備自投自動投退系統在廣州電網中的應用

李俊格潘凱巖戴慧芳

（1.廣東電網廣州供電局，廣州 510620 2.東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264000）

備自投自動投退系統在廣州電網中的應用

李俊格1潘凱巖2戴慧芳2

（1.廣東電網廣州供電局，廣州 510620 2.東方電子股份有限公司，山東 煙臺 264000）

從總體架構上介紹了廣州電網的備自投自動投退系統（ABC）的設計原則，系統的介紹了備自投自動投退系統的功能、策略、投退規則等，從備自投的測試及維護等不同方面介紹了廣州電網ABC的運行情況及經驗。現場運行情況表明ABC可以大幅度地提高電網的供電可靠性。

備自投；備自投自動投退系統；初始負載率；N-1；壓板

國內大中型地區電網的網架特點是其管轄范圍通常包括220kV及以下的主變、線路和部分500kV主變。其中220kV主變及其以下的主變和線路通常按輻射網供電方式運行。為保證供電可靠性，通常會在變電站內部裝設備自投裝置（BATS）。當電網發生故障從而導致母線停電時，滿足條件的 BATS就會動作，給停電母線供電，這樣就大大減少了母線停電的概率，保證了供電的可靠性［1］。

對于電網實時運行中出現設備過載運行的情況，文獻［2］通過負荷自動轉移控制技術實現了330kV主變過載處理，文獻［3］提出了自動負荷切除的方法來消除設備過載的處理，文獻［4］提出了通過負荷轉移的方法來消除電網中高電壓等級的設備過載的方法，以上文獻提出的方法均為對電網正常方式下設備出現過載情況的處理，不能有效處理電網在設備發生故障從而導致備自投動作時可能出現新的設備過載的情況。為此文獻［5］提出了基于 EMS的智能備自投在線壓板最優投退策略，文獻［6］從備自投的一些特殊性質如時序及均分等特性的備自投的改進策略，可以有效地解決以上文獻中存在的問題，但文獻［5-6］對備自投自動投退系統的整體構架、系統中運行易出現的問題及解決方法等并未描述清楚，為此本文從備自投自動投退系統的整體構架、備自投投退流程、備自投的測試等不同方面描述備自投自動投退系統的設計思想及應用。在文章的最后，給出了廣州電網從2014年6月份來備自投自動投退系統的運行狀況。

1 廣州電網現狀及特點

廣州供電局是隸屬于南方電網公司的特大型供電局，至2015年底，廣州地區電網已運行的110KV及以上變電站總數296座，主變704臺，其中500kV變電站6座，主變21臺；220kV變電站49座，主變126臺；110kV變電站241座，主變557臺。電網自投裝置總共485套，大部分110kV和220kV變電站安裝了低壓母聯備自投裝置，即 10kV側母聯備自投，且具有均分功能的比較多；110kV備自投裝置有102套。220kV變電站的10kV母聯備自投具有方向判別功能，其余110kV變電站10kV母聯備自投均無方向判別功能。

近年來，隨著用電負荷的增加，部分220kV變電站的主變負荷率都均超80%，屬重載運行，有時有的220kV變電站內的主變負載率甚至超過100%，要實行限負荷運行；110kV共有50臺主變負荷都不能夠滿足N-1運行，其中有的110kV變電站內的主變負荷率均超過80%，屬重載運行。由此可以看出，當夏季負荷和氣溫都較高的情況下，特別是線路、主變“N-1”運行時，很容易出現線路或主變過載的情況。當夏季溫度較高情況下出現線路或主變過載等情況時，很容易出現繼續跳閘從而導致事故擴大的情況，為此，有必要從全網的角度對電網發生N-1從而導致備自投動作后的電網進行分析，如果備自投動作后導致設備過載則應按一定規則閉鎖相應的備自投，從而使電網運行在一個安全、穩定的狀態下，最大限度地保證供電可靠性。同時，廣州電網SCADA/EMS系統連續多年運行穩定，因此完全具備在此基礎上開發備自投自動投退系統的條件。

2 備自投自動投退系統的總體設計構架

備自投自動投退系統（ABC）是基于EMS系統開發的。根據實時采集的 SCADA信息，充分考慮主變初始負載率、主變油溫限值、電網設備的 N-1校核、備自投動作時序參數、備自投動作優先級、過載聯切、數據異常等因素，實時計算電網備自投的投退策略，利用二次設備遠方控制技術，閉環實時控制備自投功能軟壓板，實現了備自投自動投退。

