāi)關(guān)量)是否正確?？赏瓿勺友b置整定值校驗(yàn)，同時(shí)也可驗(yàn)證子站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以太網(wǎng)采樣值(sampled value，SV)、GOOSE通信以及區(qū)域過(guò)程層通信網(wǎng)GOOSE上送通信的正確性。此部分工作依據(jù)國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)方法即可。至此，區(qū)域備自投系統(tǒng)聯(lián)調(diào)完畢。

該方案無(wú)需多人異地同時(shí)有序配合，符合智能化保護(hù)調(diào)試作業(yè)規(guī)范。該方案的核心是建立調(diào)試所需的GOOSE開(kāi)出矩陣。

1.2 區(qū)域備自投動(dòng)作行為的狀態(tài)序列分析

典型串行供電網(wǎng)絡(luò)(以2個(gè)220 kV，3個(gè)110 kV變電站為例)如圖1所示，M、N為220 kV變電站，A、B、C為110 kV變電站，串行網(wǎng)絡(luò)為M(110 kV母線)—A(I母)—B(I母)—C(I母)—N(110 kV母線)，其開(kāi)環(huán)點(diǎn)可為任一開(kāi)關(guān)。

圖1 典型串行供電網(wǎng)絡(luò)Fig.1 Typical serial power grid

對(duì)串行網(wǎng)絡(luò)中的不同故障點(diǎn)，區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作行為均可概括為：追跳緊鄰故障點(diǎn)的失電壓變電站主供電源開(kāi)關(guān)，合上故障前位于串行供電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)點(diǎn)處的開(kāi)關(guān)。若串行網(wǎng)絡(luò)中存在外橋接線變電站，而故障發(fā)生于外橋接線變電站的進(jìn)線上，則區(qū)域備自投所追跳的開(kāi)關(guān)為該變電站的橋開(kāi)關(guān)。

以圖1中K點(diǎn)發(fā)生故障為例，采用狀態(tài)序列法分析區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯：

狀態(tài)1：正常運(yùn)行態(tài)，A、B、C站I母均有電壓，A、B、C站05開(kāi)關(guān)及A、C站07開(kāi)關(guān)運(yùn)行，B07開(kāi)關(guān)熱備用。

狀態(tài)2：MA線保護(hù)動(dòng)作跳M111開(kāi)關(guān)，A、B站I母失電壓，A05無(wú)電流，區(qū)域備自投延時(shí)T1追跳A05。

狀態(tài)3：A05已跳閘，C站I母有電壓，區(qū)域備自投延時(shí)T2合B07。

狀態(tài)4：A、B站I母電壓恢復(fù)，A05在分位狀態(tài)，B07在合位狀態(tài)。

各子裝置將上送相關(guān)GOOSE狀態(tài)量至主裝置，與之對(duì)應(yīng)的狀態(tài)序列見(jiàn)表1。

表1 區(qū)域備自投動(dòng)作過(guò)程的狀態(tài)序列Tab.1 State sequences of action procedure of regional BATS

1.3 調(diào)試所需的GOOSE開(kāi)出矩陣

采用向量形式描述表1所示狀態(tài)序列，并將變位規(guī)律相同的GOOSE量用同一行向量表示，建立式(1)矩陣。

(1)

式(1)中：T1=(1,0,0,1)，反映開(kāi)環(huán)點(diǎn)故障側(cè)失電壓變電站母線有電壓；T2=(0,1,1,0)，反映失電壓變電站母線無(wú)電壓、失電壓變電站間聯(lián)絡(luò)線開(kāi)關(guān)無(wú)電流；T3=(0,0,1,1)，反映緊鄰故障點(diǎn)開(kāi)關(guān)跳位；T4=(0,1,1,1)，反映緊鄰故障點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)電流(T2或T4還可反映閉鎖開(kāi)入量)；T5=(1,1,1,0)，反映開(kāi)環(huán)點(diǎn)所在聯(lián)絡(luò)線開(kāi)關(guān)無(wú)電流、開(kāi)環(huán)點(diǎn)開(kāi)關(guān)跳位；T6=(1,1,1,1)，反映開(kāi)環(huán)點(diǎn)非故障側(cè)變電站母線有電壓。

可見(jiàn)，矩陣T即為調(diào)試所需的GOOSE開(kāi)出矩陣。在繼保測(cè)試儀中，按矩陣T各個(gè)行向量的含義設(shè)置開(kāi)出映射即可，1對(duì)應(yīng)開(kāi)出“合”，0對(duì)應(yīng)開(kāi)出“分”。

此外，若變電站母線或外橋接線的變電站進(jìn)線故障，需增加行向量T7=(1,0,0,0)，形成式(2)所示的增廣矩陣

(2)

式(2)中T7=(1,0,0,0)，反映母線故障的變電站母線有電壓。

2 聯(lián)調(diào)實(shí)例分析

2.1 湖北電網(wǎng)首個(gè)區(qū)域備自投系統(tǒng)

