馬永念 毛 林 陳世永 張紅躍 朱若松 孫小偉

（1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000；2.三峽大學(xué)，湖北 宜昌 443002）

0 引言

隨著我國電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的日益強(qiáng)大，電力系統(tǒng)各站點(diǎn)間的聯(lián)系也日益緊密起來。主要供電網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)雙回路及環(huán)網(wǎng)接線，供電方式為環(huán)網(wǎng)分列運(yùn)行。在這種接線方式下，為保證供電的可靠性，當(dāng)其中一回或兩回接線發(fā)生故障時，備用電源要能實(shí)現(xiàn)安全、可靠地自動投入［1-2］。在運(yùn)行過程中，由于110 kV 及以上變電站的線路多，主接線的形式多樣，如單母線、單母分段、雙母線、雙母分段、雙母分段帶旁路等。由于每個變電站的程序功能和要求各不相同，導(dǎo)致備自投的動作邏輯和程序非常復(fù)雜。傳統(tǒng)的主備電源備自投裝置在動作原理、邏輯等無法完全滿足上述電網(wǎng)的運(yùn)行要求，為解決上述問題，研發(fā)出自適應(yīng)多線路帶旁路備自投裝置［3］。

1 典型的多線路帶旁路備自投裝置

多線路帶旁路備自投裝置是指至少能實(shí)現(xiàn)3條及以上出線間的相關(guān)備用電源自動投入的裝置，可實(shí)現(xiàn)有多種接線方式的系統(tǒng)線路間的自動投入，其主供電源和備供電源會隨著調(diào)度運(yùn)行的多樣性來進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整［4］。典型雙母線分段多線路帶旁路系統(tǒng)接線如圖1 所示，按兩段母線、四回主（備）供單元、一回旁路來考慮。

圖1 典型雙母分段帶旁路運(yùn)行方式接線示意

對雙母線中的進(jìn)線備自投、單母線中的Ⅰ母進(jìn)線備投和Ⅱ母進(jìn)線備投、單母分段中的Ⅰ母失壓分段備投和Ⅱ母失壓分段備投進(jìn)行配置，并考慮間隔檢修及旁代，根據(jù)運(yùn)行工況來完成相應(yīng)的備自投動作邏輯［5］。不同接線情況下備自投功能見表1。

表1 不同接線情況備自投功能

2 多線路帶旁路備自投保護(hù)原理

為實(shí)現(xiàn)不同接線工況下備自投功能的自適應(yīng)，對現(xiàn)有系統(tǒng)所接的間隔運(yùn)行情況進(jìn)行自動識別，確認(rèn)該間隔是運(yùn)行或備用狀態(tài)，還是檢修狀態(tài)。根據(jù)所接的間隔狀態(tài)，按照預(yù)設(shè)的動作優(yōu)先級來自動投切備用電源。多線路帶旁路備自投保護(hù)原理如圖2所示。

圖2 多線路帶旁路備自投保護(hù)原理

2.1 間隔狀態(tài)自動識別

間隔狀態(tài)分為主供狀態(tài)、備用狀態(tài)和檢修狀態(tài)。裝置會根據(jù)該間隔備自投方式的投退狀態(tài)、對應(yīng)的檢修壓板投退狀態(tài)、對應(yīng)的旁代壓板投退狀態(tài)、對應(yīng)的開關(guān)位置或?qū)?yīng)的電流情況、線路抽取電壓投入時線路抽取電壓情況來實(shí)現(xiàn)自動識別。

2.2 備投組別優(yōu)先級自動識別

設(shè)置進(jìn)線電源組別及備投優(yōu)先級的定值，該定值不僅代表線路的電源來源，還代表備投優(yōu)先級及是否參與備投。將來自同一個電源的線路整定成相同值，當(dāng)有多個備用電源時，可用數(shù)值大小來區(qū)分其優(yōu)先級（1＞2＞3＞4），以此來區(qū)分優(yōu)先合進(jìn)哪個備用電源，如進(jìn)線1、進(jìn)線3 是雙回線，二者來自同一電源，進(jìn)線2、進(jìn)線4分別來自另外兩個電源，線路備自投方式整定見表2。

表2 線路備自投方式整定示例

定值所涵蓋的信息如下，進(jìn)線1和進(jìn)線3來自同一組電源，相互之間不備投；進(jìn)線1（3）、進(jìn)線2、進(jìn)線4來自不同組電源，其中任意兩組可相互進(jìn)行備投；當(dāng)一組電源主供，其他兩組電源備用時，根據(jù)優(yōu)先級來投入備用電源。若進(jìn)線1（3）主供電源跳閘，導(dǎo)致母線失壓，同時跳進(jìn)線1（3）主供電源后，因進(jìn)線2的優(yōu)先級大于進(jìn)線4的優(yōu)先級，則先合進(jìn)線2，若合閘不成功，則跳開進(jìn)線2，繼續(xù)合進(jìn)線4。反之，當(dāng)進(jìn)線1（3）為備用電源時，因組別及優(yōu)先級相同，將同時合進(jìn)線1（3）開關(guān)；當(dāng)任意一個間隔不參與自投或暫無相關(guān)一次間隔，則整定為0，不參與任何邏輯判斷。

