順控技術(shù)在跨變電站操作中的方案及應(yīng)用研究

楊 帆，袁 維，高鵬飛，潘 露

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)電力有限責(zé)任公司武漢設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430034)

變電站一鍵順控是變電站倒閘操作的一種操作模式，可實(shí)現(xiàn)操作項(xiàng)目軟件預(yù)制、操作任務(wù)模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動(dòng)判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作步驟一鍵啟動(dòng)、操作過程自動(dòng)順序執(zhí)行。順控組合票將多個(gè)一鍵順控操作票按序組合成一個(gè)操作序列，循序并自動(dòng)執(zhí)行，因此能減少人工確認(rèn)程序、大幅節(jié)省操作時(shí)間。設(shè)置集控地點(diǎn)的區(qū)域電網(wǎng)，采用基于調(diào)度端的變電站順控組合票，發(fā)揮順控操作時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，變電站運(yùn)行效率將得到極大的提高，運(yùn)行也更靈活。

近年來(lái)順控技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐步推廣應(yīng)用，相關(guān)的技術(shù)日漸成熟，在經(jīng)過優(yōu)化和改進(jìn)后，運(yùn)用在跨變電站操作上，將極大的改變當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)維模式，提高運(yùn)維集控自動(dòng)化水平，縮短設(shè)備操作時(shí)間，提高電網(wǎng)應(yīng)對(duì)故障和自然災(zāi)害能力。

目前國(guó)內(nèi)一鍵順控的技術(shù)推廣試點(diǎn)工程，在變電站改造實(shí)施時(shí)，在站端部署順控主機(jī)、順控五防主機(jī)或者對(duì)原有監(jiān)控主機(jī)、五防系統(tǒng)升級(jí)，獨(dú)立防誤主機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)置防誤邏輯實(shí)現(xiàn)雙套防誤校核，Ⅰ區(qū)運(yùn)檢網(wǎng)關(guān)機(jī)為遠(yuǎn)方一鍵順控提供通道。斷路器、隔離刀閘實(shí)施雙確認(rèn)措施。斷路器雙確認(rèn)判據(jù)為“位置遙信+遙測(cè)”, 遙測(cè)三相電流或三相電壓有無(wú)作為輔助判據(jù)。隔離刀閘雙確認(rèn)主判據(jù)為“位置遙信”，輔助判據(jù)包含三種方式：姿態(tài)傳感器、微動(dòng)開關(guān)、視頻聯(lián)動(dòng)。一鍵順控站端系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

調(diào)度主站的一鍵順控系統(tǒng)部署，以調(diào)度主站下達(dá)綜合操作令并在站端實(shí)施為主，也有少量基于調(diào)度主站一體化平臺(tái)的順控方案[3-4]。

一鍵順控操作票為預(yù)存操作票，運(yùn)用時(shí)根據(jù)定義的間隔、操作對(duì)象、源態(tài)、目標(biāo)態(tài)確定符合的操作票并調(diào)閱執(zhí)行[1]。

1 跨變電站順控方案

從國(guó)內(nèi)變電站運(yùn)維現(xiàn)狀來(lái)看，國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的110 kV變電站大部分為無(wú)人值班站并設(shè)置集控中心；220 kV及500 kV變電站以運(yùn)維分部的形式在區(qū)域電網(wǎng)設(shè)置運(yùn)維站；750 kV及以上變電站為有人值班站。500 kV及以下的變電站群，設(shè)備狀態(tài)轉(zhuǎn)換操作可以在同一個(gè)運(yùn)維站生成操作票并配合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，因此基于順控技術(shù)的變電站間聯(lián)動(dòng)操作有其必要性和可行性。

