黃建中

(云南電網(wǎng)有限責任公司峨山供電局，云南 峨山 653200)

隨著電網(wǎng)建設(shè)逐年推進，“十三五”期間，南方電網(wǎng)已建成了每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)擁有一座35 kV變電站的戰(zhàn)略布點，并實現(xiàn)了調(diào)度集中控制。這極大提升了供電可靠性、電壓合格率等電能質(zhì)量指標，保障了人民對美好生活向往的電力供應(yīng)。但是，因電網(wǎng)建設(shè)投資限制，處于山區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)的變電站，其接線方式采用鏈式串供方式。而鏈式串供變電站中所配置的備自投裝置，按備自投動作邏輯，僅能在斷環(huán)點所處的變電站投入備自投功能，而其他非斷環(huán)點的鏈式變電站，其備自投功能無效。所以，在鏈式串供變電站中，單一故障極易發(fā)生全站失壓事件。為解決鏈式串供變電站無法通過備供線路自動恢復全部變電站的供電問題，采用調(diào)度自動化主站集中控制原理，基于縣級調(diào)度自動化系統(tǒng)配置現(xiàn)狀，并能有效利用就地備自投裝置，按照“簡單、實用、安全、可靠”原則，設(shè)計一種區(qū)域備自投控制算法。

1 鏈式串供變電站介紹

為了滿足電力需求，電網(wǎng)規(guī)劃要求每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)至少建設(shè)一座變電站。但是電網(wǎng)建設(shè)是逐年推進，所以縣級電網(wǎng)網(wǎng)架是以縣城或負荷中心，逐步向邊遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)建設(shè)變電站，這樣形成了變電站串供的接線方式。為了解決串供變電站單電源供電問題，在各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均建成了一座變電站的情況下，把末端變電站與相鄰另一串供變電站連接起來，形成了鏈式串供方式。

圖1為某縣其中一個鏈式串供變電站網(wǎng)架示意圖，正常方式下斷環(huán)點在371、323開關(guān)。甲、乙站為110 kV變電站，甲變位于負荷集中區(qū)，乙變位于縣城。A、B、C、D、E變均為35 kV變電站，其中B、C有小水電站上網(wǎng)。該鏈式串供變電站網(wǎng)架的形成過程：以110 kV乙站為中心，逐年建設(shè)了E、C、B變，形成乙、E、C、B串供網(wǎng)；后在E、C變中間建設(shè)D變；然后又建設(shè)A變（由110 kV甲站供電）；最后建設(shè)A、B變聯(lián)絡(luò)線，形成了圖1所示的35 kV鏈式串供方式。

圖1 鏈式串供變電站網(wǎng)架示意圖

35 kV鏈式串供變電站各35 kV線路保護為帶方向三段電流保護，方向均由母線指向線路；帶一次重合閘，系統(tǒng)側(cè)為檢無壓重合閘，小電側(cè)為檢同期或檢線路有壓母線無壓重合閘；均配置35 kV備自投裝置；小電上網(wǎng)線路另配置了低周、低壓、高周、高壓安全自動保護功能。

2 區(qū)域備自投控制思路

鏈式串供變電站構(gòu)成環(huán)網(wǎng)，其具備一條線路失電時可通過其他線路進行轉(zhuǎn)供電的條件，采用調(diào)度自動化主站自動控制轉(zhuǎn)供電操作，先斷區(qū)域主供線路開關(guān)，再合上備供線路開關(guān)，即調(diào)度主站區(qū)域備自投控制。

本算法實現(xiàn)區(qū)域備自投動作的設(shè)計為：以鏈式串供變電站全站失壓為觸發(fā)信號，對失壓變逐個查找區(qū)域原供電線路開關(guān)并斷開（或確認斷開），然后對失壓變逐個查找區(qū)域備供電線路開關(guān)并合上。

