縣級電網鏈式串供變電站的區域備自投算法

黃建中

(云南電網有限責任公司峨山供電局，云南 峨山 653200)

隨著電網建設逐年推進，“十三五”期間，南方電網已建成了每個鄉鎮擁有一座35 kV變電站的戰略布點，并實現了調度集中控制。這極大提升了供電可靠性、電壓合格率等電能質量指標，保障了人民對美好生活向往的電力供應。但是，因電網建設投資限制，處于山區鄉鎮內的變電站，其接線方式采用鏈式串供方式。而鏈式串供變電站中所配置的備自投裝置，按備自投動作邏輯，僅能在斷環點所處的變電站投入備自投功能，而其他非斷環點的鏈式變電站，其備自投功能無效。所以，在鏈式串供變電站中，單一故障極易發生全站失壓事件。為解決鏈式串供變電站無法通過備供線路自動恢復全部變電站的供電問題，采用調度自動化主站集中控制原理，基于縣級調度自動化系統配置現狀，并能有效利用就地備自投裝置，按照“簡單、實用、安全、可靠”原則，設計一種區域備自投控制算法。

1 鏈式串供變電站介紹

為了滿足電力需求，電網規劃要求每個鄉鎮至少建設一座變電站。但是電網建設是逐年推進，所以縣級電網網架是以縣城或負荷中心，逐步向邊遠鄉鎮建設變電站，這樣形成了變電站串供的接線方式。為了解決串供變電站單電源供電問題，在各鄉鎮均建成了一座變電站的情況下，把末端變電站與相鄰另一串供變電站連接起來，形成了鏈式串供方式。

圖1為某縣其中一個鏈式串供變電站網架示意圖，正常方式下斷環點在371、323開關。甲、乙站為110 kV變電站，甲變位于負荷集中區，乙變位于縣城。A、B、C、D、E變均為35 kV變電站，其中B、C有小水電站上網。該鏈式串供變電站網架的形成過程：以110 kV乙站為中心，逐年建設了E、C、B變，形成乙、E、C、B串供網；后在E、C變中間建設D變；然后又建設A變（由110 kV甲站供電）；最后建設A、B變聯絡線，形成了圖1所示的35 kV鏈式串供方式。

圖1 鏈式串供變電站網架示意圖

35 kV鏈式串供變電站各35 kV線路保護為帶方向三段電流保護，方向均由母線指向線路；帶一次重合閘，系統側為檢無壓重合閘，小電側為檢同期或檢線路有壓母線無壓重合閘；均配置35 kV備自投裝置；小電上網線路另配置了低周、低壓、高周、高壓安全自動保護功能。

2 區域備自投控制思路

鏈式串供變電站構成環網，其具備一條線路失電時可通過其他線路進行轉供電的條件，采用調度自動化主站自動控制轉供電操作，先斷區域主供線路開關，再合上備供線路開關，即調度主站區域備自投控制。

本算法實現區域備自投動作的設計為：以鏈式串供變電站全站失壓為觸發信號，對失壓變逐個查找區域原供電線路開關并斷開（或確認斷開），然后對失壓變逐個查找區域備供電線路開關并合上。

3 算法設計

縣級調度自動化系統基本為SCADA系統，具備數據采集與監控功能。SCADA系統的數據庫設計采用關系數據庫，有廠站表、遙信表、遙測表、遙控表等基本表。為實現區域備自投控制功能，在原數據庫基礎上，增加鏈式表、鏈式變表、對側開關表、失壓廠站表共4個表，并對相關表設置數據關系。

3.1 數據結構設計

此種區域備自投控制算法須設計或修改6個表完成區域備自投控制功能：鏈式表，用來管理電網中鏈式串供網；鏈式變表，用來管理變電站所屬鏈式網；廠站表，記錄廠站名稱及相應屬性；對側開關表，是用來管理線路兩側開關；遙控表，記錄遙控開關的索引號；失壓廠站表，是用來管理失壓廠站。鏈式表、鏈式變表、廠站表、對側開關表、遙控表是基礎表，由系統維護員圖模維護時同步建立，而失壓廠站表是出現失壓事件時由系統自動生成數據。表的結構設計如表1所示。

