220kV站主變停運(yùn)致110kV母線停運(yùn)后復(fù)電策略的研究與實(shí)現(xiàn)

成江東　高貞彥　梁　苑　林桂輝　趙　勇

（1. 東方電子股份有限公司，山東 煙臺　264000；2. 廣東電網(wǎng)珠海供電局，廣東 珠海　519000）

地區(qū)電網(wǎng)在變電站內(nèi)部通常裝設(shè)一定數(shù)量的備自投裝置[1]，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障導(dǎo)致母線停電時(shí)，滿足條件的備自投就會動(dòng)作，使停電母線重新恢復(fù)供電，以保證供電的可靠性[2]。但因站內(nèi)備自投自身的局限性，有些情況下無法通過備自投實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電。

在220kV變電站中，裝設(shè)的備自投動(dòng)作前提一般為110kV母線失壓，主變帶電，動(dòng)作策略一般為斷開母線相連的主變中壓側(cè)開關(guān)，閉合110kV母聯(lián)開關(guān)，從而達(dá)到母線恢復(fù)供電的目的。但若發(fā)生備自投動(dòng)作失敗或220kV主變均退運(yùn)的情況，則相關(guān)110kV母線將無法恢復(fù)供電，從而陷入失電的風(fēng)險(xiǎn)。

本文提出的復(fù)電策略，能夠有效彌補(bǔ)站內(nèi)備自投的缺陷。相關(guān)策略基于電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，計(jì)算搜索出復(fù)電路徑[4]，實(shí)現(xiàn)220kV站110kV母線的恢復(fù)供電，然后檢測復(fù)電路徑，其有線路越限，則搜索原失電母線所帶的負(fù)荷[3]，依優(yōu)先級和電流大小排序切負(fù)荷，直至線路越限消除。

1　智能復(fù)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

1.1　復(fù)電單元建模

為了方便管理，提出復(fù)電單元的概念。為每條220kV站的 110kV母線對應(yīng)設(shè)置一個(gè)復(fù)電單元，220kV站的 110kV母線與復(fù)電單元為一一對應(yīng)關(guān)系。由復(fù)電單元對相關(guān)母線失壓——復(fù)電——切負(fù)荷的過程進(jìn)行管理。為復(fù)電單元設(shè)置充電條件、閉鎖條件、啟動(dòng)條件、動(dòng)作條件，以準(zhǔn)確判斷母線所處的狀態(tài)。

1）充電條件。復(fù)電單元充電條件成立的前提是相關(guān)110kV母線有壓，與此母線相連的變中開關(guān)為合位且有電流（標(biāo)準(zhǔn)為大于 10A），有其他 220kV站的110kV母線作為備用電源，即以復(fù)電單元母線為起點(diǎn)，有可用復(fù)電路徑連通到其他220kV站的帶電的110kV母線。

2）閉鎖條件。若有保護(hù)動(dòng)作造成 110kV母線失電，此時(shí)母線復(fù)電，則可能造成危害蔓延，必須閉鎖復(fù)電單元。相關(guān)保護(hù)如：鳳凰站110kV母線差動(dòng)保護(hù)，鳳凰站主變后備保護(hù)等。復(fù)電單元閉鎖后，不會生成復(fù)電策略。

3）啟動(dòng)條件。220kV母差保護(hù)動(dòng)作或主變保護(hù)動(dòng)作引發(fā)110kV母線失電，視為滿足啟動(dòng)條件。

4）動(dòng)作條件。110kV母線失壓，主變變中開關(guān)無流，則視為動(dòng)作條件滿足。

1.2　動(dòng)作開關(guān)和復(fù)電路徑

為了防止誤控，從實(shí)際需要出發(fā)，指定某些開關(guān)作為某母線復(fù)電策略時(shí)的備選開關(guān)。除此而外，都不加入策略。這些備選開關(guān)即為動(dòng)作開關(guān)，在“鳳凰站、珠海站、樂園站電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖”中，鳳凰站110kV 1母和110kV 2母相關(guān)復(fù)電單元的動(dòng)作開關(guān)均為以下8個(gè)開關(guān)：鳳凰站鳳官乙線140開關(guān)、鳳凰站鳳官甲線139開關(guān)、鳳凰站鳳海線132開關(guān)、鳳凰站鳳新線131開關(guān)、樂園站鳳官乙線140開關(guān)、樂園站鳳官甲線139開關(guān)、珠海站鳳海線132開關(guān)、珠海站鳳新線131開關(guān)。

