330kV及110kV系統(tǒng)采用雙母線雙分段主接線型式下快速切換裝置的控制策略分析

曹晉

（寧夏寶豐能源集團(tuán)股份有限公司）

1 快速切換裝置的發(fā)展與現(xiàn)狀

中壓系統(tǒng)快速切換裝置最早應(yīng)用于火力發(fā)電廠的啟備變電源向廠用電母線備用時(shí)，稱為單向快切，即該快速切換裝置在自動(dòng)切換模式下，僅能由啟備變電源向廠用電母線備用，無(wú)法由廠用電母線向啟備變母線備用。只有在手動(dòng)切換模式下，才能實(shí)現(xiàn)電源由廠用電母線向啟備變母線切換。

石油化工行業(yè)對(duì)供電可靠性和連續(xù)性要求較高，隨著石油化工行業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)供電可靠性和連續(xù)性也提出了更高要求，雙向快切應(yīng)運(yùn)而生，雙向快切最初廣泛應(yīng)用在單母線分段接線型式下，控制兩個(gè)進(jìn)線斷路器和一個(gè)分段斷路器。在分列運(yùn)行方式下，可以實(shí)現(xiàn)任何一路電源異常時(shí)，自動(dòng)將分段斷路器合閘投入；在電源互投運(yùn)行方式下，實(shí)現(xiàn)工作電源異常時(shí)，自動(dòng)投入備用電源。由于其可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電源兩個(gè)方向的切換功能，因此被稱為雙向快切。

雙向快切最初誕生時(shí)的控制算法是基于異步電動(dòng)機(jī)群在失電情況下轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)時(shí)的惰走模型，并未考慮大型同步電動(dòng)機(jī)、自備發(fā)電機(jī)的情況。在處理這兩種特殊機(jī)組時(shí)，往往采用的方法是先將其從系統(tǒng)中切除，再啟動(dòng)快切邏輯，這對(duì)裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了不利影響，將同步電動(dòng)機(jī)或自備發(fā)電機(jī)切除后也會(huì)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)損失。

隨著石油化工單套裝置規(guī)模不斷提高，同步電動(dòng)機(jī)、自備發(fā)電機(jī)的應(yīng)用也越來(lái)越多，雙向快切不得不解決上述控制算法中的瑕疵，于是新型的控制算法產(chǎn)生了。這種新型的控制算法在傳統(tǒng)算法的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)定值區(qū)塊，稱為“小定值區(qū)”，即當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，快速切換裝置對(duì)系統(tǒng)參數(shù)按照“小定值區(qū)”進(jìn)行判斷，若事故發(fā)生時(shí)功率斷面下系統(tǒng)參數(shù)滿足“小定值區(qū)”的切換要求，那么啟動(dòng)快速切換，不切除任何同步電動(dòng)機(jī)和自備發(fā)電機(jī)；若事故發(fā)生時(shí)功率斷面下系統(tǒng)參數(shù)不滿足小定值區(qū)的切換要求，則切除同步電動(dòng)機(jī)和自備發(fā)電機(jī)，再啟動(dòng)快切邏輯。新型的雙向快切從一定程度上解決了系統(tǒng)中存在同步電動(dòng)機(jī)或自備發(fā)電機(jī)的切換問(wèn)題。

時(shí)至今日，石油化工裝置的供電電壓等級(jí)越來(lái)越高，330kV、220kV、110kV供電的項(xiàng)目越來(lái)越多，對(duì)于高壓系統(tǒng)配置快速切換裝置的研究也日益高漲，同時(shí)區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)與快速切換裝置配合以提高事故情況下備用電源恢復(fù)能力的研究也在開展。