ABC的整體架構如圖1所示。

從圖1中可以看出，備自投自動投退系統基于SCADA/EMS基礎上給出最終的執行策略，首先在獲取備自投的實時投退狀態，并在電網經過狀態估計處理后的數據信息進行備自投投退策略的制訂，給出策略的過程中首先進行異常數據檢測，然后給出基于主變初始負載率及油溫校核的策略，最終將備自投的投退策略通過遙控壓板的方式下發遙控，從而達到備自投在線投退的功能。

圖1 ABC整體架構

3 備自投自動投退系統功能

3.1 全局控制參數設置

全局參數設置包括控制規則、檢查規則及全局參數的設置。

1）控制規則信息

N-1規則：包括是否進行110kV主變N-1計算、是否進行110kV線路N-1計算及是否進行220kV主變N-1計算。

其他規則：包括是否啟動主變油溫校核、是否啟動主變負載率校核及重要用戶是否強投，如果設置強投，指當備自投工作母線有重要用戶時不退出備自投，強制投入。

2）檢查規則信息

檢查規則：檢查規則針對N-1，是指N-1的校驗對象，即是否需要對110kV主變過載進行校核，是否需要對 110線路過載進行校核；是否需要對220kV主變過載進行校核。以任意組合的形式進行校驗，缺省對三項都進行校驗。

3）全局參數信息

備自投是否投入。

是否啟動過載聯切功能。

算法運行周期，缺省是10min。

動作次數限值：指單個備自投動作次數限值，缺省每天15次。

3.2 總體校核規則

在備自投自動投退系統中，要綜合考慮主變油溫、主變初始負載率及N-1校核等，一般來說，如果油溫校核壓板是需要退出的，則不再進行 N-1校核，如果通過了油溫校核，則需要繼續進行N-1校核。

3.3 基于變壓器油溫及初始負載率的在線投退策略

基于變壓器油溫及初始負載率的在線投退策略可以按文獻［6］中的給出，一般來說，如果備自投關聯的設備為變壓器，則基于變壓器油溫及初始負載率的投退規則對其有影響的包括這個備自投所關聯的變壓器及相應片網更高電壓等級的變壓器，即電源側的變壓器，通常為220kV變壓器。

3.4 基于設備N-1的投退規則

基于設備N-1的總體流程如圖2所示。從圖2中可以看出，校核的故障設備的順序為設備故障后引起動作的備自投的個數決定，引起動作的備自投的個數少的故障先校核，然后校核大的。

圖2 N-1校核整體流程

單個故障設備引起的備自投的投退策略如圖 3所示。

從圖3中可以看出，在通過N-1確定動作的備自投后，需要進一步確定過載設備與備自投的映射關系，從兩個集合取交集，從而最終確定要投退的備自投集合，并根據備自投的優先級進行退出計算，最終消除設備的過載。

圖3 單個設備故障的備自投投退策略

3.5 備自投動作后的過負荷聯切功能

對電網實時狀態進行檢測，如果檢測到有故障發生，同時有備自投啟動并引起本級或上一級的主變過載，則啟動過載聯切功能，根據過載量的大小得到需要切除的開關數量及信息，最終消除設備的過載。

3.6 備自投測試

一般來說，備自投在投入閉環運行前都必須在開環狀態下進行嚴格的測試，才能最終投入到閉環狀態，需要進行測試的項目包括：

1）檢查數據庫中備自投關聯的壓板點信號是否正確，是否取壓板點狀態。

2）檢查數據庫中設置的策略標志是否設置成開環。

3）檢查廠站備自投信息圖中圖元關聯的參數是否正確。

4）檢查全局控制參數中是否已經考慮負載率，N-1校核。

5）站內所有可以控制的開關刀閘位置打到就地位置，除了備自投壓板點信號。

6）核對備自投壓板信號。

7）人工置入變壓器的各側電流（三卷變置入高壓測），使其負載率大于0.85或其他的各種預想值；檢測策略是否正確。

如果各項測試均正確，則可以將相應的備自投由開環改為閉環狀態。

3.7 并發遙控處理

備自投投退策略通常每10min執行一次，在負荷高峰時通常會有幾十個甚至上百個壓板需要進行退出。而這些備自投大部分是屬于不同的變電站的，如果采用順序遙控處理，通常需要近 10min，不能滿足實時性的要求，這就要求采用并發遙控處理，不同變電站的備自投可以同時進行遙控，從而大大節省遙控時間。