圖1　鳳凰站、珠海站、樂園站電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

復(fù)電路徑是指從失壓的110kV母線展開搜索，到達(dá)另一 220kV站帶電 110kV母線經(jīng)過的電網(wǎng)路徑。復(fù)電路徑滿足以下條件即為可用復(fù)電路徑：①本路徑上的開關(guān)刀閘有且僅有一個(gè)開關(guān)處于斷開狀態(tài)，且此開關(guān)已經(jīng)被定義為動(dòng)作開關(guān)，即一旦閉合此動(dòng)作開關(guān)，此路徑將會把兩條220kV站的110kV母線連通；②本路徑上的電網(wǎng)設(shè)備只有110kV電壓等級的，且不可過長，即串供級數(shù)不可過多，路徑上的電網(wǎng)設(shè)備不可涉及3個(gè)或3個(gè)以上的220kV站。

1.3　復(fù)電路徑的電流裕度

一條復(fù)電路徑往往包含多個(gè)線路段，每個(gè)線路段的允許電流不盡相同，而且各線路當(dāng)前電流值也不盡相同。一條線路的電流裕度為其電流允許值與當(dāng)前電流差值，復(fù)電路徑的電流裕度為其各線路段的電流裕度最小值。

1.4　防止復(fù)電策略誤生成

220kV站110kV母線失壓的情況有很多，很多情況下不需要本系統(tǒng)生成復(fù)電策略，如果誤生成策略，將進(jìn)而帶來誤遙控的風(fēng)險(xiǎn)，因此防止復(fù)電策略誤生成非常重要。

1）時(shí)間延遲處理

（1）站端備自投動(dòng)作處理。110kV母線失壓后，站端備自投可能會動(dòng)作。因此，有必要對站端備自投動(dòng)作采取等待避讓措施，即在檢測到110kV母線失壓后并不立即生成復(fù)電策略，而是等待30s，若備自投動(dòng)作成功，則母線恢復(fù)有壓狀態(tài)，相關(guān)遙測量的刷新，在30s內(nèi)都足以完成。若30s后，母線仍處于失壓狀態(tài)，則可確認(rèn)相關(guān)110kV母線仍未復(fù)電。

（2）保護(hù)信號量變位自保持處理。保護(hù)類遙信往往變位后會立即復(fù)歸，因此需要對其動(dòng)作的狀態(tài)做自保持處理。在進(jìn)行相關(guān)條件判斷時(shí)，認(rèn)為此信號量處于動(dòng)作狀態(tài)。

（3）放電時(shí)間。在110kV母線失壓或其他情況出現(xiàn)，充電條件由成立轉(zhuǎn)為不成立后，相關(guān)復(fù)電單元進(jìn)入放電時(shí)間，放電時(shí)間限為900s。放電時(shí)間過后，將不再生成復(fù)電策略。

2）生成復(fù)電策略的前提條件

復(fù)電單元生成復(fù)電策略需要滿足以下條件：復(fù)電單元未閉鎖，放電時(shí)間未結(jié)束，啟動(dòng)條件滿足，動(dòng)作條件滿足。否則不生成復(fù)電策略。通過以上各種條件的配合處理，能夠有效地防止復(fù)電策略誤生成。

圖2　復(fù)電單元狀態(tài)轉(zhuǎn)換流程圖

1.5　復(fù)電策略生成方法

避過站端備自投動(dòng)作時(shí)間，確認(rèn)復(fù)電策略生成前提成立，系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)電策略生成環(huán)節(jié)。復(fù)電處理順序?yàn)橥ㄟ^切斷母聯(lián)開關(guān)，斷開其他母線與失壓母線的電氣連接，通過切斷變中開關(guān)，斷開相關(guān)主變與失壓母線的電氣連接，然后為失壓母線恢復(fù)供電。因此，首先搜索與失壓母線相連的閉合的母聯(lián)開關(guān)，加入策略；然后搜索與母線相連的閉合的變中開關(guān)，加入策略；最后以此失壓母線為起點(diǎn)，按電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ退阉鲝?fù)電路徑，若同時(shí)存在多條復(fù)電路徑，則按其電流裕度排序，電流裕度最大者為首選復(fù)電路徑，相關(guān)動(dòng)作開關(guān)加入策略。