2 高壓系統(tǒng)快速切換裝置的問(wèn)題

目前，中壓系統(tǒng)快速切換裝置的應(yīng)用比較成熟，高壓系統(tǒng)應(yīng)用快速切換裝置時(shí)存在以下問(wèn)題：

1）高壓系統(tǒng)主接線型式較為復(fù)雜，運(yùn)行方式靈活多樣，控制策略應(yīng)盡可能滿足各類運(yùn)行方式；

2）快速切換裝置不具備雙母線隔離開關(guān)運(yùn)行方式的判定功能；

3）單臺(tái)快速切換裝置不具備四電源進(jìn)線斷路器（或兩電源進(jìn)線斷路器）、兩分段斷路器、兩母聯(lián)斷路器的控制功能；

4）多臺(tái)快速切換裝置配合使用時(shí)是否存在在特定事故情況下事故擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)的防控；

5）本級(jí)快速切換裝置與上級(jí)快速主保護(hù)間的控制策略的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定。

為解決以上問(wèn)題，本文特以某330kV變電站為例，開展以下分析。

3 雙母線雙分段接線型式的快速切換裝置的控制策略

3.1 正常運(yùn)行方式設(shè)定

330kV變電站正常運(yùn)行方式為：330kV兩回線路分列運(yùn)行，330kV分段開關(guān)合閘，330kV母聯(lián)開關(guān)熱備用。即301、302合閘，301-1合閘、301-2分閘，302-1分閘、302-2合閘，3012、3034合閘、3023、3014分閘。

1#、2#、3#、4#主變分別運(yùn)行于330kV 1、4、2、3母，四臺(tái)變壓器分列運(yùn)行，各帶25%負(fù)荷。

1#、2#、3#、4#主變分別帶110kV 1、4、2、3母，四臺(tái)變壓器分列運(yùn)行。

主接線型式如下圖所示。

圖 某330kV變電站主接線型式示意圖

3.2 快速切換裝置的信號(hào)接入

3.2.1 330kV系統(tǒng)

1）330 kV 4臺(tái)快速切換裝置按照對(duì)應(yīng)的母聯(lián)、分段開關(guān)分別編號(hào)為330kV 1#、2#、3#、4#快切。

2）330 kV 1#快切接入330kV 1、3母母線電壓信號(hào)和301、302進(jìn)線電壓信號(hào)，接入301、302和3023開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

3）330 kV 2#快切接入330kV 2、3母母線電壓信號(hào)，接入3012、3023、3034開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)。

4）330 kV 3#快切接入330kV 1、3母母線電壓信號(hào)和301、302進(jìn)線電壓信號(hào)，接入301、302和3014開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

5）330 kV 4#快切接入330kV 1、4母母線電壓信號(hào)，接入3012、3034、3014開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)。

6）330 kV 1母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖2#、3#、4#快切。

7）330 kV 2母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖1#、2#、4#快切。

8）330 kV 3母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖1#、2#、4#快切。

9）330 kV 4母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖2#、3#、4#快切。

10）暫不考慮后備保護(hù)閉鎖快切功能。

3.2.2 110kV系統(tǒng)

1）110 kV 4臺(tái)快速切換裝置按照對(duì)應(yīng)的母聯(lián)、分段開關(guān)分別編號(hào)為110kV 1#、2#、3#、4#快切。

2）110 kV 1#快切接入110kV 1、2母母線電壓信號(hào)和101、103進(jìn)線電壓信號(hào)，接入101、103和1012開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入330kV 1#、3#主變差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，接入330kV 1母、2母母差保護(hù)和失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

3）110 kV 2#快切接入110kV 2、3母母線電壓信號(hào)和103、104進(jìn)線電壓信號(hào)，接入103、104、1023開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入330kV 3#、4#主變差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，接入330kV 2母、3母母差保護(hù)和失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

4）110 kV 3#快切接入110kV 3、4母母線電壓信號(hào)和102、104進(jìn)線電壓信號(hào)，接入102、104和1034開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入330kV 2#、4#主變差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，接入330kV 3母、4母母差保護(hù)和失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

5）110 kV 4#快切接入110kV 1、4母母線電壓信號(hào)和101、102進(jìn)線電壓信號(hào)，接入101、102、1014開關(guān)位置和分合閘控制信號(hào)，接入330kV 1#、2#主變差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，接入330kV 1母、4母母差保護(hù)和失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)。

