城市電網中自愈系統的研究與應用

莫阮清

摘 要：本文闡述了上海城市電網中110kV手拉手接線模式和自愈系統的基本原理，結合當前設計實施中遇到的常見問題，分析了自愈系統未來集成優化的趨勢并提出了改進意見，闡述了在未來電網智能化建設中，自愈系統這種新型保護的重要作用。

關鍵詞：自愈系統；保護配置；合智一體裝置；廣域保護

1 前言

隨著社會和經濟的發展，人們的用電量日趨增長。特別是城市和人口密度的擴大，對電力網架和供電質量提出了更高的要求。城市中心地帶的配電網架面臨著負荷密度大、保護上下級配合難度大等問題[1]，加上近年來光伏等分布式發電的接入對城市電網的穩定性和堅強度是嚴峻的考驗。如何提升城市電網的供電可靠性是目前普遍關注的問題。

智能電網（smart grid）是電力網絡未來發展方向，具有自愈、激勵和包括用戶、抵御攻擊、提供滿足需求的電能質量、容許各種不同發電形式的接入、啟動電力市場以及資產的優化高效運行等特征。目前，上海地區正在開展110kV電源完善工程，逐步形成手拉手雙電源供電模式，這就需要一種新型的保護裝置實現這種電網的自愈功能。

2 手拉手接線系統的基本原理

2.1 110kV手拉手接線系統結構

目前，上海地區典型的110kV手拉手接線形式如圖1，由兩座220kV變電站（A、B）和三座110kV變電站（C、D、E）依次串接而成。220kV變電站作為電源進線側。手拉手接線正常運行時，每串各設一個開斷點（斷路器在分閘位置），每個220kV站進線供1～2個變電站電源。當一端進線電源斷開后，另一端進線電源開關瞬時合上，實現電網故障狀態下的自愈功能。

2.2 自愈系統配置及動作原則

110kV手拉手接線配置的自愈系統由一臺主站裝置、若干子站裝置（子站數量同該串中變電站數）及交換機等，站與站之間通過光纜通信。主站一般設在110kV變電站內，發生故障時，子站上傳本站內交流電流電壓、保護動作情況及斷路器位置等情況，主站接受各子站上傳的信息，集中處理判斷故障，識別出故障點后將動作命令傳送到各子站裝置中，由子站實現本站內斷路器分合，跳開失電變電站的故障電源側，合上該站另一方向電源的斷路器，實現故障隔離和系統自愈。自愈系統瞬時動作時間小于10kV自切保護，保證110kV站供電電源不間斷。

2.3 自愈系統適用條件

自愈系統適用于上節所述的典型手拉手接線，線路備用容量及電纜截面等應經過計算符合故障狀態下負荷轉移的要求。且各110kV開關的操作機構均可電動操作。保護配置上需在常規110kV線路保護外增加母差保護，實現線路有選擇性的快速切除功能，同時防止本站母線故障時自愈合于故障回路。站與站之間還需有光纜直連通道，以滿足自愈系統的通信要求。

3 淺析自愈系統的集成與優化

手拉手工程在設計施工過程中的常見問題包括組柜方式、流變次級、二次接口回路設計等[2]，突出反映了配置自愈系統造成站內空間不足、接線復雜的情況，因此考慮未來可將自愈系統配置簡化，將功能集成到變電站已有裝置中，具體設想如下：

3.1 與合智一體裝置的集成

110kV智能變電站中110kV側采用合并單元智能終端一體裝置，合并單元實現對一次互感器傳輸過來的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數字信號按照特定格式轉發給間隔層設備使用，智能終端實現對開關位置等信號的采集和接受執行保護監控裝置對斷路器的分合閘命令。合智一體裝置包含了自愈系統子站的基本功能，且可以通過光纖和交換機實現對外通信。因此，今后110kV智能變電站手拉手接線系統中可簡化自愈系統子站，將其功能下放至合智一體裝置，節省占地和組柜空間。

3.2 與廣域保護裝置的集成

廣域保護系統集成了保護控制、邏輯判斷等功能，通過站間光纖互聯實現電氣量傳遞與共享，獲得區域內全景信息，同時根據轄區內系統結構做出判斷，快速切除電網中的故障，以及分析對系統運行的影響等高級功能[3]。從原理上看，目前上海地區應用的自愈系統可劃入廣域保護范圍內，符合建設堅強智能電網的要求，具有很大的發展空間。現階段自愈系統仍獨立配置主站，采用專網專線通信模式。而未來可考慮由廣域保護裝置集成自愈控制主站功能，減少保護裝置的配置，實現二次設備集約化、功能集成化的目標。

4 總結

上海地區為提高供電可靠性，開展了110kV變電站電源完善工程，同時針對該接線模式應用自愈系統裝置，站間的電氣量通過光纖通信，由自愈控制主站完成手拉手接線系統內的綜合判定，實現快速隔離故障、實時恢復供電的功能，極大地提高了城市電網的可靠性、安全性和穩定性。未來可將自愈功能集成到廣域保護和合智一體裝置中，作為廣域保護的一個功能，完成區域內進線故障最優處理，實現城市電網的自愈性和智能化。

參考文獻

[1]陳星鶯，顧欣欣，余昆，等.城市電網自愈控制體系結構[J].電力系統自動化，2009，33（24）：38-42.

[2]李超群，陳曉東，談紅.上海電網110kV“手拉手”鏈式接線自愈系統設計[J].電氣應用，2014，33（19）：82-85.

[3]孫鑫，張幼明.智能電網中的廣域保護[J].東北電力技術，2011，（1）：34-36.

（作者單位：國網上海市電力公司經濟技術研究院）