湖北電網(wǎng)首個(gè)區(qū)域備自投系統(tǒng)，應(yīng)用于武漢鍋?lái)斏阶冸娬?簡(jiǎn)稱“站”，下同)、新農(nóng)站、蔡甸站、知音站、何灣站組成的串行供電網(wǎng)絡(luò)，控制主站為知音站，子站分別為蔡甸站、新農(nóng)站、控制知音04(簡(jiǎn)稱“知04”，其他類推)、知05、知06、知07、蔡03、農(nóng)03開(kāi)關(guān)，可自適應(yīng)鍋?lái)斏?新農(nóng)-蔡甸-知音-何灣站串行供電網(wǎng)絡(luò)的3種典型運(yùn)行方式：

a)網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)的自投方式。鍋?lái)斏?新農(nóng)-蔡甸-知音-何灣站串行供電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行方式如圖2所示。知音站何知I、II線運(yùn)行，110 kV母線分段開(kāi)關(guān)知04熱備用，蔡甸站外橋開(kāi)關(guān)蔡03熱備用，新農(nóng)站外橋開(kāi)關(guān)農(nóng)03運(yùn)行。此時(shí)區(qū)域備自投系統(tǒng)運(yùn)行方式為自投方式1。

圖2 串行供電網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行方式Fig.2 Normal operation mode of serial power grid

自投方式1工況下，針對(duì)不同故障點(diǎn)(元件)，區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作情況見(jiàn)表2。

表2 區(qū)域備自投方式1動(dòng)作情況Tab.2 Action of regional BATS in mode 1

b)網(wǎng)絡(luò)檢修運(yùn)行時(shí)的自投方式。知音站何知I線(II線)檢修、何知II線(I線)運(yùn)行，110 kV母線分段開(kāi)關(guān)知04運(yùn)行，串行供電網(wǎng)絡(luò)中其他開(kāi)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)與正常運(yùn)行方式相同，此時(shí)區(qū)域備自投系統(tǒng)運(yùn)行方式為自投方式2(3)。針對(duì)不同故障點(diǎn)，區(qū)域備自投的動(dòng)作行為同樣遵循“追跳緊鄰故障點(diǎn)的失電壓變電站主供電源開(kāi)關(guān)，合上故障前位于串行供電網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)點(diǎn)處的開(kāi)關(guān)”原則，不再贅述。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)分析

采用豪邁繼保之星—6000C測(cè)試儀，讀取區(qū)域備自投文件，完成IEC 61850相應(yīng)配置，連接調(diào)試光纖至PCS-998M裝置NR1136插件的接收光口后，即可開(kāi)始聯(lián)調(diào)。

區(qū)域備自投的完整自投策略共計(jì)12項(xiàng)，按故障位置分類，相應(yīng)的動(dòng)作情況見(jiàn)表3，據(jù)此逐項(xiàng)進(jìn)行動(dòng)作邏輯校驗(yàn)(含閉鎖條件校驗(yàn))。式(1)所示GOOSE開(kāi)出矩陣適用于知音站進(jìn)線故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)，式(2)所示GOOSE開(kāi)出矩陣適用于鍋農(nóng)線故障或知音站母線故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)。

表3 完整自投策略Tab.3 Complete strategy of automatic switch

為驗(yàn)明所涉開(kāi)關(guān)控制回路的完好性，并涵蓋各個(gè)自投方式，至少需選取以下4項(xiàng)策略進(jìn)行聯(lián)調(diào)分析，體現(xiàn)本文所提出現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方法的正確及有效性：

a)自投方式1的何知I、II線同時(shí)故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)。按式(1)開(kāi)出矩陣T設(shè)置各開(kāi)出通道合/分狀態(tài)、開(kāi)出映射，狀態(tài)1、狀態(tài)4的觸發(fā)方式設(shè)置為按鍵觸發(fā)，狀態(tài)2、狀態(tài)3設(shè)置為時(shí)間觸發(fā)，試驗(yàn)時(shí)間在對(duì)應(yīng)整定值基礎(chǔ)上增加100 ms[20]裕度(下同)，動(dòng)作報(bào)文見(jiàn)表4，區(qū)域備自投動(dòng)作正確。

表4 區(qū)域備自投動(dòng)作報(bào)文1Tab.4 Action report 1 of regional BATS

由表4可知：知05、知06間隔的合并終端保護(hù)跳閘燈亮，保護(hù)跳閘壓板下端有瞬時(shí)正電位；蔡03、知04間隔的合并終端合閘燈亮，保護(hù)合閘壓板下端有瞬時(shí)正電位(不停電定檢；若具備停電條件，可帶檢修開(kāi)關(guān)整組傳動(dòng)，下同)。這說(shuō)明區(qū)域備自投系統(tǒng)中，知05、06的跳閘回路及知04、蔡03開(kāi)關(guān)的合閘回路完好、正確。

