110 kV 手拉手接線模式自愈系統(tǒng)應(yīng)用解析

鄒冰冰

國(guó)網(wǎng)上海奉賢供電公司

0 引言

110 kV 直變10 kV 變電站的主要職責(zé)是將110 kV高壓通過變壓器后輸出10 kV電壓直接輸送給用戶,以保證用戶用電的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。隨著110 kV 直變10 kV 變電站的普及,電源進(jìn)線110 kV 手拉手接線模式也成為主流接線方式。但110 kV線路運(yùn)行過程中存在一些故障,影響了線路的可靠性。為此,引入自愈系統(tǒng)對(duì)提高線路的可靠性具有十分重要的意義。

1 110 kV手拉手接線模式

110 kV 手拉手接線模式見圖1 所示：兩側(cè)為220 kV電源站A和B,中間為3個(gè)110 kV變電站C、D、E。變電站運(yùn)行電源既可由220 kV電源站A和B同時(shí)供給，也可由A或B分別供給，運(yùn)行方式的多樣性為自愈系統(tǒng)的應(yīng)用提供了先決條件。

2 自愈系統(tǒng)工作原理

如圖2 所示以手拉手接線串供多個(gè)110 kV 變電站為例，當(dāng)串供回路發(fā)生故障時(shí)，自愈系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)時(shí)獲取的區(qū)域電網(wǎng)全景信息自動(dòng)識(shí)別判斷，跳開緊鄰故障點(diǎn)的失電站的原主供電源開關(guān)，合上串供回路原處于開環(huán)點(diǎn)的開關(guān)，由另一側(cè)電源站對(duì)所有失電站供電。如正常運(yùn)行時(shí)開環(huán)點(diǎn)為E2開關(guān)，由220 kV電源站A給110 kV站C、D、E供電，當(dāng)K1故障時(shí)，自愈系統(tǒng)跳開C1開關(guān)，合上E2開關(guān)，變成由220 kV電源站B給110 kV站C、D、E供電；同樣，當(dāng)K2故障時(shí)，自愈系統(tǒng)跳開D1開關(guān)，合上E2開關(guān)，由220 kV站B給110 kV站D、E供電。

故自愈系統(tǒng)能夠：

1）根據(jù)手拉手接線串供變電站的運(yùn)行方式，自動(dòng)識(shí)別出處于開環(huán)點(diǎn)的開關(guān)。

2）以開環(huán)點(diǎn)開關(guān)為基本點(diǎn)，設(shè)置該運(yùn)行方式下不同故障點(diǎn)自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯，即開環(huán)點(diǎn)不同，自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯也不同。

3）正常運(yùn)行時(shí)，若手拉手接線串供變電站的某處發(fā)生故障導(dǎo)致后級(jí)站失電時(shí)，自愈系統(tǒng)首先識(shí)別出故障位置，然后跳開緊鄰故障點(diǎn)失電站的原主供電源開關(guān)。若由于小電源的存在而導(dǎo)致失電站母線未達(dá)到無壓條件時(shí)，可切除小電源（小電源可能在35 kV 側(cè)或10 kV 側(cè)，多個(gè)站的小電源或一個(gè)站有多個(gè)小電源，均可同時(shí)切除）。在確認(rèn)緊鄰故障點(diǎn)失電站母線無壓后，合上串供回路原開環(huán)點(diǎn)開關(guān)，由另一側(cè)電源站對(duì)所有失電站供電。

3 自愈系統(tǒng)框架

自愈系統(tǒng)按分層控制原則配置整個(gè)區(qū)域保護(hù)控制系統(tǒng)。在某一個(gè)變電站設(shè)置自愈系統(tǒng)主站，在兩個(gè)電源站及各串供變電站設(shè)置子站。自愈系統(tǒng)主站完成自愈邏輯，自愈系統(tǒng)子站向主站輸送狀態(tài)信息并執(zhí)行主站操作命令，同時(shí)完成本變電站的后加速保護(hù)功能。

圖1 110 kV手拉手接線模式

圖2 手拉手接線串供變電站

當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，自愈子站將采集到的信息上傳至主站，主站進(jìn)行故障定位，并向子站發(fā)送執(zhí)行命令，2 s 后自愈子站跳開緊鄰故障線路開關(guān)。確認(rèn)跳閘開關(guān)變?yōu)榉治磺覠o流后，經(jīng)0.1 s合上開環(huán)點(diǎn)開關(guān)。如合于故障，由合閘后加速保護(hù)動(dòng)作切除故障。合閘后加速保護(hù)開放時(shí)間為3 s，之后,合閘后加速保護(hù)自動(dòng)退出，在此期間內(nèi)若該保護(hù)啟動(dòng)，則一直開放到故障切除。

