電網負荷轉供裝置轉供模式與當值策略實施研究

呂 超,費平平

(國網浙江省電力有限公司嘉興供電公司,浙江 嘉興 314000)

0 引 言

電力系統各區域電網之間,各樞紐變電站與終端變電站之間,在實際運行過程中相互聯系、相互影響,局部干擾有可能引發事故的聯鎖反應,嚴重時會波及更大范圍的電力系統,造成系統失穩,出現電網停電范圍增大,對設備和人身造成威脅,嚴重時會影響電力系統的運行[1]。負荷轉供控制裝置是能夠有效防御電網擾動,保障電力系統可靠運行的重要裝置。尤其在220 kV系統中,負荷轉供裝置在電力系統的穩定安全控制和可靠連續供電方面發揮著重要的作用。

選取220 kV系統的電網結構,研究分析較為復雜接線的雙母雙分段接線方式,依據主備供電的組態方式、轉供方式的優先序列、元件狀態判斷等可控邏輯,研究2種接線方式下的轉供模式,同時以失效和修復性作為可靠評價指標,提出該方式下的當值模式。

1 電網結構

220 kV電網結構中主要接線方式為雙母線、雙母單分段、雙母雙分段等方式。一般在樞紐變電站中雙母線、雙母雙分段接線方式居多,在區域電網結構建設與優化時,考慮配置負荷轉供控制裝置。文中選取較為復雜接線的雙母雙分段接線方式進行配置分析,如圖1所示。

圖1 雙母雙分段接線

2 備供方式分析

負荷轉供控制裝置一般選取220 kV線路或者分段開關進行控制。當線路主供電源失去后,按照優先序列順序,投入同一優先級的一條或多條備供線路,恢復失壓母線供電功能;當母線分列運行方式時,分段開關任意側的運行母線失壓后,合上分段開關,恢復失壓母線供電功能。

2.1 優先序列設定

優先系列主要由線路組別與優先級構成,分別采用定值的方式進行設定。

線路組別定值位于優先系列的十位數值,定值范圍設為0～5,其中0表示不參與線路備供,來自同一電源方向的線路應整定為同一組別。

優先級定值位于優先系列的個位數值,整定范圍為0～4,其中1>2>3>4,0表示不參與線路備供,線路備供邏輯動作后,優先級設定值較小的備供線路優先被投入。

基于上述設定方法,雙母雙分段接線,線路備供的優先序列整定值如表1所示。

表1 線路備供優先序列整定

表1中的優先系列設定值包含如下含義:

1)線路01、02來自同一電源方向,線路03、04來自同一電源方向。一組線路主供另一組備供時,線路備供邏輯開放;主供線路故障導致運行母線失壓時,線路備供邏輯動作。

2)線路01、02主供,線路03、04備供方式下,備供邏輯動作時,首先投入優先序列較高的線路03,如故障母線電壓恢復,備供動作成功,否則,再投入優先級次高的線路04。

雙母雙分段接線,分段備供時,設定方法與線路優先系列設定一致,但優先序列中只含有優先級設定,如表2所示。

表2 分段備供優先序列整定

分段備供邏輯動作后,如分段開關01、02均可備,則優先投入分段開關01,如母線電壓未回復,再投入分段開關02;由于母線失壓或檢修,切換為不可備供狀態的分段開關,不會被投入。

2.2 元件狀態判別

負荷轉供控制裝置的元件狀態主要判別線路開關、分段開關狀態[2]。2種元件主要分為主供、備供、檢修、不可備投4種狀態,4種狀態分別滿足以下條件:

1)主供狀態條件。檢修壓板退出、開關合位、優先序列不為0,3個條件同時滿足。

2)備供狀態條件。檢修壓板退出、線路開關分位且無流、電壓大于有壓定值、優先序列不為0,4個條件同時滿足。

3)檢修狀態。檢修壓板投入、優先序列設置不為0,2個條件同時滿足。

4)不可備投狀態。不符合主供、備供、檢修3種狀態的其他狀態。

3 當值策略實施

3.1 2種備供方式

雙母雙分段接線主要有2種備供方式:一是線路備供方式,4回線路一組運行一組備用;二是分段備供方式,4回線路均運行,分段開關備用[3]。

1)備供方式。針對備供方式下充電條件、啟動條件、動作邏輯、放電及閉鎖條件如圖2所示。

圖2 備供邏輯框圖

2)備供邏輯。以線路備供方式為例。

充電條件滿足:總功能壓板且線路備投功能投入;非檢修狀態的母線有壓;非檢修狀態的分段開關在合位;一組線路有主供線路;另一組線路滿足有備供線路且無主供線路條件,滿足以上條件經tc延時后,裝置充電成功,線路備投功能開放。