1.6　復(fù)電后過載聯(lián)切處理

110kV母線復(fù)電后，其失壓前所帶負(fù)荷將轉(zhuǎn)由復(fù)電路徑線路供電，相關(guān)線路上的負(fù)荷陡增，若過載，則需要做切負(fù)荷降載處理。方法為搜索原失壓母線所帶負(fù)荷，將這些負(fù)荷按優(yōu)先級和電流大小排序，并按復(fù)電路徑過載電流量計(jì)算出切負(fù)荷個(gè)數(shù)，將相關(guān)負(fù)荷開關(guān)加入斷開策略。

1.7　策略執(zhí)行方法

智能復(fù)電系統(tǒng)提供了3種控制模式，即僅監(jiān)視、開環(huán)確認(rèn)執(zhí)行和閉環(huán)執(zhí)行。若設(shè)置為僅監(jiān)視，則系統(tǒng)只監(jiān)視110kV母線狀態(tài)，不進(jìn)行任何處理；若設(shè)置為開環(huán)確認(rèn)執(zhí)行，則在系統(tǒng)生成策略后，經(jīng)人工確認(rèn)后才執(zhí)行控制策略；若設(shè)置為閉環(huán)執(zhí)行，則系統(tǒng)生成策略后將自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)策略。

1.8　智能復(fù)電系統(tǒng)總體處理流程圖

圖3　智能復(fù)電系統(tǒng)總體流程

1.9　智能復(fù)電系統(tǒng)全局參數(shù)設(shè)置

智能復(fù)電系統(tǒng)全局參數(shù)如下。

1）110kV母線有壓定值設(shè)置（缺省為0.8Un，Un為電壓額定值），母線三相電壓均大于此值為有壓。

2）110kV母線無壓定值設(shè)置（缺省為0.2Un，Un為電壓額定值），母線三相電壓均小于此值為無壓。

3）220kV主變變中開關(guān)有電流定值設(shè)置（缺省為 50A），開關(guān)三相電流采集值均大于此值為有電流。

4）220kV主變變中開關(guān)無電流定值設(shè)置（缺省為 50A），開關(guān)三相電流采集值均小于此值為無電流。

5）過載系數(shù)定值設(shè)置（缺省為0.9），線路電流采集值＞過載系數(shù)×線路允許電流值，即認(rèn)為線路過載。

6）站端備自投動(dòng)作避讓時(shí)間（缺省為30s）。

7）復(fù)電單元放電時(shí)間設(shè)置（缺省為900s）。

8）保護(hù)動(dòng)作信號自保持時(shí)間設(shè)置（缺省為900s）。

2　軟件控制流程

智能復(fù)電系統(tǒng)將遙控開關(guān)的命令發(fā)給控制服務(wù)器，最終通過前置處理單元經(jīng)下行通道送到廠站遠(yuǎn)動(dòng)終端（remote terminal unit, RTU），完成遙控過程。