1.1 基于調(diào)度主站的順控技術(shù)方案

現(xiàn)行的一鍵順控改造建設(shè)，調(diào)度主站SCADA系統(tǒng)一般不直接執(zhí)行順控操作，綜合調(diào)度令只規(guī)定目標(biāo)設(shè)備的源態(tài)和目標(biāo)態(tài)，具體操作票由站端實(shí)施，操作輸電線路兩端/三端斷路器時(shí)，還需要分站開列操作票。110 kV及以上電網(wǎng)中，如在調(diào)度端D5000系統(tǒng)建立順控操作和順控五防模塊，調(diào)度主站或運(yùn)維站可實(shí)施靈活無(wú)縫的區(qū)域變電站關(guān)聯(lián)操作，運(yùn)維站可不再以變電站為單位進(jìn)行運(yùn)維。對(duì)于建有集控中心的35 kV及以下配電網(wǎng)，設(shè)備操作票本身在配網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)統(tǒng)一執(zhí)行，整合一鍵順控功能相對(duì)更容易。基于調(diào)度主站順控部署構(gòu)架見圖2[2]。

圖2 基于調(diào)度主站順控部署構(gòu)架圖

輸電線路的在線監(jiān)測(cè)改造目前正在全國(guó)推廣，調(diào)度平臺(tái)整合在線監(jiān)測(cè)信息并建立線路模型，其報(bào)警信號(hào)也可作為線路順控操作的閉鎖條件。

1.2 站間線路順控過程

輸電線路冷備用投用時(shí)，先首端合閘，如線路較長(zhǎng)時(shí)，因線路電容的原因充電時(shí)間會(huì)比較長(zhǎng)，并且會(huì)產(chǎn)生操作過電壓，末端合閘需等待電壓穩(wěn)定后執(zhí)行。線路充電時(shí)間與線路電抗、線路電容、線路電阻相關(guān)，各線路充電時(shí)間不一。可采用工頻電壓幅值變化量整定，電壓進(jìn)入整定值范圍內(nèi)解除順控閉鎖。

圖3以兩變電站雙線路倒閘切換為例, 變電站A為電源端，變電站B為負(fù)荷端，斷路器初始狀態(tài)1,2合閘,3、4分閘，目標(biāo)態(tài)為“1,2分閘,3、4合閘”。并聯(lián)倒閘切換操作執(zhí)行流程如圖4所示。

圖3 站間雙線路順控圖

圖4 雙線路并聯(lián)倒閘切換流程圖

1.3 順控批量操作

變電站操作票通常嚴(yán)格執(zhí)行順序操作，即一個(gè)時(shí)間段只操作一項(xiàng)設(shè)備，對(duì)于復(fù)雜的操作需要分解成細(xì)分項(xiàng)逐一執(zhí)行并確認(rèn)，歷時(shí)較長(zhǎng)。以一高壓斷路器的兩側(cè)隔離開關(guān)A、B為例,兩隔離開關(guān)沒有五防邏輯上的相互閉鎖限制，原則上可以同時(shí)分合。35 kV及以下的開關(guān)柜，饋出線之間沒有相互的邏輯閉鎖限制，原則上可以同時(shí)分合。用順控操作票時(shí)，該類型操作由SCADA系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行，理論上可以并行操作。就實(shí)際工程應(yīng)用嘗試來(lái)看，受制于設(shè)備控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)速度影響，容易出現(xiàn)宕機(jī)或網(wǎng)絡(luò)較大延遲，并且運(yùn)用攝像頭作為雙確認(rèn)判據(jù)時(shí)，同間隔共用攝像頭，不同設(shè)備需要調(diào)整攝像角度，無(wú)法并行操作。為避免順控操作擁堵，對(duì)于無(wú)需考慮充電過程的中低壓短饋線開關(guān)、不帶電操作的高壓隔離刀閘等無(wú)五防邏輯相互關(guān)聯(lián)關(guān)系設(shè)備可考慮錯(cuò)開時(shí)間的批量操作。操作順序如圖5。