3.8 異常情況處理

在備自投的壓板投退執行過程中，需要考慮以下異常情況包括：

1）SCADA遙測數據不刷新。

2）狀態估計不收斂。

3）備自投每小時最大遙控次數。

4）備自投每天最大遙控次數。

5）相關變壓器的主變油溫異常，如果備自投設置考慮油溫，則不改變備自投的壓板的當前運行狀態。

6）如果在狀態估計計算中檢測到與備自投相關的220kV主變出現壞數據，則不對相應的220kV主變進行校核。

7）如果在狀態估計計算中檢測到 110kV主變或110kV線路出現壞數據，則不改變當前備自投的壓板的當前運行狀態。

4 應用情況分析

備自投是保障電力系統供電可靠性的重要設備，廣州電網受一次網架結構和負荷特性影響，迎峰度夏或負荷高峰時段，部分重載變電站備自投動作會引起設備過載，按照傳統的備自投投退管理方法，大量的備自投需要長期退出。

4.1 應用情況及其效率

系統投運前，方式科每季度定期耗費大量人力（每周一人次一天）對全網的備自投壓板情況進行分析計算，并要到現場進行手工壓板投退，系統投運后每季度減少了14（周）×8（小時）×1（人次）=112小時的人力投入，提高了工作效率，減少了人力成本，解決了人工投退壓板不能解決計算的實時性、壓板投退的快速性等問題，提高了軟壓板投退的準確率和精確率。

備自投自動投退系統已于2014年6月初在廣州電網中投入閉環運行。目前已有46座變電站完成系統接入調試工作，32座變電站投入ABC自動控制功能，重載變電站備自投平均投入率提升超過60%，日均遙控次數超40次，遙控成功率100%，實現備自投運行精細化管理，進一步提高供電可靠性和資產利用率，同時改變了傳統的備自投投退方法，減輕了調度值班人員的緊急復電壓力，提高了工作效率。

4.2 應用實例

2015年01月28日21時17分，黃埔電廠110kV黃華線發生永久故障，南崗站#2主變、云埔站#2主變、荷村站#2主變失壓，10kV備自投均正確動作，未造成用戶失壓。云埔站、荷村站 10kV備自投分別于2014年10月15日、16日投入ABC自動控制功能，由系統實時完成備自投功能投退，ABC系統成功挽救云埔站10kV IIA、IIB母，荷村站10kV IIA、IIB母負荷，最大限度地保證了供電可靠性。

5 結論

本文首先給出了備自投自動投退系統的整體構建、考慮變壓器油溫、考慮變壓器N-1的備自投投退策略，然后介紹了備自投的測試技術及異常情況的處理。廣州供電局的實際運行情況表明，在負荷高峰時可將動作后會引起設備過載的備自投按一定的邏輯退出運行，在負荷低谷時如果備自投動作后不會引起設備過載，則重新通過壓板遙控將備自投投入運行，從而最大限度地保證電網的供電可靠性。備自投自動投退系統在地區電網具有非常廣泛的應用前景，目前ABC作為一個可選模塊已經納入到南網OS2規范中，本文提出的備自投壓板投退策略可以高效地運行，現場運行效果表明ABC在地區電網中具有一定的推廣價值。

［1］丁書文.電力系統自動裝置原理［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］潘凱巖，劉仲堯，宋學清，等.自動負荷控制系統在佛山電網中的應用［J］.電力系統自動化，2009，33（22）：94-97.

［3］李少謙，張孟君，倪小惠，等.消除330kV變壓器過載的自動負荷轉移控制技術［J］.電力系統保護與控制，2009，37（11）：106-108，115.

［4］潘凱巖，劉仲堯.負荷轉供在線輔助決策系統在大型電網中的應用［J］.電氣技術，2013（5）：54-57.

［5］潘凱巖，譚大帥.基于EMS的智能備自投在線壓板最優投退策略［J］.電氣技術，2015（7）：103-107.

［6］潘凱巖，譚大帥，李俊格，等.考慮負荷均分及時序的備自投壓板最優投退策略［J］.電氣技術，2015（12）：102-105.

Application of Automatic BATS Controlling in Guangzhou Power Grid

Li Junge1Pan Kaiyan2Dai Huifang2
（1.Guangzhou Power Supply Bureau，Guangzhou 510620；2.Dongfang Electronics Corporation，Yantai，Shandong 264000）

Automatic BATS controlling system is introduced from the whole architecture in detail in this article.The function includes the function of ABC，the strategy of ABC and the rule of on-ff of ABC.On the other hand，the testing method and maintenance method of Automatic BATS controlling in Guangzhou power grid is introduced.Site operation shows that the proposed method is feasible and it can ensure power distribution reliability.

busbar automatic transfer switch（BATS）； automatic BATS controlling； initial load ratio；N minus one； strap

李俊格（1985-），男，本科，工程師，從事EMS系統軟件的維護工作。