110 kV備自投裝置在智能化變電站的應用

蘆君藝

(西山煤電集團 電力分公司，山西 太原 030053)

0 引言

110 kV變電站是電力系統的重要組成部分,隨著社會用電需求的提高,目前很多內橋接線的110 kV變電站正在經歷擴建為擴大內橋接線的過程[1,2]。在過去的實踐中,110 kV備用電源投入裝置已成為電力系統中的重要組成部分,它可以實現對電力系統的監測、保護、控制等方面的自動化和智能化,特別是在智能化變電站的應用更加靈活[3,4]。本文將針對110 kV備自投裝置在智能化變電站中的應用進行研究,探討備自投裝置的基本原理、在智能化變電站中的作用以及擴大內橋接線應用中存在的問題及解決方案。通過研究,將有助于提高智能化變電站的保護水平和運行效率,實現電力系統的安全穩定運行。

1 110 kV系統電氣主接線

圖1為某110 kV變電站系統的電氣主接線,虛線內為遠期規劃,目前2M和3M采用導線連接為一個電氣連接部分。由于本變電站為受電變電站,高壓側進線全部為本站供電,低壓側出線全部為用電負荷,因此不存在穿越功率,且由于本地區氣象條件原因,線路故障頻發,主變可靠性較高,不需要經常檢修,因此該系統采用典型內橋接線。具體來說:110 kV母線單母分段,進線JX1、1#主變壓器在1M運行,進線JX2、2#主變壓器在2M運行,JX1和JX2分別來自不同的兩所220 kV變電站,構成本站的雙電源進線,提高了供電可靠性。

圖1 某110 kV變電站系統電氣主接線

2 二次系統設備配置

二次系統設備按照“三層兩網”的結構進行配置,表1為過程層設備配置清單,每個間隔均配置了智能終端和合并單元。智能終端采集本間隔的隔離開關、斷路器的開關量信息,并對其進行控制;合并單元采集本間隔的電流、進線電壓或母線電壓等,1M間隔未配置1TV智能匯控柜,相應功能由2TV智能匯控柜實現。間隔層配置一臺具有自適應功能的110 kV備用電源投入裝置,由于本站遠期將擴建為擴大內橋接線,因此110 kV備自投裝置需要具備相應功能,滿足將來擴建需求。由于本站為受電站,兩條進線不設保護裝置。站控層設備有監控主機、綜合應用服務器、數據通信網關機、打印機和音響報警裝置等。

表1 過程層設備配置清單

3 備自投裝置

3.1 運行方式

方式一:JX1為主供電源,1DL為合位,JX2作為熱備用電源,2DL為分位,3DL為合位。當JX1由于線路側失壓時,備自投裝置開始動作:首先命令1DL斷開,待收到1DL分位信號后,立即命令合上2DL,然后收到2DL合位信號,動作完畢。這樣就把供電線路由JX1切換到JX2。

方式二:JX2為主供電源,2DL為合位,JX1作為熱備用電源,1DL為分位,3DL為合位。當JX2由于線路側失壓時,備自投裝置開始動作:首先命令2DL斷開,待收到2DL分位信號后,立即命令合上1DL,然后收到1DL合位信號,動作完畢。這樣就把供電線路由JX2切換到JX1。

方式三:兩條進線斷路器均為合位,JXl帶1#主變壓器負荷,JX2帶2#主變壓器負荷;3DL為分位,且1#主變壓器和2#主變壓器隔離開關均為合位。當JX1線路側失壓,備自投裝置開始動作:首先命令斷開1DL,待收到1DL分位信號后,立即命令合上3DL,然后收到3DL合位信號,動作完畢。這樣就實現JX2帶兩臺主變壓器的負荷。當JX2線路側失壓,備自投裝置開始動作:首先命令斷開2DL,待收到2DL分位信號后,立即命令合上3DL,然后收到3DL合位信號,動作完畢。這樣就實現JX1帶兩臺主變壓器的負荷。

3.2 動作過程

圖2為110 kV備自投配置圖。智能化變電站為“三層兩網”結構:過程層為各相關間隔的智能匯控柜,主要是柜內的合并單元和智能終端;間隔層為備用電源自投裝置;站控層主要設備為后臺機、通信數據網關機、衛星同步時鐘和打印機等。過程層網絡為GOOSE網,連接過程層和間隔層;站控層、間隔層網絡連接站控層和間隔層。備自投裝置通過SV網采集各間隔的電壓、電流采樣信號,通過GOOSE網采集各間隔斷路器隔離開關的分合信號,當采集的信號符合備自投動作條件時,通過GOOSE網向相關智能終端發出分合閘信號,實現“直采直跳”,然后將相關信息通過站控層、間隔層網絡上傳到后臺機和通信數據網關機,運行人員可以通過后臺機看到設備狀態,通信數據網關機將信息發送給遠方監控,供監控人員查看。