3 算法設(shè)計

縣級調(diào)度自動化系統(tǒng)基本為SCADA系統(tǒng)，具備數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控功能。SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，有廠站表、遙信表、遙測表、遙控表等基本表。為實現(xiàn)區(qū)域備自投控制功能，在原數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，增加鏈式表、鏈式變表、對側(cè)開關(guān)表、失壓廠站表共4個表，并對相關(guān)表設(shè)置數(shù)據(jù)關(guān)系。

3.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計

此種區(qū)域備自投控制算法須設(shè)計或修改6個表完成區(qū)域備自投控制功能：鏈式表，用來管理電網(wǎng)中鏈式串供網(wǎng)；鏈式變表，用來管理變電站所屬鏈式網(wǎng)；廠站表，記錄廠站名稱及相應(yīng)屬性；對側(cè)開關(guān)表，是用來管理線路兩側(cè)開關(guān)；遙控表，記錄遙控開關(guān)的索引號；失壓廠站表，是用來管理失壓廠站。鏈式表、鏈式變表、廠站表、對側(cè)開關(guān)表、遙控表是基礎(chǔ)表，由系統(tǒng)維護員圖模維護時同步建立，而失壓廠站表是出現(xiàn)失壓事件時由系統(tǒng)自動生成數(shù)據(jù)。表的結(jié)構(gòu)設(shè)計如表1所示。

表1 表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

鏈式表“投入自愈”數(shù)據(jù)默認值為“true”，即投入?yún)^(qū)域備自投功能。可由調(diào)度員根據(jù)鏈式串供變電站電網(wǎng)運行變化情況，即某鏈式網(wǎng)不具備備供電源時，手動退出該鏈式網(wǎng)區(qū)域備自投控制功能。根據(jù)圖1，應(yīng)建立3個鏈式網(wǎng)，分別命名為I、Ⅱ、Ⅲ網(wǎng)，I網(wǎng)由“甲-A-B-C-甲”鏈式網(wǎng)構(gòu)成，Ⅱ網(wǎng)由“甲-A-B-C-D-E-乙”鏈式網(wǎng)構(gòu)成，Ⅲ網(wǎng)由“甲-D-E-乙”鏈式網(wǎng)構(gòu)成。

鏈式網(wǎng)中每個變電站在鏈式變表中至少有一條記錄，若一個變電站屬于x個鏈式網(wǎng)，該變電站在鏈式變表中有x個記錄。鏈式網(wǎng)中線路開關(guān)，均要在“對側(cè)開關(guān)表”中“本側(cè)開關(guān)”字段出現(xiàn)；如果它對側(cè)有n個開關(guān)，則該開關(guān)在“本側(cè)開關(guān)”字段重復出現(xiàn)n次。失壓廠站表失壓時間來自SOE報文時間，因各廠站均是衛(wèi)星對時，時間準確可靠。自愈次數(shù)默認值為“0”。

表的數(shù)據(jù)關(guān)系設(shè)計如圖2所示。

圖2 表的關(guān)系示意圖

3.2 程序算法

根據(jù)上文的區(qū)域備自投控制思路，設(shè)計了3個程序模塊，即失壓廠站入庫模塊、斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)模塊、合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)模塊。

3.2.1 失壓廠站入庫

當調(diào)度自動化系統(tǒng)出現(xiàn)全站失壓信號，經(jīng)延時T1（延時T1時間是考慮躲開上級重合閘、備自投動作所造成的短時失壓）后，報警失壓的變電站判斷是否滿足下述條件：該變電站仍為失壓狀態(tài)；該變電站所處各鏈式網(wǎng)其“投入自愈”字段值至少有一個為“true”；“失壓廠站表”中無該變電站。若3個條件均滿足，則把該變電站信息添加到“失壓廠站表”中。

3.2.2 斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)

當廠站失壓，如對側(cè)線路開關(guān)在本次失壓事件中斷開，則斷開線路本側(cè)開關(guān)（或確認線路本側(cè)開關(guān)已斷開）。其程序框圖如圖3所示。

