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        一種分區(qū)電源合解環(huán)裝置在寧波電網(wǎng)的應(yīng)用

        2021-07-08 06:41:34袁士超張志雄
        農(nóng)村電氣化 2021年6期

        袁士超,張志雄,譚 智,羅 軼,朱 耿

        (國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司,浙江 寧波 315010)

        地區(qū)電網(wǎng)按電壓等級(jí)和供電區(qū)域分層分區(qū)[1],其中,寧波地區(qū)500kV主干網(wǎng)架環(huán)網(wǎng)運(yùn)行,220kV網(wǎng)架分供區(qū)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行,110kV網(wǎng)架閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行。環(huán)網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備停役通過(guò)解環(huán)操作轉(zhuǎn)移潮流,不存在停電情況。但涉及110kV等電壓等級(jí)開環(huán)終端運(yùn)行設(shè)備停役,同一供區(qū)內(nèi)可通過(guò)合解環(huán)操作轉(zhuǎn)移負(fù)荷,在不同供區(qū)情況下,考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響[2-3],只能通過(guò)短時(shí)停電的冷倒方式轉(zhuǎn)移負(fù)荷,對(duì)用戶的供電可靠性存在較大影響。

        如何通過(guò)理論創(chuàng)新和技術(shù)實(shí)現(xiàn),減少或避免電網(wǎng)設(shè)備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生,是未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),該基礎(chǔ)從安全穩(wěn)定、繼電保護(hù)、合解環(huán)異常三個(gè)層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性,結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設(shè)計(jì)邏輯,將裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行,取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面顯著成效,值得全面推廣。

        1 分區(qū)電源合解環(huán)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

        分區(qū)電源合環(huán)相當(dāng)于在電網(wǎng)原有設(shè)計(jì)運(yùn)行方式中增加一種新的運(yùn)行方式,該方式對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行存在一定影響[4],該影響主要體現(xiàn)在電網(wǎng)合解環(huán)過(guò)程中的三個(gè)方面:

        長(zhǎng)時(shí)間電磁環(huán)網(wǎng)影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        運(yùn)行方式改變會(huì)造成繼電保護(hù)失配,此時(shí)發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。

        合環(huán)成功、解環(huán)異常情況下處理時(shí)間較長(zhǎng),影響事故處理能力和應(yīng)急處置水平。

        以下分別就上述3方面情況做出分析并提出可行性方案。

        1.1 安全穩(wěn)定情況分析

        寧波電網(wǎng)設(shè)備均位于500kV主干網(wǎng)架下,接線角差相同情況下的合環(huán)電流屬于電磁環(huán)網(wǎng)下的過(guò)載電流,非短路電流,電流幅值遠(yuǎn)小于短路情況,滿足設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定要求。同時(shí),設(shè)備短路電流熱效應(yīng)由于合環(huán)電流It遠(yuǎn)小于短路電流Id,當(dāng)取合環(huán)時(shí)間t接近于0,電流熱效應(yīng)即可遠(yuǎn)小于短路情況:

        合環(huán)電流It?Id,取合環(huán)時(shí)間t→0,可得到

        因此,只須合環(huán)時(shí)間t取0,實(shí)際為開關(guān)固有分閘時(shí)間(30ms左右),分區(qū)電源合解環(huán)過(guò)程即滿足各設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定要求。

        1.2 繼電保護(hù)情況分析

        理論上分區(qū)電源合環(huán)情況下會(huì)造成繼電保護(hù)失配,需要對(duì)保護(hù)進(jìn)行調(diào)整[5-8]。實(shí)際分區(qū)電源合環(huán)點(diǎn)在線路末端下級(jí)變電站主變高壓側(cè)或低壓側(cè),所涉及線路保護(hù)及主變后備保護(hù)均為非速斷類保護(hù),據(jù)此特點(diǎn),如合環(huán)時(shí)間取值為0,解環(huán)等效于速斷保護(hù)動(dòng)作,不會(huì)引起其他保護(hù)誤動(dòng),保護(hù)的相關(guān)配合也無(wú)須調(diào)整。

        1.3 合解環(huán)異常情況分析

        在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行操作過(guò)程中,可能會(huì)遇到開關(guān)手動(dòng)分閘失敗的情況,如該情況發(fā)生在分區(qū)電源合解環(huán)時(shí),調(diào)度須根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景綜合判斷后調(diào)整解環(huán)方式,期間合環(huán)狀態(tài)將保持,增加了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