圖5 順控批量操作時(shí)間軸圖

順控批量操作可分為縱向批量操作、橫向批量操作和綜合批量操作。縱向批量操作為沿功率流向的多段線路的斷路器及隔離刀閘批量操作；橫向批量操作為并列線路的批量操作；綜合批量操作雜合縱向批量操作與橫向批量操作，以及少量獨(dú)立操作。無(wú)論哪種操作模式，均應(yīng)符合五防邏輯，符合電網(wǎng)規(guī)則和操作習(xí)慣，躲開線路、變壓器、電抗器、電容器等帶無(wú)功功率的元件充電時(shí)間，對(duì)于引起功率潮流、電壓、頻率、相角差超限值及諧振的操作，還應(yīng)加入閉鎖條件。

2 操作票專家系統(tǒng)在順控操作中的應(yīng)用

專家系統(tǒng)型出票系統(tǒng)的技術(shù)方案是利用基于規(guī)則的專家?guī)欤凑针娋W(wǎng)調(diào)度作業(yè)的技術(shù)規(guī)范以及當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的組網(wǎng)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較為智能的擬票和出票[5]。操作票專家系統(tǒng)經(jīng)過多年發(fā)展,已趨于成熟,國(guó)家電網(wǎng)于2017年也發(fā)布了相關(guān)規(guī)范。一鍵順控操作票為組合操作票，編制過程較為繁瑣，編制時(shí)需要考慮多種場(chǎng)景下的使用需求，因而預(yù)制的操作票非常多，使用時(shí)也需要搜索比對(duì)操作票庫(kù)。如采用操作票專家系統(tǒng)，由系統(tǒng)對(duì)比設(shè)備源態(tài)和目標(biāo)態(tài)，即時(shí)生成操作票，順控操作將得到簡(jiǎn)化，運(yùn)用會(huì)更靈活。

3 順控操作在電網(wǎng)黑啟動(dòng)中的應(yīng)用

黑啟動(dòng)是指電力系統(tǒng)遭遇自然災(zāi)害、重大事故等嚴(yán)重事件，造成系統(tǒng)崩潰全停電或局部停電后的重新啟動(dòng)和恢復(fù)過程。電網(wǎng)停電時(shí)間越短，造成的損失越小，因此順控技術(shù)節(jié)省時(shí)間的優(yōu)勢(shì)會(huì)得到充分發(fā)揮。

大停電后的恢復(fù)過程一般含：黑啟動(dòng)階段，系統(tǒng)重構(gòu)階段，負(fù)荷恢復(fù)階段。大停電中的變電站元件除因安穩(wěn)跳閘和故障跳閘外，基本處于無(wú)電運(yùn)行狀態(tài)或熱備用狀態(tài)，安穩(wěn)跳閘的元件和線路隔離刀閘一般處于合閘狀態(tài)，因此黑啟動(dòng)操作以斷路器操作為主，并常有強(qiáng)行合閘操作[6]，有必要適當(dāng)放寬黑啟動(dòng)工況下的順控總閉鎖信號(hào)中的閉鎖條件，但應(yīng)嚴(yán)格遵守五防邏輯和電網(wǎng)操作規(guī)則，并及時(shí)投入無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，防止過電壓保護(hù)動(dòng)作和安穩(wěn)裝置動(dòng)作。

電網(wǎng)指定黑啟動(dòng)電源啟動(dòng)后，進(jìn)入系統(tǒng)重構(gòu)階段和負(fù)荷恢復(fù)階段。采用操作票專家系統(tǒng)即時(shí)出票,對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)的斷路器進(jìn)行的批量合閘，對(duì)因低電壓保護(hù)跳閘的負(fù)荷批量投入，可最大限度的縮短停電時(shí)間。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在總結(jié)了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)順控技術(shù)構(gòu)架，在其基礎(chǔ)上提出基于調(diào)度主站的跨站順控技術(shù)方案，并予以優(yōu)化，創(chuàng)建了批量順控操作的技術(shù)新構(gòu)架，結(jié)合操作票專家系統(tǒng)，對(duì)順控操作票編制和調(diào)用過程進(jìn)行簡(jiǎn)化，并研究了該技術(shù)方案在電網(wǎng)黑啟動(dòng)過程的應(yīng)用。