表1 表的數據結構

鏈式表“投入自愈”數據默認值為“true”，即投入區域備自投功能。可由調度員根據鏈式串供變電站電網運行變化情況，即某鏈式網不具備備供電源時，手動退出該鏈式網區域備自投控制功能。根據圖1，應建立3個鏈式網，分別命名為I、Ⅱ、Ⅲ網，I網由“甲-A-B-C-甲”鏈式網構成，Ⅱ網由“甲-A-B-C-D-E-乙”鏈式網構成，Ⅲ網由“甲-D-E-乙”鏈式網構成。

鏈式網中每個變電站在鏈式變表中至少有一條記錄，若一個變電站屬于x個鏈式網，該變電站在鏈式變表中有x個記錄。鏈式網中線路開關，均要在“對側開關表”中“本側開關”字段出現；如果它對側有n個開關，則該開關在“本側開關”字段重復出現n次。失壓廠站表失壓時間來自SOE報文時間，因各廠站均是衛星對時，時間準確可靠。自愈次數默認值為“0”。

表的數據關系設計如圖2所示。

圖2 表的關系示意圖

3.2 程序算法

根據上文的區域備自投控制思路，設計了3個程序模塊，即失壓廠站入庫模塊、斷開失壓廠站區域主供電源開關模塊、合上失壓廠站區域備供電源開關模塊。

3.2.1 失壓廠站入庫

當調度自動化系統出現全站失壓信號，經延時T1（延時T1時間是考慮躲開上級重合閘、備自投動作所造成的短時失壓）后，報警失壓的變電站判斷是否滿足下述條件：該變電站仍為失壓狀態；該變電站所處各鏈式網其“投入自愈”字段值至少有一個為“true”；“失壓廠站表”中無該變電站。若3個條件均滿足，則把該變電站信息添加到“失壓廠站表”中。

3.2.2 斷開失壓廠站區域主供電源開關

當廠站失壓，如對側線路開關在本次失壓事件中斷開，則斷開線路本側開關（或確認線路本側開關已斷開）。其程序框圖如圖3所示。

圖3 斷開失壓廠站區域主供電源開關程序示意圖

圖中延時T2時間，要滿足同一事故所造成的失壓廠站均全部入庫，且上次區域備自投控制全部完成后，才啟動本次區域備自投控制。

程序框圖第6步，是判定失壓是否由該開關斷開而為，如是則斷開另一側開關隔離原供電線路。因為采用失壓前T3時間內的判定，可靠躲過失壓后就地備自投動作，使就地備自投動作所斷開線路開關的對側開關不再控制斷開。如圖1中，“甲-A”線路故障造成A、B變失壓，B變滿足備自投動作條件，斷開321斷路器，合上323斷路器，B變得以恢復供。此時程序因判定失壓A變“A-B線”對側開關不是失壓前動作，故不再斷開342斷路器，進入“合上失壓廠站區域備供電源開關”程序模塊，區域備自投控制合上321斷路器，恢復A變供電。

3.2.3 合上失壓廠站區域備供電源開關

斷開失壓廠站區域主供電源開關后，便進入合上失壓廠站區域備供電源開關程序模塊，使失壓廠站恢復供電。其程序框圖如圖4所示。

圖4 合上失壓廠站區域備供電源開關程序示意圖

程序中對“失壓廠站表”逐個按順序查找失壓廠站本側線路開關處于合位，而線路對側處于分位且開關母線側帶電，則合上開關對線路恢復供電，同而對失壓廠站恢復了供電。

程序中“自愈次數＞0”條件，其目的是判別區域內主供線路開關是否斷開。從圖3可看出，如未斷開主供線路開關或未執行斷開主供線路開關步驟，則自愈次數保持原值為“0”，是不滿足判別條件而不控制“合”本次開關的操作。對于供電電源變電站發生母線失壓情況時，該設計可靠禁止該母線上鏈式串供變電站轉供電自愈控制，避免下級電壓異常上送到電源變電站母線的風險。

4 動作過程分析

圖1中，若“甲-D-C”線發生故障，則363開關電流保護跳閘，C變的小電上網352開關低壓保護跳閘；363開關重合閘啟動延時后合上，若故障為瞬時故障，則保持合位恢復正常供電。