        此風(fēng)險(xiǎn)可通過(guò)預(yù)設(shè)合理的解環(huán)邏輯解決。合解環(huán)過(guò)程一般涉及3個(gè)開關(guān),當(dāng)目標(biāo)解環(huán)開關(guān)分閘失敗后,可將合環(huán)開關(guān)作為第二解環(huán)開關(guān)再次解環(huán),仍失敗則可用第三個(gè)開關(guān)進(jìn)行解環(huán)。3個(gè)開關(guān)均操作失敗為設(shè)備N-3情況,實(shí)際運(yùn)行不予考慮。

        2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置實(shí)現(xiàn)邏輯

        由上述分析可見(jiàn),分區(qū)電源合解環(huán)裝置只須將“合解環(huán)熱倒”極限化處理,通過(guò)開關(guān)的瞬時(shí)合分,將合環(huán)時(shí)間趨向于零,并對(duì)解環(huán)邏輯進(jìn)行合理預(yù)設(shè),即可滿足原有設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定要求和保護(hù)配合,從而減少穿越潮流的影響、避免電磁環(huán)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)不停電操作。

        以此為基礎(chǔ),建立分區(qū)電源合解環(huán)裝置模型和實(shí)際操作邏輯。

        2.1 典型模型建立

        110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型如圖1所示,其中C站為110kV內(nèi)橋接線方式變電站,2條進(jìn)線X、Y分別來(lái)自A、B2個(gè)不同電源供區(qū),合解環(huán)涉及#1、#2開關(guān)和橋開關(guān),分區(qū)電源合解環(huán)裝置通過(guò)同時(shí)對(duì)3路開關(guān)兩端的電壓和2路線路的電流進(jìn)行高速測(cè)量,進(jìn)行合解環(huán)的相關(guān)操作。在此過(guò)程中,須考慮所有可能發(fā)生被控制的開關(guān)拒分、拒合,裝置故障等因素,也要考慮控制過(guò)程中電網(wǎng)發(fā)生的異常。

        圖1 110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型

        2.2 操作模式邏輯

        以典型模型為基礎(chǔ)建立各種場(chǎng)景下的操作模式,裝置根據(jù)采用的操作模式狀態(tài)、當(dāng)前位置信號(hào)和電氣量狀態(tài)進(jìn)行操作模式判斷,實(shí)際操作時(shí)人工預(yù)設(shè)解環(huán)開關(guān),裝置需根據(jù)當(dāng)前電氣量及位置信號(hào)確定合環(huán)開關(guān),而后確定具體操作模式,所有模式如表1所示。

        表1 分區(qū)電源合解環(huán)裝置模式列表

        2.2.1 合環(huán)、解環(huán)邏輯

        以模式一為例,#1開關(guān)處于分位狀態(tài)、#2開關(guān)處于合位狀態(tài)、橋開關(guān)處于合位狀態(tài)。裝置動(dòng)作行為是:合上#1開關(guān),確認(rèn)#1開關(guān)合環(huán)成功后,斷開#2開關(guān),橋開關(guān)仍處于合位狀態(tài),在此解合環(huán)的過(guò)程中,線路及母線不失壓、不斷電,并且在主變及母線上不產(chǎn)生環(huán)電流。

        操作開始后裝置實(shí)時(shí)計(jì)算并捕捉合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)不間斷變化的電壓差和角度差下最小沖擊電流的時(shí)間節(jié)點(diǎn),以此節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令進(jìn)行#1開關(guān)合環(huán)操作,并立即確認(rèn)#1開關(guān)是否合環(huán)成功,如成功則進(jìn)行#2開關(guān)解環(huán)操作;#2開關(guān)解環(huán)操作后,立即檢測(cè)#2開關(guān)是否解環(huán)成功,若操作前#2開關(guān)有流,則判斷由有流變?yōu)闊o(wú)流,若操作前是輕載狀態(tài)則判斷位置信號(hào)是否為分位,若滿足條件并且電壓正常,經(jīng)確認(rèn)延時(shí)后判斷操作成功。

        2.2.2 操作成功后的邏輯

        合環(huán)操作和解環(huán)操作后須立即判斷操作是否成功,以此建立3類判斷依據(jù)。

        合環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù):位置信號(hào)變?yōu)楹衔?,且開關(guān)電流大于40%有流定值,確認(rèn)20ms。若合環(huán)開關(guān)合環(huán)成功,則對(duì)解環(huán)開關(guān)進(jìn)行解環(huán)操作。

        解環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù):若操作前開關(guān)有流,則判斷開關(guān)有流變?yōu)闊o(wú)流;若操作前開關(guān)無(wú)流,則判斷位置信號(hào)變?yōu)榉治弧?/p>

        合解環(huán)操作成功判斷依據(jù):若操作前線路電流大于有流定值,則判斷合環(huán)開關(guān)有流且解環(huán)開關(guān)無(wú)流;若操作前線路電路小于有流定值即輕載狀態(tài),則判斷合環(huán)開關(guān)位置信號(hào)為合位且解環(huán)開關(guān)位置信號(hào)為分位,母線電壓正常,經(jīng)確認(rèn)延時(shí)后,則認(rèn)為合解環(huán)操作成功。

