變電站低頻減載功能遠程監視和自動研判設計研究

朱秀琴 黃衛平

（中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司 福建福州 350003）

0 引言

電力系統低頻減載是指電力系統在遭受大擾動、出現大功率缺額時，響應于系統頻率而啟動并切除部分負荷，以維持系統功率平衡和防止系統頻率崩潰的一種有功頻率控制手段［1］。低頻減載裝置作為電網安全穩定控制的第三道防線，其主要作用為當電網頻率低于整定值時，按照低頻減載方案切除負荷，直至電網頻率恢復到允許范圍內為止，保證了部分重要負荷供電，提升電網安全供電水平。

目前，低頻減載功能主要由變電站內的低壓饋線保護測控一體化裝置實現（低頻減載功能集成在保護測控一體化裝置內）。但目前對低頻減載功能的投退狀態缺乏有效的遠程監視手段，因而當裝置出現異常導致裝置長時間閉鎖無法正常運行時，由于現場裝置的壓板狀態仍顯示裝置投入，容易導致對異常記錄不熟悉的調控員認為裝置仍可正常運行，造成誤判［2］。

因此，建設變電站低頻減載功能遠程監視和自動研判系統，實現全網低頻減載功能在線監視、投退管理，對于保障用電設備正常運行、提高電網供電可靠性有重要意義［3］。

1 低頻減載功能原理

保護測控裝置低頻功能原理如圖1 所示。在低頻功能投入、無閉鎖低頻條件、系統頻率從正常狀態變為低于整定頻率時（頻率取自母線電壓Ua），經延時出口跳閘（按低頻減載整定方案輪次要求事先整定的延時）。通過圖1 可知，影響低頻功能的閉鎖條件有：母線電壓低于電壓閉鎖［即Min（Uab，Ubc，Uca）＜Udz］、負載電流低于電流閉鎖［Max（Ia，Ib，Ic）＜Idz］、滑差df/dt 大于閉鎖定值［即|df/dt|＞（df/dt）dz］、PT 斷線、開關分位等［4］。

圖1 保護測控裝置低頻功能原理圖

2 影響低頻減載功能分析

通過上述原理分析可知，影響低頻減載功能的實現主要可分為以下4 種情況。

（1）低頻減載功能壓板投退：低頻功能硬壓板、軟壓板如果非正確投入，將導致低頻減載功能退出。

（2）定值整定：低頻功能的定值整定（包括控制字、低頻減載頻率、時間等）執行錯誤將導致低頻減載功能不正確動作。

（3）保護測控裝置硬件故障將導致裝置閉鎖、告警，導致低頻功能退出，例如存儲器出錯、程序出錯、定值出錯、采樣數據異常、跳合出口異常、直流電源異常、DSP 定值出錯、光耦電源異常等。

（4）保護測控裝置運行告警，將導致低頻功能退出，例如控制回路斷線（保護動作后無法正常出口跳閘）、PT 斷線、CT斷線等。

3 低頻減載功能監視系統架構設計

變電站側低頻減載裝置的信號、軟壓板等信息由部署在變電站內的通信網關機通過調度數據網安全Ⅰ區上送到調控主站。調控主站實現低頻減載裝置的數據采集、設備建模、自動研判和實時監視告警等，同時將設備模型及實時數據同步到調控云進行自動研判、統計分析與綜合告警，滿足調度控制、系統運行、繼電保護各專業需求。系統總體架構如圖2 所示。

圖2 系統整體架構圖

低頻減載功能監視系統遵循調控一體系統的體系架構，共享平臺采集服務、模型服務、消息服務、一體化權限等服務。調控主站根據低頻減載運行方式策略需要，建立低頻減載設備模型，模型由D5000 平臺統一負責維護。主要模型包括低頻減載設備模型、定值模型、信號模型、策略模型、運行方式模型、告警模型等。低頻減載裝置信號、軟壓板等通過D5000 平臺采集服務一體化采集，信號、軟壓板等遙信通過104 規約配置點表的方式進行采集。在D5000 平臺人機界面上實現低頻減載在線監視功能，實現低頻減載功能投退狀態、運行狀態、告警狀態在線臨視、自動巡檢，輪次信息查閱。

