褚雯雯 ，白東壯 ，焦 濤 ，王顯力

（1. 國網河北省電力有限公司培訓中心，河北 保定 071000; 2. 北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司，北京 海淀 100080）

雙環(huán)網供電是目前在城市配電網建設中一種較為先進的供電模式。其具有高供電可靠性、合理的投資運維成本，停電故障率低等特點。在綜合考慮各種供電模式的影響因素后，該供電模式被國內城市配電網建設普遍接受并逐步推廣。

雙環(huán)網供電方式，當某一處電源線路故障或檢修無法供電時，可以切入到另一條正常供電的線路，在其他線路供電負荷沒有極大提升的情況下，恢復正常供電。其中，在配電網中融入故障自愈技術，可以自動快速的恢復供電，整個過程不需要人工干預，全部由智能系統(tǒng)自動完成，從而進一步提升了供電可靠性[1]。

1 典型雙環(huán)型配電網

1.1 網架結構

簡化的典型雙環(huán)網結構如圖1所示，主要方便進行混合仿真搭建與測試。其中變電站S1有一條出線，手拉手連接A開關站、B開關站，并與S4變電站連接。A、B開關站分別有兩段母線，配置分段開關。正常運行時，可以存在不同點的開環(huán)狀態(tài)，A、B開關站的分段開關處于斷開狀態(tài)[2]。

圖1 雙環(huán)型配電網拓撲示意

1.2 混合仿真搭建

對于雙環(huán)網自愈邏輯的測試，選擇混合仿真的模式搭建。二次保護及自愈設備采用與現(xiàn)場一致的真實的站內裝置，一次設備及潮流模擬加載選擇用仿真部分實現(xiàn)，既保持與現(xiàn)場的一致性，又盡可能的減少場地和投資占比，從而搭建起一套可以用于雙環(huán)網調試、測試、培訓的應用平臺。

1.2.1 保護配置

環(huán)內主干線路選用差動保護裝置，即101與102之間、103與104之間、105與401之間配置光差保護；分支線路選用過流保護，即A開關站106、108間隔，B開關站107、109間隔，配置過流保護；開關站母線配置母線保護，當開關站發(fā)生母線故障時，跳開本段母線上所有間隔；同時開關站內配置備自投裝置，隔離和恢復非故障段負荷供電。每座開關站內配置一套分布式配電保護自愈裝置，用于雙環(huán)結構內自愈執(zhí)行。

1.2.2 仿真配置

其中，一次設備按照間隔配置相應的模擬斷路器設備。模擬系統(tǒng)運行的二次電流電壓值采用放大器提供，按照上述典型結構搭建電網模型，通過配電網的電磁暫態(tài)計算輸出計算值，通過放大器裝置加載至各二次設備，從而模擬實現(xiàn)整個雙環(huán)網結構的閉環(huán)運行狀態(tài)。

同時考慮建設成本及實際的測試需求，本環(huán)境搭建完成上述S1站-A開關站-B開關站-S4站此一環(huán)的模擬及配置建設。圖1中紅色虛線框區(qū)域為本次混合仿真模擬建設部分。

1.2.3 系統(tǒng)架構

按照數(shù)字仿真 + 真實設備的仿真模式，構建雙環(huán)網的運行測試平臺，如圖2所示。

圖2 混合仿真系統(tǒng)架構

2 自愈策略與分析

2.1 自愈邏輯

以本次混合仿真模擬部分為例進行描述。

首先沿S1至S4方向環(huán)進環(huán)出主干線路開關依次定義該開關站的間隔1和間隔2開關，分段開關為間隔3開關。對于A開關站，102開關為間隔1開關，103開關為間隔2開關，501開關為間隔3開關。對于B開關站，104開關為間隔1開關，105開關為間隔2開關，502開關為間隔3開關。本房母線分別指的是對應A、B開關站的I母。本房這里指對應的配電房或開關站。

自愈邏輯跟運行方式有關，須滿足自愈裝置的充電邏輯，裝置才會動作。

2.1.1 105開環(huán)

圖3中F1-F9為可模擬的故障點位。105開關處于分閘位置。

圖3 105開環(huán)運行狀態(tài)及故障點

對于自愈裝置，其充電邏輯需滿足：本房母線三相有壓，這里指B開關站I母有壓，同時有壓無壓判斷是指的線電壓，以下相同。本房間隔1開關在合位，即104開關合位。本房間隔2開關在分位，即105開關分位。下游相鄰房母線三相有壓，這里指S4站母線有壓，本實驗模擬S4站正常帶電，即其母線有壓；通過上述分析，充電邏輯滿足。