        2.2.3 操作失敗后的邏輯

        經(jīng)上述邏輯后未判出成功結(jié)論則進(jìn)入操作失敗流程,該流程須區(qū)分出下面幾種情況:

        若合環(huán)開關(guān)合環(huán)失?。捍_認(rèn)時(shí)間為合環(huán)開關(guān)合環(huán)最大確認(rèn)時(shí)間定值TPx,收回對(duì)合環(huán)開關(guān)的合閘出口操作,裝置報(bào)出操作失敗并返回。

        解環(huán)開關(guān)解環(huán)失?。簷z測(cè)到解環(huán)開關(guān)有流或者位置信號(hào)為合位,確認(rèn)時(shí)間為解環(huán)開關(guān)的最大動(dòng)作時(shí)間Tpx定值,則認(rèn)為解環(huán)開關(guān)解環(huán)失敗。

        解環(huán)失敗后若任意一條線路電流大于電流解列定值,則直接進(jìn)入電流解列判斷,不進(jìn)行補(bǔ)救。

        若線路電流小于電流解列定值則進(jìn)入補(bǔ)救措施狀態(tài)。裝置立即收回發(fā)給解環(huán)開關(guān)的解環(huán)出口命令,并經(jīng)過(guò)等待時(shí)間后向解環(huán)開關(guān)再次發(fā)出解環(huán)出口命令,進(jìn)行補(bǔ)救措施。

        若解環(huán)補(bǔ)救措施失敗,如電流不滿足電流解列定值,裝置一直運(yùn)行,直到人為復(fù)歸。

        其中,電流解列判斷依據(jù)是任意一條線路電流大于過(guò)流解列電流定值,確認(rèn)時(shí)間為過(guò)流解列時(shí)間定值。電流解列判斷成功,裝置對(duì)解列開關(guān)(事先預(yù)設(shè),可選擇橋開關(guān)或者操作的合環(huán)開關(guān))進(jìn)行分閘出口操作,確認(rèn)時(shí)間為定值JudgeT,裝置返回。

        2.3 邏輯流程圖

        結(jié)合上述各項(xiàng)邏輯,可得到分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖2所示。

        圖2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖

        3 裝置投入運(yùn)行后實(shí)際成效

        3.1 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

        根據(jù)上述原理與設(shè)計(jì)邏輯將分區(qū)電源合解環(huán)裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入寧波電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用,截至2020年底,寧波供電公司在寧波6個(gè)地區(qū)共安裝分區(qū)電源合解環(huán)裝置17套,后續(xù)根據(jù)分區(qū)變化,計(jì)劃陸續(xù)增加17套,總體情況如表2所示。

        表2 寧波地區(qū)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

        3.2 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置使用效益

        分區(qū)電源合解環(huán)裝置投入運(yùn)行前,以往用冷倒停電切換供電方式,從停電到恢復(fù)一般需要15min,采用分區(qū)電源合解環(huán)的不停電轉(zhuǎn)供,只存在毫秒級(jí)的合環(huán)過(guò)程,保障了電網(wǎng)的持續(xù)供電,提高了電網(wǎng)供電可靠性。

        對(duì)比裝置投入前后,一次110kV全站負(fù)荷轉(zhuǎn)移停電損失負(fù)荷按6萬(wàn)kW,半站負(fù)荷轉(zhuǎn)移按3萬(wàn)kW。2020年全年寧波電網(wǎng)每組分區(qū)電源合解環(huán)裝置平均使用次數(shù)為6.7次,負(fù)荷全轉(zhuǎn)與半轉(zhuǎn)各占一半,計(jì)算2020年可多供電量:

        合計(jì)多供電量約128萬(wàn)kWh,經(jīng)濟(jì)效益顯著,待后續(xù)全面安裝使用后,可提高寧波電網(wǎng)年供電了約300萬(wàn)kWh,值得全面推廣。

        4 總結(jié)與展望

        在不同供區(qū)情況下,考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響,負(fù)荷轉(zhuǎn)移需要通過(guò)短時(shí)停電的冷倒方式實(shí)現(xiàn),對(duì)用戶的供電可靠性存在較大影響。如何通過(guò)理論創(chuàng)新和技術(shù)實(shí)現(xiàn),減少或避免電網(wǎng)設(shè)備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生,是未來(lái)電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),該基礎(chǔ)從安全穩(wěn)定、繼電保護(hù)、合解環(huán)異常三個(gè)層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性,結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設(shè)計(jì)邏輯,將裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行,取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面顯著成效,值得全面推廣。

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