圖2 110 kV備自投配置

4 關于擴大內橋接線中備自投的思考

4.1 擴大內橋接線的運行方式

當本站擴建為擴大內橋接線后,可選的運行方式有9種,常用的有以下4種運行方式:

方式一:JX1通過1DL帶1#主變壓器;JX2通過2DL、4DL帶2#主變壓器和3#主變壓器;1M和2M分段3DL在熱備用。

方式二:JX1通過1DL、3DL帶1#主變壓器和2#主變壓器;JX2通過2DL帶3#主變壓器;2M和3M分段4DL在熱備用。

方式三:JX1通過1DL、3DL、4DL帶1#主變壓器、2#主變壓器和3#主變壓器;2DL在熱備用。

方式四:JX2通過2DL、3DL、4DL帶1#主變壓器、2#主變壓器和3#主變壓器;1DL在熱備用。

4.2 擴大內橋接線備自投二次接線

由圖1可知,若由于地區經濟發展導致用戶負荷增長,站內兩臺主變壓器負荷較大,需要進行擴建。擴建方案為:解開2M和3M的導線連接,并且擴建3#主變壓器間隔、3M間隔3TV和橋斷路器間隔4DL。擴建后的電氣主接線為擴大內橋接線。擴大內橋接線的運行方式多達9種,備自投的邏輯高達數十種,如果該站為常規綜合自動化站,所有新建間隔和原間隔與備自投的二次電纜都需要重新敷設,工程量很大。但是在智能化變電站中,原間隔和備自投裝置的二次電纜無需改動,只需要將新建間隔匯控柜內的合并單元和智能終端與備自投裝置連接起來即可,可見由于采用了智能化的保護配置,智能化變電站的改擴建工程變得非常簡單。

4.3 擴大內橋接線備自投邏輯

4種常用的運行方式分別對應不同的備自投邏輯,每種邏輯要考慮備自投充電條件、與主變壓器保護的閉鎖關系和開關拒跳等情況,才能得出正確的動作條件和放電條件,以免備自投拒動或動作于故障電流。

4.3.1 橋備自投邏輯

系統運行方式為方式一和方式二,采用橋備自投邏輯,以方式一為例(方式二與此類似)。動作的條件有三種:

(1) 正常狀態下,JX1無流,1M無壓,3M有壓,備自投充電正常,此時備自投動作跳開1DL,然后合3DL,動作后運行方式由方式一變為方式四。

(2) JX2無流,3M無壓,1M有壓,備自投充電正常,此時備自投動作跳2DL,2DL跳開后合上3DL,運行方式由方式一變為方式四,若2DL拒跳,則備自投跳開4DL,再合上3DL,此時由于2DL拒跳,避免了合閘于JX2線路故障,將3#主變壓器隔離,能夠最大程度上保證2#主變正常運行。

(3) 如果3#主變壓器保護或高后備保護動作,無論JX2是否正確跳閘,4DL分閘后,合上3DL。

4.3.2 進線備自投邏輯

系統運行方式為方式三和方式四,采用進線備自投邏輯,以方式三為例(方式四與此類似)。動作條件有三種:

(1) 進線JX1無流,1M三相無壓,進線JX2線路有壓,備自投充電正常,備自投動作跳進線JX1的1DL開關,判1DL開關在分位,合上進線JX2的2DL開關。若1DL開關拒跳,則繼續跳3DL開關,判3DL開關分位,合上進線JX2的2DL開關。若3DL開關也拒跳,則繼續跳4DL開關,判4DL開關在分位,合上進線JX2的2DL開關。

(2) l#主變壓器保護動作,判進線JX1無流、1#主變壓器三相無壓、進線JX2線路有壓、備自投充電正常,備自投動作判3DL開關在分位,合上進線JX2的2DL開關。若3DL開關拒跳,則跳4DL開關,判4DL開關在分位,合上進線JX2的2DL開關。

(3) 2#主變壓器保護動作,判3M無壓、4DL開關在分位、進線JX2線路有壓、備自投充電正常,備自投動作合上進線JX2的2DL開關。

5 結束語

本文研究了智能化變電站中110 kV備自投裝置的應用問題,并探討了擴大內橋接線時的相關問題。在智能化變電站中,備自投裝置可以有效地實現自動切換和遠程控制,提高了電力系統的可靠性和安全性,同時也降低了操作和維護成本。然而,隨著電力系統的不斷發展,備自投裝置還需要不斷地適應新技術,才能更好地滿足電力系統的需求。因此,我們需要進一步深入探討備自投裝置在智能化變電站中的應用,不斷創新和改進,推動電力系統的發展。