6）110 kV 1母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖1#、4#快切。

7）110 kV 2母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖1#、2#快切。

8）110 kV 3母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖2#、3#快切。

9）110 kV 4母差動(dòng)和失靈保護(hù)閉鎖3#、4#快切。

10）暫不考慮后備保護(hù)閉鎖快切功能。

3.3 控制策略

3.3.1 模擬故障1

（1）故障描述

330kV 1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作301跳閘。

（2）控制策略

1）330 kV 1#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)同時(shí)發(fā)給330kV 1#、3#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）330 kV 1#快切重跳301開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 3#快切重跳301開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.2 模擬故障2

（1）故障描述

330kV 2#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作302跳閘。

（2）控制策略

1）330 kV 2#線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)同時(shí)發(fā)給330kV 1#、3#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）330 kV 1#快切重跳302開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 3#快切重跳302開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.3 模擬故障3

（1）故障描述

301開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）330 kV 1#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳301開關(guān)，合3023開關(guān)。

2）330 kV 3#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳301開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.4 模擬故障4

（1）故障描述

302開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）330 kV 1#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳302開關(guān)，合3023開關(guān)。

2）330 kV 3#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳302開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.5 模擬故障5

（1）故障描述

1#線路的上級(jí)電源失電，330kV 1、2母電壓降低，3、4母電壓正常。

（2）控制策略

1）330 kV 1#快切動(dòng)作，跳開301開關(guān)，合3023開關(guān)。

2）330 kV 2#快切動(dòng)作，跳開3012開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 3#快切動(dòng)作，跳開301開關(guān)，合3014開關(guān)。

4）330 kV 4#快切動(dòng)作，跳開3012開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.6 模擬故障6

（1）故障描述

2#線路的上級(jí)電源失電，330kV 3、4母電壓降低，1、2母電壓正常。

（2）控制策略

1）330 kV 1#快切動(dòng)作，跳開302開關(guān)，合3023開關(guān)。

2）330 kV 2#快切動(dòng)作，跳開3034開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 3#快切動(dòng)作，跳開302開關(guān)，合3014開關(guān)。

4）330 kV 4#快切動(dòng)作，跳開3034開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.7 模擬故障7

（1）故障描述

3012開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）330 kV 1母電壓正常、2母電壓下降。

2）330 kV 2#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳3012開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 4#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳3012開關(guān)，合3014開關(guān)。

4）330 kV 2母電壓降低，3母電壓正常，若開關(guān)偷跳邏輯失敗，則330kV 2#快切的模擬量切換會(huì)動(dòng)作，重跳3012開關(guān)，合3023開關(guān)。

3.3.8 模擬故障8

（1）故障描述

3034開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）330 kV 3母電壓正常、4母電壓下降。

2）330 kV 2#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳3034開關(guān)，合3023開關(guān)。

3）330 kV 4#快切的開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，重跳3034開關(guān)，合3014開關(guān)。

4）330 kV 4母電壓降低，1母電壓正常，若開關(guān)偷跳邏輯失敗，則330kV 4#快切的模擬量切換會(huì)動(dòng)作，重跳3034開關(guān)，合3014開關(guān)。

3.3.9 模擬故障9

（1）故障描述

330kV 1#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 1#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 1#、4#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 1#快切重跳101開關(guān)，合1012開關(guān)。

3）110 kV 4#快切重跳101開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.10 模擬故障10

（1）故障描述

330kV 2#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 2#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 3#、4#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 3#快切重跳102開關(guān)，合1034開關(guān)。

3）110 kV 4#快切重跳102開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.11 模擬故障11

（1）故障描述

330kV 3#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 3#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 1#、2#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 1#快切重跳103開關(guān)，合1012開關(guān)。