當(dāng)只有兩組電源時，沒有優(yōu)先級可言，但不能同時整定同一定值來區(qū)分組別。

2.3 備自投動作邏輯

2.3.1 進(jìn)線備投動作邏輯。①裝置啟動。②跟跳原主供的所有線路，同時聯(lián)跳Ⅰ母、Ⅱ母小電源。③在開關(guān)跳閘等待延時內(nèi)，當(dāng)所跟跳主供電源的開關(guān)和聯(lián)跳小電源的開關(guān)處于分位時，進(jìn)入步驟④。否則開關(guān)位置確認(rèn)時間延時后，裝置放電，報(bào)備自投失敗。④根據(jù)備用電源組的整定優(yōu)先級來合備用電源組。⑤當(dāng)“自投于故障后加速切”功能投入時，備用電源開關(guān)變?yōu)楹衔换蛴辛?，在自投故障后加速切延時內(nèi)，若該備投元件任一相電流大于其過流加速定值，則向備投元件發(fā)送跳閘信號，并報(bào)備自投失敗，結(jié)束操作。否則，進(jìn)入下一步。⑥若在判備投成功等待延時的時間內(nèi)，失壓母線電壓恢復(fù)，報(bào)備自投成功。否則，若有其他可備投開關(guān)，跟切剛合上的備用電源開關(guān)，并進(jìn)入步驟④；若沒有，則報(bào)備自投失敗。

2.3.2 Ⅰ母或Ⅱ母進(jìn)線備投動作邏輯。①裝置啟動。②裝置跟跳失壓母線上主供所有線路，同時聯(lián)跳失壓母線的小電源。③在開關(guān)跳閘等待延時內(nèi)，所跟跳主供電源的開關(guān)和聯(lián)跳小電源的開關(guān)均處于分位時，進(jìn)入步驟④。否則在開關(guān)位置確認(rèn)時間延時后，裝置放電，報(bào)備自投失敗。④根據(jù)備用電源組整定的優(yōu)先級來合失壓母線上備用電源組開關(guān)。⑤當(dāng)“自投于故障后加速切”功能投入時，備用電源開關(guān)變?yōu)楹衔换蛴辛骱?，在自投于故障后加速切延時內(nèi)，若該備投元件任意一相電流大于其過流加速定值，則向備投元件發(fā)跳閘信號，并報(bào)備自投失敗，結(jié)束。否則，進(jìn)入下一步。⑥在判備投成功等待延時的時間內(nèi)，失壓母線電壓恢復(fù)，則報(bào)備自投成功。否則，若有其他可備投進(jìn)線開關(guān)，跟切剛合上的備用電源開關(guān)，并進(jìn)入步驟④。若沒有，進(jìn)入步驟⑦。⑦若分段檢修和另一母線檢修都沒有投入，且另一母線任意線電壓大于母線有壓定值，則跟切剛合上的備用電源開關(guān)，合備用分段開關(guān)，進(jìn)入下一步。否則，報(bào)備自投失敗。⑧當(dāng)“自投于故障后加速切”功能投入時，備用分段開關(guān)變?yōu)楹衔缓?，以正常運(yùn)行母線任意主供電源動作元件進(jìn)行判別，在自投于故障后加速切延時的時間內(nèi)，若其任意一相電流大于其過流加速定值，則向分段開關(guān)發(fā)跳閘信號，并報(bào)備自投失敗，結(jié)束。否則，進(jìn)入下一步。⑨若在判備投成功等待延時的時間內(nèi)，失壓母線電壓恢復(fù)，則報(bào)備自投成功。否則，報(bào)備自投失敗。

2.3.3 Ⅰ母或Ⅱ母失壓分段備投動作邏輯。①裝置啟動。②裝置跟跳失壓母線所掛主供線路，同時聯(lián)跳失壓母線的小電源。③開關(guān)跳閘等待延時內(nèi)，當(dāng)所跟跳主供電源的開關(guān)和聯(lián)跳小電源的開關(guān)均處于分位時，進(jìn)入步驟④。否則，在開關(guān)位置確認(rèn)時間延時后，裝置放電，報(bào)備自投失敗。④合備用分段開關(guān)。⑤當(dāng)“自投于故障后加速切”功能投入時，備用分段開關(guān)變?yōu)楹衔缓?，以正常運(yùn)行母線任意一個主供電源動作元件進(jìn)行判別，自投于故障后加速切延時內(nèi)，若其任一相電流大于其過流加速定值，則向分段開關(guān)發(fā)跳閘信號，并報(bào)備自投失敗，結(jié)束。否則，進(jìn)入下一步。⑥若在判備投成功等待延時內(nèi)失壓母線電壓恢復(fù)，則報(bào)備自投成功。否則，報(bào)備自投失敗。

