備自投裝置運行方式快速切換及復歸邏輯的仿真設計

趙 明

（東方電子股份有限公司，山東煙臺264000）

0 引言

備自投裝置能夠在供電電源因故障斷開時，將負荷自動轉供至備用電源，是保證電力系統連續可靠供電的重要設備[1-4]。“兩線三變”擴大內橋接線方式可以滿足負荷增長及電網規劃建設的需要，兼具運行方式靈活等優點，在城區110kV擴容改造變電站和110kV新建變電站工程中均得到了推廣應用[5-13]。

國家電網公司發布的文件Q/GDW10766—2015《10kV～110（66）kV線路保護及輔助裝置標準化設計規范》中表明，擴大內橋備自投裝置需自適應4中運行方式：進線備自投方式（備自投方式1、備自投方式2）和橋斷路器備自投方式（備自投方式3、備自投方式4），系統運行方式靈活多變，因此對備自投裝置的保護邏輯提出了較高的要求。搭建備自投裝置動模測試平臺，模擬擴大內橋系統在各種運行方式下發生各種故障工況，對備自投裝置保護邏輯的進行全方位的考核。

基于RTDS仿真平臺可以靈活的開展繼電保護裝置動模試驗工作，由于動模試驗的可變因素較多（如：運行方式、故障點、故障類型），動模試驗次數多大上千次，工作量較大。每一次動模試驗可以劃分為三個階段：系統初始化階段、故障模擬階段及待測裝置動作階段。每次試驗均會引起系統拓撲結構發生變化，不同的運行方式下也需對系統拓撲進行調整，因此有必要設計高集成度、一鍵操作式的系統初始化切換邏輯。

1 擴大內橋備自投系統

擴大內橋接線方式系統結構如圖1所示，一次系統劃分為：系統供電區域、擴大內橋接線測試區域、均衡負荷測試區域。二次控制系統包括：故障觸發模塊、斷路器控制模塊、虛擬保護模塊及運行方式控制邏輯。其中，S1、S2分別為進線電源1和電源2；L1、L2分別為進線1和進線2；1DL、2DL分別為進線1斷路器和進線2斷路器；5DL、6DL分別為進線1、進線2的電源側斷路器；3DL、4DL分別為橋1斷路器和橋2斷路器。UL1、UL2分別為進線1、進線2的抽取電壓；U1ABC、U2ABC分別為I母、II母的三相電壓；I1、I2、I3、I4分別為進線1、進線2、橋1、橋2的電流。K1、K2、K3、K4、K5分別為進線1區內故障點、進線2區內故障點、1號主變區內故障點、2號主變區內故障點、3號主變區內故障點。擴大內橋接線有四種運行方式，備自投方式1、備自投方式2為進線備自投模式；備自投方式3、備自投方式4為橋開關備自投模式。

圖1 擴大內橋接線方式系統結構

四種運行方式下個斷路器狀態如表1所示。即1）備自投方式1：1DL、3DL、4DL為合閘狀態，2DL為分閘狀態。即1號進線運行，2號進線備用。2）備自投方式2：2DL、3DL、4DL為合閘狀態，1DL為分閘狀態。即2號進線運行，1號進線備用。3）備自投方式3：1DL、2DL、4DL為合閘狀態，3DL為分閘狀態。即1號進線2號進線均運行，內橋1分閘狀態。4）備自投方式4：1DL、2DL、3DL為合閘狀態，4DL為分閘狀態。即1號進線2號進線均運行，內橋2分閘狀態。

表1 各運行方式下的斷路器狀態

試驗過程中，斷路器的操作可以劃分為三類：手動分、合閘；保護裝置分、合閘；模擬斷路器偷跳分閘。試驗系統初始化階段需根據試驗項目調整運行方式，對斷路器進行狀態操作；單次試驗結束后，系統運行方式遭到破壞需進行復歸操作，因此進行一鍵式的運行方式快速切換及復歸邏輯設計是很有必要的。