3）110 kV 2#快切重跳103開關(guān)，合1023開關(guān)。

3.3.12 模擬故障12

（1）故障描述

330kV 4#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 4#主變差動(dòng)保護(hù)或重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 2#、3#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 2#快切重跳104開關(guān)，合1023開關(guān)。

3）110 kV 3#快切重跳104開關(guān)，合1034開關(guān)。

3.3.13 模擬故障13

（1）故障描述

330kV 1母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 1母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 1#、4#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 1#快切跳開101開關(guān)，合1012開關(guān)。

3）110 kV 4#快切跳開101開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.14 模擬故障14

（1）故障描述

330kV 2母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 2母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 1#、2#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 1#快切跳開103開關(guān)，合1012開關(guān)。

3）110 kV 2#快切跳開103開關(guān)，合1023開關(guān)。

3.3.15 模擬故障15

（1）故障描述

330kV 3母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 3母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 2#、3#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 2#快切跳開104開關(guān)，合1023開關(guān)。

3）110 kV 3#快切跳開104開關(guān)，合1034開關(guān)。

3.3.16 模擬故障16

（1）故障描述

330kV 4母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作。

（2）控制策略

1）330 kV 4母母差或失靈保護(hù)動(dòng)作信號(hào)發(fā)給110kV 3#、4#快切，啟動(dòng)開關(guān)量啟動(dòng)切換邏輯。

2）110 kV 3#快切重跳102開關(guān)，合1034開關(guān)。

3）110 kV 4#快切重跳102開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.17 模擬故障17

（1）故障描述

110kV 1母失電。

（2）控制策略

1）110 kV 1#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開101開關(guān)，合1012開關(guān)。

2）110 kV 4#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開101開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.18 模擬故障18

（1）故障描述

110kV 2母失電。

（2）控制策略

1）110 kV 1#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開103開關(guān)，合1012開關(guān)。

2）110 kV 2#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開103開關(guān)，合1023開關(guān)。

3.3.19 模擬故障19

（1）故障描述

110kV 3母失電。

（2）控制策略

1）110 kV 2#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開104開關(guān)，合1023開關(guān)。

2）110 kV 3#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開104開關(guān)，合1034開關(guān)。

3.3.20 模擬故障20

（1）故障描述

110kV 4母失電。

（2）控制策略

1）110 kV 3#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開102開關(guān)，合1034開關(guān)。

2）110 kV 4#快切模擬量切換啟動(dòng)，跳開102開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.21 模擬故障21

（1）故障描述

101開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）110 kV 1#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開101開關(guān)，合1012開關(guān)。

2）110 kV 4#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開101開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.22 故障22

（1）故障描述

102開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）110 kV 3#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開102開關(guān)，合1034開關(guān)。

2）110 kV 4#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開102開關(guān)，合1014開關(guān)。

3.3.23 模擬故障23

（1）故障描述

103開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）110 kV 1#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開103開關(guān)，合1012開關(guān)。

2）110 kV 2#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開103開關(guān)，合1023開關(guān)。

3.3.24 模擬故障24

（1）故障描述

104開關(guān)偷跳。

（2）控制策略

1）110 kV 2#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開104開關(guān)，合1023開關(guān)。

2）110 kV 3#快切開關(guān)偷跳邏輯啟動(dòng)，跳開104開關(guān)，合1034開關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)以高壓系統(tǒng)較為復(fù)雜的雙母線雙分段主接線型式為例，確定了該系統(tǒng)中多套快速切換裝置開關(guān)量、模擬量信號(hào)接入方案和控制策略，在該控制策略下對(duì)本系統(tǒng)常見(jiàn)的24種典型故障逐一分析快速切換裝置的動(dòng)作情況，均能滿足備用電源正確判斷和切換的要求。同時(shí)，為同類型系統(tǒng)的快速切換裝置應(yīng)用提供了可靠依據(jù)，也為主接線型式較為簡(jiǎn)單的雙母線不分段、雙母線單分段系統(tǒng)提供借鑒依據(jù)。