圖3 斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)程序示意圖

圖中延時T2時間，要滿足同一事故所造成的失壓廠站均全部入庫，且上次區(qū)域備自投控制全部完成后，才啟動本次區(qū)域備自投控制。

程序框圖第6步，是判定失壓是否由該開關(guān)斷開而為，如是則斷開另一側(cè)開關(guān)隔離原供電線路。因為采用失壓前T3時間內(nèi)的判定，可靠躲過失壓后就地備自投動作，使就地備自投動作所斷開線路開關(guān)的對側(cè)開關(guān)不再控制斷開。如圖1中，“甲-A”線路故障造成A、B變失壓，B變滿足備自投動作條件，斷開321斷路器，合上323斷路器，B變得以恢復供。此時程序因判定失壓A變“A-B線”對側(cè)開關(guān)不是失壓前動作，故不再斷開342斷路器，進入“合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)”程序模塊，區(qū)域備自投控制合上321斷路器，恢復A變供電。

3.2.3 合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)

斷開失壓廠站區(qū)域主供電源開關(guān)后，便進入合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)程序模塊，使失壓廠站恢復供電。其程序框圖如圖4所示。

圖4 合上失壓廠站區(qū)域備供電源開關(guān)程序示意圖

程序中對“失壓廠站表”逐個按順序查找失壓廠站本側(cè)線路開關(guān)處于合位，而線路對側(cè)處于分位且開關(guān)母線側(cè)帶電，則合上開關(guān)對線路恢復供電，同而對失壓廠站恢復了供電。

程序中“自愈次數(shù)＞0”條件，其目的是判別區(qū)域內(nèi)主供線路開關(guān)是否斷開。從圖3可看出，如未斷開主供線路開關(guān)或未執(zhí)行斷開主供線路開關(guān)步驟，則自愈次數(shù)保持原值為“0”，是不滿足判別條件而不控制“合”本次開關(guān)的操作。對于供電電源變電站發(fā)生母線失壓情況時，該設(shè)計可靠禁止該母線上鏈式串供變電站轉(zhuǎn)供電自愈控制，避免下級電壓異常上送到電源變電站母線的風險。

4 動作過程分析

圖1中，若“甲-D-C”線發(fā)生故障，則363開關(guān)電流保護跳閘，C變的小電上網(wǎng)352開關(guān)低壓保護跳閘；363開關(guān)重合閘啟動延時后合上，若故障為瞬時故障，則保持合位恢復正常供電。

若故障為永久性故障，363開關(guān)加速跳閘，造成C、D變?nèi)臼?。D變滿足備自投動作條件而啟動，斷開372開關(guān)，合上371開關(guān)，D變恢復供電。C變廠站名稱及失壓時間信息進入到“失壓廠站表”。

失壓廠站表非空，啟動了區(qū)域備自投控制程序，查找到351對側(cè)開關(guān)363“失壓前有合到分，且現(xiàn)處分位”，則斷開351開關(guān)或核對已斷開（線路故障時351開關(guān)因小電提供的短路電流而保護跳閘）。然后進入恢復供電區(qū)域備自投程序，查找到353對側(cè)開關(guān)323“處于分位，且‘母線有壓，線路無壓’”，則合上323開關(guān)，C變得以恢復供電。

各種線路故障動作過程如表2所示。

表2 區(qū)域備自投控制開關(guān)動作表

表2中括號標注的開關(guān)，是指本故障按繼電保護原理應(yīng)動作的開關(guān)未動或動作未到位，區(qū)域備自投控制才控制該開關(guān)動作，否則區(qū)域備自投控制程序中該開關(guān)便不動作。如第1故障，小水電提供的故障電流未使341開關(guān)保護跳閘，則由區(qū)域備自投控制動作斷開341開關(guān)。