2 運行方式邏輯設計

控制邏輯的核心設計思想有兩點：1）確保系統拓撲與系統運行方式相匹配的前提下，便捷的進行方式切換；2）拓撲結構與運行方式不匹配時，便捷的進行復位匹配。邏輯設計框圖如圖2所示，主要有三部分組成：斷路器狀態預設、運行方式選擇及斷路器控制邏輯融合。

圖2 運行方式邏輯設計框圖

“運行方式選擇”為系統運行方式切換操作、復位操作的接口設計部分。“模式撥盤”可以靈活選擇運行方式，單擊“復位按鈕”觸發斷路器狀態復位操作。“運行方式”為運行方式設定值，取值范圍為1、2、3、4；“刷新載入”為復位觸發脈沖，當“運行方式”取值發生變化、復位按鈕執行操作時，產生100ms的脈沖信號。“斷路器狀態預設”參照表1采用多輸入單輸出選擇器進行運行方式和斷路器狀態的匹配，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）為斷路器狀態的匹配結果。“SH_xDL”、“ST_xDL”（x=1，2，3，4）分別為斷路器的手合、手跳信號，“Brkx_x”為斷路器狀態的驅動信號。斷路器控制模塊通過接收合閘、跳閘脈沖信號，實現斷路器位置狀態的分、合閘操作。“Ty_xDL”和“刷新載入”進行與邏輯，“Ty_xDL”經非邏輯后和“刷新載入”進行與邏輯操作。當“模式撥盤”完成定值設定后，刷新“運行方式”，進而刷新“Ty_xDL”，同時觸發“刷新載入”脈沖信號，驅動斷路器控制模塊。當時“復位按鈕”執行后，觸發“刷新載入”脈沖信號，且不刷新“Ty_xDL”值，驅動斷路器控制模塊，實現了兩點核心設計思想。

3 仿真算例

在RTDS仿真系統中搭建所設計的邏輯，設計2個典型仿真算例進行試驗，對邏輯中關鍵變量錄波分析，進行邏輯功能驗證。仿真算例1：系統運行方式切換。擴大內橋備自投系統的初始運行方式為備自投方式1，操作模式撥盤，切換至備自投方式2運行狀態，圖3為仿真算例錄波圖。0s時刻，系統運行方式設定值發生變化：運行方式由1階躍至2，“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）刷新數值。刷新載入產生100ms的脈沖信號，驅動斷路器控制模塊。“WZ_xDL”（x=1，2，3，4）為斷路器的實際狀態，分析錄波圖可知，2DL由分閘狀態切換至合閘狀態，相對于Ty_2DL有60ms的延遲，該延遲模擬了實際斷路器執行機構的延時。

圖3 運行方式切換

仿真算例2：拓撲結構復歸操作。模擬系統運行方式為備自投方式2時，由于其他操作導致斷路器狀態與運行方式不匹配，該算例中零xDL（x=1，2，3，4）斷路器均處于分閘狀態，執行復歸操作，令運行方式與系統拓撲結構相匹配。圖4為仿真算例錄波圖。“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）數值正確匹配備自投方式2，0s時刻，操作復位按鈕（Rest），觸發“刷新載入”產生100ms的脈沖信號，重新將“Ty_xDL”（x=1，2，3，4）數值錄入斷路器控制模塊，“WZ_xDL”（x=1，2，3，4）刷新，各斷路器位置正確匹配系統設定的運行方式。

圖4 拓撲結構復歸

仿真算例結果表明，該控制邏輯具備設計功能：1）確保系統拓撲與系統運行方式相匹配的前提下，便捷的進行方式切換；2）拓撲結構與運行方式不匹配時，便捷的進行復位匹配。

4 結語

擴大內橋備自投裝置動模試驗過程中，涉及多次的運行方式轉換、系統拓撲結構重構，逐次手動操作試驗前狀態準備、試驗后狀態復歸，工作量大、效率低下。以系統運行方式快捷切換、系統快捷復歸位設計目標，進行了斷路器控制邏輯開發。仿真驗證表明，所設計的控制邏輯滿足試驗需求，能夠便捷的實現系統拓撲結構與運行方式相匹配、系統運行方式自由切換、系統拓撲結構復位匹配。