自愈系統(tǒng)框架如圖3所示：

每個(gè)子站裝置PCS-998S 將采集到的本站內(nèi)的模擬量（如母線有壓、無壓信號(hào)和進(jìn)線有流、無流信號(hào)等）轉(zhuǎn)化為開關(guān)量，與采集到的開入量一起，通過多模光纖與本站交換機(jī)以GOOSE 方式進(jìn)行通信，最終傳送至主站裝置PCS-998M。主站裝置PCS-998M 接收所有子站信息。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行綜合判斷，將相應(yīng)開關(guān)跳合閘命令通過交換機(jī)以GOOSE 方式傳送到各子站裝置,然后由子站將跳合閘命令輸出到傳統(tǒng)跳合閘回路動(dòng)作開關(guān)，實(shí)現(xiàn)自愈。站間交換機(jī)通過專用光纖進(jìn)行串聯(lián)通訊。

4 自愈系統(tǒng)主站與子站的交互信息

子站采集并上送主站母線狀態(tài)信息及判據(jù)，見表1所示。

表1 子站采集并上送主站母線狀態(tài)信息及判據(jù)

子站采集并上送主站線路信息及判據(jù)，如表2所示。

表2 線路狀態(tài)信息及判據(jù)

圖3 自愈系統(tǒng)框架圖

主站下發(fā)給子站的跳合閘命令，見表3。

表3 主站下發(fā)給子站的跳合閘命令

5 自愈系統(tǒng)和就地常規(guī)備自投裝置的關(guān)系

如圖4 所示的串供回路中，220 kV 電源站A、B的110 kV側(cè)配置了備自投裝置，整定動(dòng)作時(shí)間一般3～4 s。110 kV站C、D、E的110 kV側(cè)無備自投裝置，而10 kV側(cè)均配置了備自投裝置，整定動(dòng)作時(shí)間一般2.5～3 s。

如果串供回路110 kV 電壓等級(jí)發(fā)生故障，則自愈系統(tǒng)可通過時(shí)間整定而優(yōu)先動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間誤差為ms 級(jí)。如自愈系統(tǒng)動(dòng)作成功，110 kV 失電站即可恢復(fù)供電，其10 kV 側(cè)備自投裝置自動(dòng)返回不動(dòng)作。如自愈系統(tǒng)動(dòng)作不成功，110 kV 失電站的10 kV側(cè)備自投裝置會(huì)接著動(dòng)作。

如果串供回路電源站A 或B 上級(jí)失電，則其110 kV 側(cè)備自投裝置動(dòng)作。由于自愈系統(tǒng)整定時(shí)間短，自愈系統(tǒng)會(huì)先于電源站A或B的110 kV側(cè)備自投裝置動(dòng)作。

6 自愈系統(tǒng)與保護(hù)之間的關(guān)系

將原就地配置的光纖縱差保護(hù)和新配置的母線保護(hù)接入到子站裝置，再上傳至主站。該信號(hào)是啟動(dòng)或閉鎖自愈系統(tǒng)的重要判據(jù)，開斷點(diǎn)母差動(dòng)作閉鎖自愈，非開斷點(diǎn)母差動(dòng)作不閉鎖自愈。

7 自愈系統(tǒng)邏輯

對(duì)手拉手接線串供回路，開環(huán)點(diǎn)開關(guān)位置不同，其運(yùn)行方式就不同。自愈系統(tǒng)能自動(dòng)識(shí)別串供回路開環(huán)點(diǎn)位置，當(dāng)發(fā)生不同點(diǎn)故障時(shí)，根據(jù)邏輯自動(dòng)快速恢復(fù)供電。

當(dāng)手拉手接線串供回路運(yùn)行狀態(tài)滿足預(yù)設(shè)運(yùn)行方式時(shí)，自愈系統(tǒng)滿足充電條件，并完成充電準(zhǔn)備。當(dāng)開關(guān)偷跳或故障時(shí)，自愈系統(tǒng)進(jìn)行故障定位，整組啟動(dòng)，等待跳閘延時(shí)后執(zhí)行隔離故障的跳閘命令。確認(rèn)跳閘開關(guān)分位無流后，如失電站母線有殘壓則發(fā)出聯(lián)跳小電源的命令，然后再等待合閘延時(shí)后合上開環(huán)點(diǎn)開關(guān)。

自愈系統(tǒng)故障定位邏輯判據(jù)包括：

1)保護(hù)動(dòng)作：包括線路光纖縱差保護(hù)和母差保護(hù)，判定為保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障；