本房、下游相鄰房母線均不滿足有壓條件，試驗前，檢查本房及下游母線是否有壓。本房母線保護動作，在正常運行時，裝置母線保護不動作，不滿足放電條件。本房失靈保護動作，同樣正常運行時，裝置失靈保護不動作，不滿足放電條件。本房間隔2保護動作，同理正常運行，保護不動作，不滿足放電條件。本房間隔2開關合位經200 ms，當前105開環(huán)，非合位狀態(tài)，不滿足放電條件。發(fā)自愈合閘命令后經200 ms，同上，不滿足放電條件。下游相鄰房間隔1分位，試驗前檢查401開關是否處于合位。下游相鄰房母線保護動作，同上。下游相鄰房失靈保護動作，同上。下游相鄰房間隔1保護動作，同上。串供回路上間隔1、間隔2開關任一個TWJ異常，在試驗前，保證TWJ正常。串供回路上間隔1、間隔2開關人一個TA斷線，試驗前，保證TA回路正常。串供回路上間隔1、間隔2開關任一開關檢修，試驗前，開關在正常應用狀態(tài)。串供回路上除開環(huán)點為的間隔1、間隔2開關任一個開關手跳，試驗前，不做相關手跳操作。串供回路上任一個配電房接收GOOSE異常，試驗前，檢查各自愈裝置，無GOOSE接收異常。首端變電站發(fā)閉鎖自愈信號，或尾端變電站發(fā)閉鎖自愈信號，試驗前，檢查是否有閉鎖自愈開入。串供回路上任一配電房或變電站側的母線TV三相斷線告警，試驗前，檢查TV回路，保證各母線電壓有值。拓撲保護跳閘時，串供回路上間隔1、間隔2后備保護動作開入，試驗前，無動作開入。串供回路上任一配電房的自愈整定控制字、或功能硬壓板、或功能軟壓板任一個退出，試驗前，檢查壓板狀態(tài)，保證自愈功能投入。

105開環(huán)狀態(tài)下充放電邏輯框圖如圖4所示。

圖4 105開環(huán)狀態(tài)下充放電邏輯框圖

通過上述檢查，首先滿足充電邏輯，同時還必須排除放電邏輯，在經過裝置的整定時間后，自愈充電燈點亮。

動作邏輯分析：分析B開關站自愈裝置的動作邏輯，當上游失電時，收到上游自愈啟動信號，本房母線三相無壓，本房間隔1無流，下游相鄰房母線最大線電壓有壓，自愈起動，經自愈合閘時間后合間隔2，即合105開關，如圖5所示。

圖5 105開環(huán)狀態(tài)下跳閘邏輯框圖

當下游失電時，收到下游自愈啟動信號，下游相鄰房母線三相無壓，本房母線最大線電壓有壓，自愈起動，經自愈合閘時間后合間隔2，即合105開關。因B開關站在本次的仿真建設中，不存在下游的自愈裝置，故無法收到下游的自愈啟動信號，且本身105開關在開環(huán)狀態(tài)，故下游失電，對本自愈裝置無影響。

2.1.2 104開環(huán)

與圖3中105開環(huán)類似，當前運行狀態(tài)為105開關處于合閘位置，104開關處于分閘位置。

其充放電條件基本相同，不同點在這里列出。充電邏輯需滿足：本房間隔1開關在分位，即104開關分位。本房間隔2開關在合位，即105開關在合位。其余主干線開關都為合位。當前運行狀態(tài)滿足充電邏輯。對于放電邏輯：本房間隔1開關合位經200 ms，試驗前，確認104開關狀態(tài)，保證開關在分位。上游相鄰房間隔2分位，試驗前，確認103開關在合位；其他放電條件基本相同或類似。

動作邏輯分析：同樣，以B開關站自愈裝置為例，當上游失電時，自愈充電完成后，收到上游自愈啟動信號，上游相鄰房母線三相無壓，本房母線最大線電壓有壓，自愈起動，經自愈合閘時間后合間隔1，即合104開關。下游失電情況，與105開環(huán)狀態(tài)下類似。

本次以105開環(huán)為主要測試運行方式，此處104開環(huán)不做詳細介紹。

2.2 無壓跳閘邏輯

因本混合仿真建設的雙環(huán)網中間僅有2座開關站，開關站兩側都連有變電站，因此在主干路徑上變電站對側開關投入此功能，其他開關不投入此功能。在本結構中，102開關及105開關投入無壓跳閘功能。在自愈充電時，開關之前為合位，有壓狀態(tài)，轉變?yōu)闊o流、母線無壓，經無壓跳閘時間，本開關跳閘。