若故障為永久性故障，363開關加速跳閘，造成C、D變全站失壓。D變滿足備自投動作條件而啟動，斷開372開關，合上371開關，D變恢復供電。C變廠站名稱及失壓時間信息進入到“失壓廠站表”。

失壓廠站表非空，啟動了區域備自投控制程序，查找到351對側開關363“失壓前有合到分，且現處分位”，則斷開351開關或核對已斷開（線路故障時351開關因小電提供的短路電流而保護跳閘）。然后進入恢復供電區域備自投程序，查找到353對側開關323“處于分位，且‘母線有壓，線路無壓’”，則合上323開關，C變得以恢復供電。

各種線路故障動作過程如表2所示。

表2 區域備自投控制開關動作表

表2中括號標注的開關，是指本故障按繼電保護原理應動作的開關未動或動作未到位，區域備自投控制才控制該開關動作，否則區域備自投控制程序中該開關便不動作。如第1故障，小水電提供的故障電流未使341開關保護跳閘，則由區域備自投控制動作斷開341開關。

圖1中其他斷環點運行情況下的區域備自投控制過程，與上述動作過程類似，故不再贅述。

5 安全評估

多個鏈式串供網同時發生幾個區域網變電站失壓。電網中存在幾個鏈式串供網，當2個及以上鏈式串供網出現變電站失壓事件，按上述區域備自投控制程序，鏈式串供網失壓變滿足失壓廠站入庫條件入庫，失壓廠站非空，啟動區域備自投控制程序，首先依次斷開各個鏈式串供網失電區域的主供電源開關，然后依次合上各個鏈式串供網備供電源開關，即先隔離完畢，再分別對各鏈式串供網失壓廠站恢復供電。

就地備自投未啟動。當鏈式串供網斷環點所處變電站失壓時就地備自投裝置未啟動，則串供下級變電站無法進行自愈控制恢復供電。所以應加強就地備自投裝置的運行管理。

區域備自投控制未斷開主供電源開關。此時按程序流程，該開關所處鏈式串供網不再進入該區域網的合閘操作，避免出現合環運行或對故障線路反復沖擊的不安全運行情況。

操作斷開開關。當操作斷開廠站電源線路對側開關，此時區域備自投控制正常動作；當操作斷開廠站電源線路本側開關，不啟動區域備自投控制。

誤退出或漏退出鏈式串供網“自愈控制”功能。誤退出時，區域備自投控制失效；漏退出時，當鏈式串供網不再具備備供電源時，僅是控制斷開主供電源線路失電區域側開關，而不能恢復供電；當鏈式串供網具備備供電源，但不允許轉供電時（如潮流不滿足轉供電條件），此時漏退出可能造成線路過載。所以，應加強對“區域備自投控制”退出管理，做到“區域備自投控制”功能應退而退，應投而投。

主供線路失電后，鏈式串供網內其小水電未解列。小水電并網線路及小水電側保護裝置均配置低周、低壓、高周、高壓安全自動保護功能，其低壓定值為40%Un，大于母線無壓定值30%Un且低壓保護動作時限小于備自投動作時間。所以，對于主供線路失電后，如果小水電出力滿足孤網運行條件，則由小水電對用戶供電，此時鏈式串供網母線不失壓，故備自投是不會啟動的；如果主供線路失電后，小水電出力不滿足孤網運行條件，則小水電并網線路欠壓跳閘，然后再啟動備自投。所以，該區域備自投算法雖然未聯跳小水電，但因配置了可靠的安全自動裝置功能，是不會造成系統與小水電非同期并網的。

綜上所述各種情況，這種區域備自投控制算法符合電網安全運行要求。

6 結束語

這種鏈式串供變電站區域備自投控制方法，對于斷環點的變電站，由就地備自投動作恢復備自投所在變電站的供電；對于非斷環點的變電站，由區域備自投控制恢復供電。所以，此種鏈式串供變電站的區域備自投控制算法，是就地備自投與主站區域備自投控制相融合的區域備自投控制，動作安全、可靠，對調度自動化系統要求也不高，適合存在鏈式串供變電站的縣級電網推廣。