2)串供線路非開環(huán)點(diǎn)開關(guān)分位，線路無流：如果該開關(guān)分位無流前既無故障相電流，也無故障零序電流或負(fù)序電流，則判該開關(guān)為偷跳；如果該開關(guān)分位無流前有故障相電流（即開關(guān)變位前100 ms內(nèi)，流過開關(guān)的相電流大于故障相電流定值持續(xù)超過10 ms），且該開關(guān)線路對(duì)側(cè)開關(guān)在同一時(shí)刻無故障相電流，或有故障相電流但方向是流向線路的，則故障在這兩個(gè)開關(guān)之間；如果該開關(guān)分位無流前有故障零序電流（即開關(guān)變位前100 ms內(nèi)，流過開關(guān)的零序電流大于故障零序電流定值持續(xù)超過10 ms），且該開關(guān)線路對(duì)側(cè)開關(guān)在同一時(shí)刻無故障零序電流，則故障在這兩個(gè)開關(guān)之間，否則，判定是下一級(jí)線路發(fā)生故障；如果該開關(guān)分位無流前有故障負(fù)序電流（即開關(guān)變位前100 ms內(nèi)，流過開關(guān)的負(fù)序電流大于故障負(fù)序電流定值持續(xù)超過10 ms），且該開關(guān)線路對(duì)側(cè)開關(guān)在同一時(shí)刻無故障負(fù)序電流，則故障在這兩個(gè)開關(guān)之間，否則，判定是下一級(jí)線路發(fā)生故障。

圖4 自愈系統(tǒng)和就地常規(guī)備自投裝置關(guān)系

3)電源站A 或B 的110 kV 母線失壓（品質(zhì)有效）、出線無流，判定為電源站A或B的110 kV母線或主變及以上發(fā)生故障。

4)開環(huán)點(diǎn)某一側(cè)的變電站母線無壓（品質(zhì)有效）、進(jìn)線無流，則判定該站失電，同樣再檢測(cè)上級(jí)站，逐級(jí)定位至最前級(jí)失電站。

5)綜合上述判據(jù)，選擇最靠近開環(huán)點(diǎn)的故障點(diǎn)作為自愈系統(tǒng)動(dòng)作依據(jù)。

下面以D2為開環(huán)點(diǎn)開關(guān)（處于分位熱備用）運(yùn)行方式為例，說明自愈系統(tǒng)方案，見圖5。

在該運(yùn)行方式下，自愈系統(tǒng)充電條件為：

◆各站母線均三相有壓；

◆D2開關(guān)在分位，其他串供開關(guān)A1、C1、C2、D1、E1、E2、B1 均在合位，所有開關(guān)沒有TWJ 位置異常報(bào)警；

◆自愈系統(tǒng)功能投入（控制字和壓板）；

◆無任何放電條件。

如以上條件全部滿足，經(jīng)延時(shí)后完成充電。

自愈系統(tǒng)放電條件為：

◆開環(huán)點(diǎn)開關(guān)合位或自愈系統(tǒng)發(fā)出合閘命令經(jīng)短時(shí)延時(shí)；

◆通過KKJ 識(shí)別，遙跳、手跳開環(huán)點(diǎn)D2 以外的任一串供開關(guān)；

◆電源站A和B的110 kV母線均無壓，經(jīng)15 s延時(shí)；

◆自愈系統(tǒng)發(fā)出跳閘命令后相應(yīng)的串供開關(guān)拒動(dòng);

◆自愈系統(tǒng)發(fā)出跳閘命令后，被跳的串供開關(guān)與開環(huán)點(diǎn)之間的變電站不滿足母線無壓條件，經(jīng)50 s延時(shí);

◆串供開關(guān)位置異常：若無故障，則僅報(bào)警；若故障，且需跳的串供開關(guān)位置異常，則向開環(huán)點(diǎn)方向?qū)ふ椅恢谜５拇╅_關(guān)跳閘；若到開環(huán)點(diǎn)之間已無位置正常的串供開關(guān)，則放電；

◆與串供子站通信異常：收不到串內(nèi)任一子站信息，則閉鎖自愈系統(tǒng)；

◆當(dāng)串供回路某個(gè)開關(guān)檢修時(shí)，就地投入檢修硬壓板，自動(dòng)閉鎖自愈系統(tǒng)；

◆自愈系統(tǒng)動(dòng)作后需人工確認(rèn)才能再次進(jìn)行充電；

◆根據(jù)故障點(diǎn)位置，如開環(huán)站母線故障、開環(huán)點(diǎn)對(duì)側(cè)變電站母線故障、開環(huán)點(diǎn)所在線路故障等確定是否閉鎖自愈系統(tǒng)；