4 低頻減載功能監視系統硬件設計

低頻減載遠程監視和自動研判功能在硬件配置和部署上采用基于現有D5000 平臺的硬件進行擴展配置和一體化部署。低頻減載遠程監視和自動研判功能硬件均位于安全Ⅰ區。

配置2 臺采集服務器、2 臺應用服務器作為模塊的硬件平臺，為系統軟件提供應用支撐。每臺服務器配置要求如下：機架服務器，CPU 數量≥4 顆，每顆≥10 核，主頻≥2.2 GHz；三級緩存≥20 MB；DDR3 內存≥128 GB；硬盤為SAS 600GB 10K轉×2；千兆以太網口≥4；DVD-ROM 光驅；冗余電源、風扇，機架式安裝導軌等套件；系統硬件架構如圖3 所示。系統網絡不建設獨立的專用網絡，共享D5000 平臺的網絡硬件資源和IP資源。

圖3 系統硬件架構圖

5 低頻減載功能遠程監視設計

低頻減載功能投入應同時滿足3 個條件：壓板投退狀態正確+定值執行情況正確+無影響保護功能的告警。

（1）低頻減載功能軟、硬壓板。對于常規變電站，保護裝置設置有功能、出口硬壓板。對于智能變電站，保護裝置設置有功能、出口軟壓板。需要通過判別相應軟、硬壓板處于投入位置，方可判別裝置本身投運。目前功能低頻減載功能軟、硬壓板的運行狀態可通過變電站站內的計算機監控系統，由調度數據網絡上送至調控云平臺。

（2）定值。裝置中低頻減載功能控制字應投入，且低頻減載頻率及時間應與低頻減載整定方案中的值一致，才能確保低頻保護可靠動作。可利用調度主站側的繼電保護信息管理系統遠方修改定值模塊定期召測現場裝置的運行定值，并將相關定值信息上送至調控云平臺。

（3）裝置運行告警信息監視。主要對調控云平臺上采集的影響保護功能的告警信息進行分析整合。如裝置未出現裝置閉鎖、控制回路斷線、PT 斷線、CT 斷線等影響低頻減載功能及出口的告警信號，則判斷裝置低頻減載功能正常。若間隔出現此類告警信號，則判斷裝置低頻減載功能為異常退出狀態。

綜上所述，只在裝置的壓板投退狀態、低頻減載功能定值均執行正確，且裝置未出現影響影響低頻減載功能及出口的告警信號時，才說明該裝置的低頻功能在正常投入狀態。

6 低頻減載功能投退狀態研判機制

低頻減載功能可分為2 種狀態，分別為投入狀態和退出狀態。功能硬壓板、軟壓板、低頻減載功能控制字均投入時，低頻減載功能方為投入狀態，否則為退出狀態。鑒于目前部分廠家保護裝置壓板狀態或低頻減載功能控制字無法采集，建議算法中僅考慮系統可采集的壓板及控制字作為判據。如某間隔保護裝置已上送的四遙信息點表中只有低頻軟壓板，無硬壓板，系統在研判過程中不再考慮硬壓板狀態，那在系統檢查到低頻軟壓板投入、低頻減載功能控制字投入時，即可判斷低頻功能為投入狀態。低頻減載功能投退邏輯表如表1 所示。

表1 低頻減載功能投退邏輯表

7 低頻減載裝置運行告警研判機制

低頻減載功能雖已投入，但運行過程中裝置及二次回路缺陷仍可能影響低頻減載功能，導致事故時低頻減載功能無法正常出口跳閘，擴大事故范圍。為了更好掌握低頻減載功能的實時狀態，需增加裝置運行告警研判機制，即在低頻功能正常投入且無影響低頻功能的告警信號時，才能代表低頻減載功能真正處于正常投入狀態。

將裝置影響低頻減載功能的裝置告警信息納入低頻功能異常研判機制，在系統檢測到間隔出現上述影響低頻保護功能告警信號時，系統應判斷低頻減載功能為異常退出狀態。

8 結語

低頻減載是電力系統中普遍采用的技術，通過在系統的某些地點切除過負荷量，達到維護系統穩定的目的。低頻低壓減載裝置作為電力系統安全穩定自動控制的最后一道防線，保證了電力系統承受大擾動時的安全要求，防止事故擴大。低頻減載功能投退狀態的有效監視對于電網安全具有重要意義，是支撐電網運行輔助決策，提高電力精細化管理水平等業務提供重要技術支撐，有助于電網安全經濟運行，實現國家資源優化配置，提高經濟效益。

本文在變電站低頻減載功能實現原理的基礎上，分析了影響其功能實現的各種情況，并依據此設計了變電站低頻減載功能遠程監視和自動研判系統總體架構、硬件部署。同時，給出了低頻減載功能投退狀態研判機制和運行告警研判機制。本研究為變電站低頻減載功能遠程監視和自動研判系統的設計與建設提供了重要的理論支撐和實踐依據。