3 安自切負(fù)荷閉鎖功能

考慮在上一級執(zhí)行站采取切負(fù)荷措施后，應(yīng)閉鎖本備自投功能。為此，設(shè)計(jì)“安自切負(fù)荷閉鎖備自投”功能。安自切負(fù)荷閉鎖備自投保護(hù)原理如圖3所示。

圖3 安自切負(fù)荷閉鎖備自投保護(hù)原理

4 仿真驗(yàn)證

采用圖1 所示的典型雙母分段帶旁路運(yùn)行方式進(jìn)行接線，在RTDS 實(shí)時仿真平臺中搭建雙母分段帶旁路交流電網(wǎng)，用來驗(yàn)證所提出的自適應(yīng)接線形式備自投技術(shù)的性能。系統(tǒng)主要參數(shù)見表3。

表3 交流電網(wǎng)基本參數(shù)一覽

4.1 單母線仿真結(jié)果

將4 條進(jìn)線以相同間隔布設(shè)在Ⅰ母上，分段檢修壓板及Ⅱ母檢修壓板投入，并按照表2 中設(shè)置的進(jìn)線優(yōu)先級（分別設(shè)為1～4），以線路1 為主供，其他線路為備用。在Ⅰ母進(jìn)線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ母失壓，跳進(jìn)線1后，依次合進(jìn)線2～4（其間Ⅰ母始終無壓），最后由線路4 帶Ⅰ母供電，備投動作行為正確。

4.2 單母分段仿真結(jié)果

將進(jìn)線1～3 以相同間隔布設(shè)在Ⅰ母上、進(jìn)線4間隔布設(shè)在Ⅱ母上，分段檢修壓板退出且分段跳位，按照表2 中設(shè)置的進(jìn)線優(yōu)先級（分別為1～4），以線路1、4 為主供，其他線路為備用。在Ⅰ母進(jìn)線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ母失壓，跳進(jìn)線1 后，依次合進(jìn)線2、3，若Ⅰ母始終無壓最后合分段，則由線路4帶兩段母線供電，備投動作行為正確。

4.3 雙母線仿真結(jié)果

將進(jìn)線1 和2 以相同間隔布設(shè)在Ⅰ母上、進(jìn)線3 和4 以相同間隔布設(shè)在Ⅱ母上，無檢修壓板投入，且分段合位，按照表2 中設(shè)置的進(jìn)線優(yōu)先級（分別為1～4），以線路1 為主供，其他線路為備用。在進(jìn)線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失壓，跳進(jìn)線1 后，依次合進(jìn)線2～4（其間兩段母線始終無壓），最后由線路4 帶Ⅰ、Ⅱ母供電，備投動作行為正確。

4.4 雙母分段帶旁路仿真結(jié)果

將進(jìn)線1和2以相同間隔布設(shè)在Ⅰ母上、進(jìn)線3間隔設(shè)置在Ⅱ母上，進(jìn)線4 間隔為旁代設(shè)置在Ⅱ母上，無檢修壓板投入，且分段合位，按照表2 中設(shè)置的進(jìn)線優(yōu)先級（分別為1～4），以線路1 為主供，其他線路、旁路為備用。在進(jìn)線備投充電后，備投動作如下，Ⅰ、Ⅱ母均失壓，跳進(jìn)線1后，依次合進(jìn)線2和3、旁路（其間兩段母線始終無壓），最后由旁路開關(guān)帶Ⅰ、Ⅱ母供電，備投動作行為正確。

5 結(jié)語

通過對自適應(yīng)多進(jìn)線帶旁路備自投的間隔狀態(tài)自動識別、組別優(yōu)先級自動識別及動作邏輯進(jìn)行研究，并對其自適應(yīng)性進(jìn)行仿真驗(yàn)證，證明動作行為正確。當(dāng)站內(nèi)有多條線路運(yùn)行時，能實(shí)現(xiàn)不同接線方式、不同運(yùn)行方式電源出線間的自投功能，給調(diào)度提供更完善的自適應(yīng)運(yùn)行模式。

本研究所開發(fā)的備自投裝置已投入到湖北、重慶、四川、廣東等地的電網(wǎng)中運(yùn)行。實(shí)踐證明，該裝置通用性強(qiáng)、靈活性高，使變電站運(yùn)行更加安全可靠，能有效解決多線互備供電自適應(yīng)問題，提高電網(wǎng)供電的可靠性。