對于A開關站，母線最大線電壓低于無壓定值，間隔1最大相電流小于無流定值，且間隔1對側母線不滿足有壓同時滿足后經無壓跳閘時間動作。

對于B開關站，母線最大線電壓低于無壓定值，間隔2最大線電流小于無流定值，且間隔2對側母線不滿足有壓同時滿足后經無壓跳閘時間動作。

3 故障實驗

以105開環(huán)運行狀態(tài)模擬故障實驗，其中故障點如圖3所示。

各仿真間隔TA變比統(tǒng)一為600 A/1 A，TV變比為10 kV/100 V。電纜線路正序阻抗為0.15 Ω/km，正序感抗0.57 Ω/km，正序容抗忽略。自愈功能壓板及控制字投入。整定無壓跳閘時間5 s，自愈合閘時間0.1 s。

3.1 F1故障，模擬S1站失電

通過仿真系統(tǒng)，模擬S1站失電。

動作情況分析：A開關站在失電后，本開關站母線最大線電壓低于無壓定值，間隔1最大相電流小于無流定值，在經過無壓跳閘時間（5 s）后，自愈裝置動作出口跳102開關。同時向下游發(fā)環(huán)進間隔分位，首端無壓跳開等信息，如圖6所示。B開關站，在接收到A開關站自愈裝置的啟動信號，按照其自愈邏輯，判定本開關站母線三相無壓，104間隔無流，自愈啟動，經自愈合閘時間（0.1 s）后合105開關，恢復正常供電，如圖7所示。

圖6 S1失電后 A開關站過程錄波

圖7 S1失電后 B開關站過程錄波

以上圖中的時間標尺為各自裝置的相對動作時間。從打印的動作報告絕對時間發(fā)現(xiàn)，S1站失電時間是15:56:34.408，A開關站自愈裝置啟動的絕對動作時間為15:56:34.446，102開關變位時間是15:56:39.463，B開關站自愈裝置的合閘動作時間為15:56:39.595。根據(jù)前述邏輯分析，當S1站失電后，A開關站自愈無壓跳閘，經過5 s后，跳開102開關，同時A開關站自愈裝置向B開關站自愈裝置發(fā)送相關信息。B開關站在接收到動作信號后，0.1 s自愈裝置動作，合105開關。

3.2 模擬主干線故障跳閘

通過仿真系統(tǒng)模擬F2點故障，設置AB開關站之間線路相間短路，故障持續(xù)時間2 s。

動作情況分析：F2點故障，故障兩側的差動保護裝置動作，分別跳開對應的開關，即差動跳開103和104開關。同時B開關站滿足了其自愈動作條件，B開關站自愈裝置將合閘105開關，如圖8所示。A開關站自愈裝置未滿足其動作條件，裝置未動作。B開關站自愈裝置，因滿足了其自愈合閘動作條件，故動作合閘105開關，如圖9所示。其動作行為與前述基本相同。

圖8 主干線故障 線路差動動作錄波

圖9 主干線故障 B開關站自愈裝置過程錄波

通過上述3個故障的模擬實現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)在雙環(huán)網架構中，配置的分布式配電保護自愈裝置，通過不同開關站之間的通信聯(lián)系，實現(xiàn)區(qū)域范圍內的故障隔離與自愈供電，自愈合閘時間根據(jù)整定的時間，可以在100 ms左右執(zhí)行合閘動作，從而實現(xiàn)非故障區(qū)段的快速恢復供電，提高整個供配電網的可靠性。

4 結論

本文介紹了利用混合仿真模式建設的典型雙環(huán)型配電網自愈邏輯測試平臺及開展的故障測試，通過失電、開關偷跳、線路故障等試驗，驗證了配置在開關站內的自愈裝置動作的正確性。自愈裝置在單一故障引起的失電等情況下，可以快速的恢復供電，且動作時間較備自投設備要快很多。下階段，將利用該測試平臺，開展復合型故障的測試，同時疊加開關拒動等情況，還可以測試不同開環(huán)點下的不同自愈邏輯，以測試自愈裝置在復雜故障情況下的動作邏輯及動作行為，為配電網自愈邏輯的策略判定及自愈裝置的應用推廣提供試驗參考[3-4]。