圖1中其他斷環(huán)點運行情況下的區(qū)域備自投控制過程，與上述動作過程類似，故不再贅述。

5 安全評估

多個鏈式串供網(wǎng)同時發(fā)生幾個區(qū)域網(wǎng)變電站失壓。電網(wǎng)中存在幾個鏈式串供網(wǎng)，當2個及以上鏈式串供網(wǎng)出現(xiàn)變電站失壓事件，按上述區(qū)域備自投控制程序，鏈式串供網(wǎng)失壓變滿足失壓廠站入庫條件入庫，失壓廠站非空，啟動區(qū)域備自投控制程序，首先依次斷開各個鏈式串供網(wǎng)失電區(qū)域的主供電源開關(guān)，然后依次合上各個鏈式串供網(wǎng)備供電源開關(guān)，即先隔離完畢，再分別對各鏈式串供網(wǎng)失壓廠站恢復供電。

就地備自投未啟動。當鏈式串供網(wǎng)斷環(huán)點所處變電站失壓時就地備自投裝置未啟動，則串供下級變電站無法進行自愈控制恢復供電。所以應(yīng)加強就地備自投裝置的運行管理。

區(qū)域備自投控制未斷開主供電源開關(guān)。此時按程序流程，該開關(guān)所處鏈式串供網(wǎng)不再進入該區(qū)域網(wǎng)的合閘操作，避免出現(xiàn)合環(huán)運行或?qū)收暇€路反復沖擊的不安全運行情況。

操作斷開開關(guān)。當操作斷開廠站電源線路對側(cè)開關(guān)，此時區(qū)域備自投控制正常動作；當操作斷開廠站電源線路本側(cè)開關(guān)，不啟動區(qū)域備自投控制。

誤退出或漏退出鏈式串供網(wǎng)“自愈控制”功能。誤退出時，區(qū)域備自投控制失效；漏退出時，當鏈式串供網(wǎng)不再具備備供電源時，僅是控制斷開主供電源線路失電區(qū)域側(cè)開關(guān)，而不能恢復供電；當鏈式串供網(wǎng)具備備供電源，但不允許轉(zhuǎn)供電時（如潮流不滿足轉(zhuǎn)供電條件），此時漏退出可能造成線路過載。所以，應(yīng)加強對“區(qū)域備自投控制”退出管理，做到“區(qū)域備自投控制”功能應(yīng)退而退，應(yīng)投而投。

主供線路失電后，鏈式串供網(wǎng)內(nèi)其小水電未解列。小水電并網(wǎng)線路及小水電側(cè)保護裝置均配置低周、低壓、高周、高壓安全自動保護功能，其低壓定值為40%Un，大于母線無壓定值30%Un且低壓保護動作時限小于備自投動作時間。所以，對于主供線路失電后，如果小水電出力滿足孤網(wǎng)運行條件，則由小水電對用戶供電，此時鏈式串供網(wǎng)母線不失壓，故備自投是不會啟動的；如果主供線路失電后，小水電出力不滿足孤網(wǎng)運行條件，則小水電并網(wǎng)線路欠壓跳閘，然后再啟動備自投。所以，該區(qū)域備自投算法雖然未聯(lián)跳小水電，但因配置了可靠的安全自動裝置功能，是不會造成系統(tǒng)與小水電非同期并網(wǎng)的。

綜上所述各種情況，這種區(qū)域備自投控制算法符合電網(wǎng)安全運行要求。

6 結(jié)束語

這種鏈式串供變電站區(qū)域備自投控制方法，對于斷環(huán)點的變電站，由就地備自投動作恢復備自投所在變電站的供電；對于非斷環(huán)點的變電站，由區(qū)域備自投控制恢復供電。所以，此種鏈式串供變電站的區(qū)域備自投控制算法，是就地備自投與主站區(qū)域備自投控制相融合的區(qū)域備自投控制，動作安全、可靠，對調(diào)度自動化系統(tǒng)要求也不高，適合存在鏈式串供變電站的縣級電網(wǎng)推廣。