在T2(或T4)通道增加以下任一GOOSE上送量：①知音站GOOSE_知蔡線路保護(hù)動(dòng)作；②蔡甸站GOOSE_知蔡線路保護(hù)動(dòng)作；③蔡甸站GOOSE_農(nóng)蔡線路保護(hù)動(dòng)作；④新農(nóng)站GOOSE_農(nóng)蔡線路保護(hù)動(dòng)作?？尚ｒ?yàn)區(qū)域備自投方式1工況下的閉鎖條件，自投方式1充電完畢后，按鍵觸發(fā)進(jìn)入狀態(tài)2時(shí)刻，區(qū)域備自投放電，終止動(dòng)作，證明閉鎖條件無(wú)誤。

b)自投方式2的鍋農(nóng)線故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)。按式(2)開(kāi)出矩陣T′設(shè)置各開(kāi)出通道的合/分狀態(tài)、開(kāi)出映射，動(dòng)作報(bào)文見(jiàn)表5，區(qū)域備自投動(dòng)作正確。

表5 區(qū)域備自投動(dòng)作報(bào)文2Tab.5 Action report 2 of regional BATS

由表5可知：農(nóng)03間隔的合并終端保護(hù)跳閘燈亮，保護(hù)跳閘壓板下端有瞬時(shí)正電位，說(shuō)明區(qū)域備自投系統(tǒng)中，農(nóng)03開(kāi)關(guān)的跳閘回路完好、正確。方式2閉鎖條件的校驗(yàn)同a)。

c)自投方式2的知音站II母故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)。按式(2)開(kāi)出矩陣T′設(shè)置各開(kāi)出通道的合/分狀態(tài)、開(kāi)出映射，動(dòng)作報(bào)文見(jiàn)表6，區(qū)域備自投動(dòng)作正確。

表6 區(qū)域備自投動(dòng)作報(bào)文3Tab.6 Action report 3 of regional BATS

由表6可知：知04間隔的合并終端保護(hù)跳閘燈亮，保護(hù)跳閘壓板下端有瞬時(shí)正電位，說(shuō)明區(qū)域備自投系統(tǒng)中，知04開(kāi)關(guān)的跳閘回路完好、正確。

d)自投方式3的知音站I母故障動(dòng)作邏輯校驗(yàn)。按式(2)開(kāi)出矩陣T′設(shè)置各開(kāi)出通道合/分狀態(tài)、開(kāi)出映射，動(dòng)作報(bào)文見(jiàn)表7，區(qū)域備自投動(dòng)作正確。

表7 區(qū)域備自投動(dòng)作報(bào)文4Tab.7 Action report 4 of regional BATS

由表7可知：知07間隔的合并終端保護(hù)跳閘燈亮，保護(hù)跳閘壓板下端有瞬時(shí)正電位，說(shuō)明區(qū)域備自投系統(tǒng)中，知07開(kāi)關(guān)的跳閘回路完好、正確。至此，區(qū)域備自投系統(tǒng)所涉開(kāi)關(guān)的控制回路完好性驗(yàn)證完畢。

方式3閉鎖條件的校驗(yàn)同a)。至此，所有自投方式下的閉鎖條件均得到校驗(yàn)，無(wú)誤。

動(dòng)作報(bào)文表明:區(qū)域備自投動(dòng)作正確，同時(shí)也驗(yàn)證了區(qū)域過(guò)程層通信網(wǎng)及子站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以太網(wǎng)GOOSE下送通信的正確性,從而驗(yàn)證本文提出的聯(lián)調(diào)方法、建立的GOOSE開(kāi)出矩陣正確有效。

3 結(jié)論

本文對(duì)廣泛應(yīng)用于串行網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程進(jìn)行狀態(tài)序列分析，提出基于GOOSE開(kāi)出矩陣的區(qū)域備自投現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)方法，并得出以下結(jié)論：

a)串行網(wǎng)絡(luò)區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作過(guò)程可采用狀態(tài)序列分析，將各狀態(tài)中控制主裝置應(yīng)采集到的GOOSE狀態(tài)量列寫為向量形式，變位規(guī)律相同的GOOSE量用同一行向量表示，即可建立聯(lián)調(diào)所需的GOOSE開(kāi)出矩陣，且其通用性良好。矩陣各行向量含義明確，是繼保測(cè)試儀開(kāi)出映射的設(shè)置依據(jù)。

b)現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)實(shí)例表明，基于GOOSE開(kāi)出矩陣的聯(lián)調(diào)方法可準(zhǔn)確校驗(yàn)區(qū)域備自投系統(tǒng)的動(dòng)作邏輯，同時(shí)可驗(yàn)證區(qū)域過(guò)程層通信網(wǎng)及子站點(diǎn)對(duì)點(diǎn)以太網(wǎng)信息交互的正確性、二次回路的正確完好性，克服了RTDS仿真測(cè)試的不足，無(wú)需異地多人同時(shí)有序配合，為區(qū)域備自投系統(tǒng)竣工驗(yàn)收、投運(yùn)后的定期檢驗(yàn)工作提供了有益經(jīng)驗(yàn)。