◆開環(huán)點(diǎn)兩側(cè)發(fā)生故障，閉鎖自愈系統(tǒng)；

◆開環(huán)點(diǎn)所在線路的另一側(cè)開關(guān)偷跳，則閉鎖自愈系統(tǒng)；

以上任一條件滿足，自愈系統(tǒng)即放電。

以下針對(duì)不同故障點(diǎn)說明自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯，見圖6。

以開環(huán)點(diǎn)在D2為例，自愈系統(tǒng)充電完成后：

圖5 D2為開環(huán)點(diǎn)開關(guān)

圖6 故障點(diǎn)示意圖

1)A1C1 間K1 點(diǎn)故障時(shí)，光纖縱差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后跳開關(guān)C1。確認(rèn)開關(guān)C1跳開后且檢測(cè)到站D無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

2)C1C2 間K2 點(diǎn)故障時(shí)，母差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，跳開關(guān)D1。確認(rèn)開關(guān)D1 跳開后且檢測(cè)到站D無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

3)C2D1 間K3 點(diǎn)故障時(shí)，光纖縱差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，跳開關(guān)D1。確認(rèn)開關(guān)D1 跳開后且檢測(cè)到站D無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

4)D1D2 間K4 點(diǎn)故障時(shí)，母差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，放電。

5)D2E1間K5點(diǎn)故障時(shí)，光纖縱差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，放電。

6)E1E2間K6點(diǎn)故障時(shí)，母差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，放電。

7)E2B1間K7點(diǎn)故障時(shí)，光纖縱差保護(hù)動(dòng)作，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，跳開關(guān)E2。確認(rèn)開關(guān)E2 跳開后且檢測(cè)到站E無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

8)220 kV 站A 的110 kV 母線無壓、A1C1 線無流（例如電源站A的110 kV母線或主變及以上發(fā)生故障）時(shí)，自愈系統(tǒng)動(dòng)作，跳開關(guān)C1。確認(rèn)開關(guān)C1跳開后檢測(cè)到站D 無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

9)220 kV 站B 的110 kV 母線無壓、E2B1 線無流（例如電源站B的110 kV母線或主變及以上發(fā)生故障）時(shí)，自愈系統(tǒng)動(dòng)作，跳開關(guān)E2。確認(rèn)開關(guān)E2跳開后檢測(cè)到站E 無壓時(shí)，合開環(huán)點(diǎn)開關(guān)D2，之后放電。

10)A1C1開關(guān)任一偷跳時(shí)，自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯同1）。

11)C2D1開關(guān)任一偷跳時(shí)，自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯同（3）。

12)E1開關(guān)偷跳時(shí)，自愈系統(tǒng)識(shí)別后，放電。

13)E2B1 開關(guān)任一偷跳時(shí)，自愈系統(tǒng)動(dòng)作邏輯同（7）。

8 自愈系統(tǒng)邏輯圖

自愈系統(tǒng)邏輯圖見圖7。

9 兩個(gè)串供變電站的兩個(gè)電源站動(dòng)作邏輯

兩個(gè)串供變電站兩個(gè)電源站動(dòng)作邏輯見圖8。

開環(huán)點(diǎn)在A1，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表4。

表4 開環(huán)點(diǎn)在A1自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

圖7 自愈系統(tǒng)邏輯圖

圖8 兩個(gè)串供變電站兩個(gè)電源站動(dòng)作邏輯

開環(huán)點(diǎn)在C1，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表5。

表5 開環(huán)點(diǎn)在C1自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

開環(huán)點(diǎn)在C2，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表6。

表6 開環(huán)點(diǎn)在C2自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

開環(huán)點(diǎn)在D1，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表7。

表7 開環(huán)點(diǎn)在D1自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

開環(huán)點(diǎn)在D2，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表8。

表8 開環(huán)點(diǎn)在D2自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

開環(huán)點(diǎn)在B1，自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況見表9。

表9 開環(huán)點(diǎn)在B1自愈系統(tǒng)動(dòng)作情況

10 結(jié)語

110 kV 變電站的可靠性對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)具有重要的意義,它不僅直接關(guān)系到供電企業(yè)的效益,還嚴(yán)重影響生產(chǎn)生活用電,直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)發(fā)展。而110 kV 電源線路是可靠性和穩(wěn)定性根本所在,因此，自愈系統(tǒng)在手拉手系統(tǒng)中的應(yīng)用，大大提高了供電的可靠性和穩(wěn)定性。