3　在線實(shí)驗(yàn)效果及過程分析

現(xiàn)場在線實(shí)驗(yàn)中，廠站端用動(dòng)模測試儀按“圖1鳳凰站、珠海站、樂園站電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖”的運(yùn)行方式設(shè)置各開關(guān)位置，鳳凰站#1主變、#2主變、#3主變各側(cè)開關(guān)均閉合；珠海站、鳳凰站、樂園站各110kV母線的各相電壓均設(shè)為65.8；鳳凰站#1主變中壓側(cè)101開關(guān)各相電流設(shè)為193；鳳凰站#2主變中壓側(cè)102開關(guān)各相電流設(shè)為252；鳳凰站#3主變中壓側(cè) 103開關(guān)各相電流設(shè)為 232；鳳凰站鳳官乙線140開關(guān)各相電流設(shè)為177；鳳凰站鳳官甲線139開關(guān)各相電流設(shè)為 0；鳳凰站鳳海線 132開關(guān)各相電流設(shè)為0；鳳凰站鳳新線131開關(guān)各相電流設(shè)為0；樂園站鳳官乙線 140開關(guān)各相電流設(shè)為 0；樂園站鳳官甲線 139開關(guān)各相電流設(shè)為 0；珠海站鳳海線130開關(guān)各相電流設(shè)為87；珠海站鳳新線129開關(guān)各相電流設(shè)為130。鳳官甲線、鳳官乙線、鳳海線、鳳新線兩端開關(guān)均已經(jīng)設(shè)為動(dòng)作開關(guān)，此時(shí)鳳凰站110kV 1母復(fù)電單元滿足充電條件，鳳凰站110kV 2母無備用電源，故其復(fù)電單元不滿足充電條件。然后站端模擬220kV母線母差保護(hù)動(dòng)作，110kV 1母各相電壓變?yōu)榱悖?10kV 2母各相電壓變?yōu)榱悖?1主變變中101開關(guān)各相電流變?yōu)榱悖?2主變變中102開關(guān)各相電流變?yōu)榱悖?3主變變中103開關(guān)各相電流變?yōu)榱悖?1、#2、#3主變高壓側(cè)開關(guān)均跳開，此時(shí)鳳凰站110kV 1母復(fù)電單元開始放電，其啟動(dòng)條件和動(dòng)作條件滿足，智能復(fù)電系統(tǒng)避過站端備自投動(dòng)作時(shí)間（30s）后，生成復(fù)電策略，為依次斷開母聯(lián)100開關(guān)，斷開101開關(guān)，斷開102開關(guān)，閉合鳳凰站鳳海線132開關(guān)。執(zhí)行策略后，鳳凰站110kV 1母恢復(fù)供電，系統(tǒng)完成過載切負(fù)荷環(huán)節(jié)后，結(jié)束鳳凰站 110kV 1母的恢復(fù)供電處理流程。鳳凰站110kV 2母復(fù)電單元因初始時(shí)充電條件不滿足，系統(tǒng)對鳳凰站110kV 2母的失壓不做處理。

從實(shí)驗(yàn)過程可以看出，當(dāng)110kV母線有壓、相關(guān)變中開關(guān)有流、有備用電源（實(shí)驗(yàn)中為220kV樂園站、220kV珠海站）時(shí)，復(fù)電單元充電條件滿足。之后當(dāng)220kV母線保護(hù)動(dòng)作致110kV母線失壓時(shí)，復(fù)電單元充電條件不滿足，進(jìn)入放電時(shí)間，動(dòng)作條件和啟動(dòng)條件成立。系統(tǒng)在生成策略前避讓了站端備自投動(dòng)作時(shí)間。生成的策略遵循先斷母線開關(guān)和變中開關(guān)以切除故障，再合動(dòng)作開關(guān)恢復(fù)供電的原則。在選擇閉合的動(dòng)作開關(guān)時(shí)，復(fù)電路徑鳳官乙線、鳳海線、鳳新線的最大允許電流均為600A，鳳海線當(dāng)前各相電流為87，可知其在3條路徑中電流裕度最大，故鳳海線對應(yīng)的動(dòng)作開關(guān)被選中。鳳凰站110kV 1母恢復(fù)供電后，系統(tǒng)進(jìn)入切負(fù)荷環(huán)節(jié)。鳳凰站110kV 2母因無備用電源故其復(fù)電單元充電條件不成立，系統(tǒng)即不對鳳凰站110kV 2母的失壓不做處理，有效地防止了策略的誤生成。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)功能與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相符合。

4　結(jié)論

本文針對220kV廠站110kV母線因主變故障或220kV母線故障而失壓的問題提出了解決方法。

所設(shè)計(jì)的智能復(fù)電系統(tǒng)，避讓了站端備自投動(dòng)作時(shí)間，對各種信號做了較周密的判斷計(jì)算，自動(dòng)搜索110kV母線的復(fù)電路徑，適合各種運(yùn)行方式，有多種控制方式是可靠供電的又一保障。

現(xiàn)場在線實(shí)驗(yàn)情況表明，本文的處理方法是有效的，可以在比較短的時(shí)間內(nèi)對失電的母線恢復(fù)供電，可以有效的保證供電的可靠性，保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，安全供電。