啟動條件:所有運行母線電壓小于失壓啟動值;所有主供線路無流;滿足以上條件,經tq延時后,線路備投邏輯啟動。

動作邏輯:滿足充電條件經tc延時后,線路備投功能開放;滿足啟動條件經tq延時后,線路備投邏輯啟動,出口跳主供組所有主供線路,同時切除失壓母線上的小電源線路;跳主供線路tT時間內,檢測到所有被跳主供線路的開關位置均處于分位時,繼續執行;否則備投失敗;確認失壓母線電壓小于無壓動作值后,投入優先級設定值最小且尚未執行過合閘操作的同一優先級的一條或多條備供線路。

放電及閉鎖條件:總功能壓板或備投功能退出,立即放電;主供線路檢修壓板均投入,立即放電;備供組的任意線路切換為主供狀態,延時5 s放電;所有運行母線電壓消失,延時15 s放電;任意線路間隔開關位置異常后,立即放電;收到母差、失靈動作信號立即放電,需手動復歸;主供線路跳閘后母線電壓不滿足小于失壓動作值條件,延時30 s放電。

3.2 當值方式選擇

負荷轉供裝置當值方式選擇主要基于供區穩定、元件狀態、電網可靠性等要素[4],并結合實際設備情況。繼電保護裝置每部分的可靠性都由該部分的隨機失效指標決定。可靠指標用失效和修復性表示,并給出不同方式下當值方式選擇情況。

3.2.1 可靠性指標

負荷轉供控制裝置是一個提高電網穩定性的裝置,在分析其可靠性時,將失效率λ和修復率μ作為基礎的指標[5]。

(1)

式中:λ(t)為正常工作開始至t時刻單位時間失效次數;P(·)為條件概率函數;Δt為采樣時間;T為故障前的工作時長。

(2)

式中:μ(t)表示負荷轉供控制裝置故障在t之后修復的概率;TY為裝置故障持續時間。

3.2.2 案例方式選擇

某220 kV變電站由4臺主變組成,形成高中側雙母雙分段接線方式,如圖3所示。由于特殊方式配置負荷轉供裝置,變電站由2個550 kV變電站供電,即線路1和線路2來自供區1,線路3和線路4來自供區2。

圖3 變電站接線方式

單個繼電保護系統是典型的串聯系統,其中任何一個單元失效都會引起整個系統失效,正常運行負荷轉供裝置動作次數有限。選取狀態檢修中的應用[6],文獻[7]通過繼電保護系統的5個主要事件驗證繼電保護系統各環節的可靠性,沒有考慮區外故障時保護裝置運行特點。基于此,提出了6種事件,用于更加完整地驗證裝置各個環節的可靠性[8-9]。具體的驗證關系如表3所示。

表3 事件與裝置功能驗證表

通過軟件驗證,在失效概率較小,同時結合運行狀態以1年為時限,對發生的主要3種事件進行統計分析,如表4所示。

表4 事件與失效修復統計情況

通過表4可知:雙母雙分段接線在分段備供模式下,在運變電站檢修狀態對6種事件調試和運行狀態實際發生的故障問題數據進行統計分析,檢修狀態調試能夠有效檢驗各個環節功能,試驗驗證正確對應;同時在實際運行發生異常故障時,在近5年內失效率均低于0.5%,故障修復率可達99.2%以上。基于此,可選取該種運行方式下可選分段備供作為當值模式。

4 結 語

分析區域內雙母雙分段的電網結構與負荷轉供裝置的控制方式,考慮裝置運行元件狀態、主備供電的組別方式、轉供方式的優先序列等可控判據邏輯,研究雙母雙分段復雜接線方式下2種典型轉供模式。以實際變電站負荷裝置為案例,以失效和修復性作為可靠評價指標,提出了當值可實施方式。