淺談?wù)貞c地區(qū)新型區(qū)域備自投原理

／廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局 肖科／

1 常規(guī)備自投裝置存在的問題

當(dāng)前，肇慶地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)仍然比較薄弱，電網(wǎng)多處仍存在長距離多站串供等嚴(yán)重影響供電可靠性的問題。在這種接線方式下，常規(guī)備自投基于就地的信息, 解決處于開環(huán)點(diǎn)的變電站備用電源自動(dòng)投入問題，無法適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，解決復(fù)雜系統(tǒng)控制問題，比如，遠(yuǎn)方備用電源自動(dòng)投入，單電源串行供電、雙端供電情況下恢復(fù)供電。

另外，由于信息的局限，就地備自投控制策略無法實(shí)現(xiàn)與安全自動(dòng)控制裝置配合、不同備自投間的優(yōu)化協(xié)調(diào)、和保護(hù)配合、小電源對遠(yuǎn)方備自投、備用電源投入后潮流轉(zhuǎn)移情況，以及備用電源過載控制等等，因此，有必要研發(fā)新的備自投控制技術(shù)。

2 使用區(qū)域備自投的必要性

為解決肇慶電網(wǎng)長距離多站串供問題對供電可靠性的影響，使備自投廣泛地應(yīng)用于變電站，同時(shí)為了達(dá)到使工作電源和與工作電源不在同一變電站的備用電源之間能協(xié)同工作自動(dòng)投入的目的，必須建設(shè)基于SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)）/EMS（能量管理系統(tǒng)）的區(qū)域備自投系統(tǒng)，提高電網(wǎng)供電可靠性。

區(qū)域備自投模塊是EMS系統(tǒng)重要組成部分，EMS系統(tǒng)收集各個(gè)系統(tǒng)的遙信和遙測等信息以及SCADA系統(tǒng)采集的開關(guān)量和模擬量，再通過相關(guān)信息確定區(qū)域備自投的充放電條件，在工作電源因故失電后，區(qū)域備自投能夠迅速啟動(dòng)，識(shí)別失電區(qū)域，確定相應(yīng)的備自投模式，制定備自投支配方案，然后以特定的命令形式發(fā)出控制指令，最后EMS系統(tǒng)會(huì)遠(yuǎn)距離停止工作電源供電和斷開過載負(fù)荷，投入備用電源，在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)恢復(fù)供電，提高供電的可靠性。

建設(shè)基于SCADA/EMS的區(qū)域備自投，將通過采集各站運(yùn)行工況及實(shí)施信息進(jìn)行邏輯分析計(jì)算，達(dá)到使工作電源和與工作電源不在同一變電站的備用電源之間能協(xié)同工作智能投入的目的，著重解決應(yīng)用于不小于3級(jí)的110kV鏈?zhǔn)诫娋W(wǎng)接線的站端備自投裝置的多種弊端，避免站端備自投裝置動(dòng)作后仍會(huì)造成2～3級(jí)電力事故的發(fā)生，在本質(zhì)上增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)作和供電的可靠性。

基于SCADA/EMS的區(qū)域備自投能解決常規(guī)備自投存在的問題，通過對開關(guān)的遙控彌補(bǔ)備自投動(dòng)作的不足，從整個(gè)電網(wǎng)角度解決110kV母線的失壓問題，通過仿真計(jì)算保證備自投動(dòng)作的安全性。

3 區(qū)域備自投的定義

3.1 區(qū)域備自投模型的構(gòu)成

對于每一個(gè)備自投單元，區(qū)域備自投系統(tǒng)定義了其模型。首先為其確立基本定義屬性，包括備自投的名稱，所在廠站，投退狀態(tài)，閉鎖狀態(tài)以及動(dòng)作延時(shí)。投退狀態(tài)標(biāo)志備自投是否在使用，退出狀態(tài)則備自投不起作用。在屬性定義的基礎(chǔ)上，每個(gè)備自投單元又由充電條件、動(dòng)作條件、閉鎖條件和動(dòng)作序列等定義組成。如圖1所示。

其中動(dòng)作條件由動(dòng)作邏輯和一系列動(dòng)作條件組成，每個(gè)動(dòng)作條件表示由測點(diǎn)名對應(yīng)測點(diǎn)的值與定值按比較類型判定，比較條件成立后延時(shí)指定延時(shí)時(shí)間，此條動(dòng)作條件成立，即動(dòng)作滿足判定要達(dá)到指定延時(shí)時(shí)間才有效，延時(shí)計(jì)時(shí)由條件成立開始。每條動(dòng)作條件表示一個(gè)邏輯事件，對所有動(dòng)作邏輯事件按邏輯表達(dá)式進(jìn)行邏輯計(jì)算，條件成立整個(gè)動(dòng)作條件成立。動(dòng)作條件的組成可以由通過數(shù)據(jù)采集得到的遙信、遙測以及保護(hù)信號(hào)及安穩(wěn)信號(hào)，以及通過EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能得到相應(yīng)的測點(diǎn)定值，其中采集數(shù)據(jù)信息可以是備自投所在廠站內(nèi)的，也可以是其他廠站內(nèi)的。閉鎖條件和充電條件的定義與動(dòng)作條件的定義類似，若閉鎖條件成立則備自投進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，而充電條件用于判斷備自投是否帶電，可在系統(tǒng)運(yùn)行前判斷備自投是否具備投運(yùn)的條件。如圖2所示，同一個(gè)備自投的不同運(yùn)行方式可以根據(jù)充電條件來判別。

圖1 區(qū)域備自投的模型

圖2 備自投充電/動(dòng)作/閉鎖條件組成

動(dòng)作序列定義包括測點(diǎn)名、動(dòng)作、延時(shí)。動(dòng)作為要執(zhí)行的遙控狀態(tài)，延時(shí)指執(zhí)行此條動(dòng)作前需要等待時(shí)間。

維護(hù)人員可以根據(jù)測點(diǎn)模型和相應(yīng)的邏輯關(guān)系式定義備自投的充電條件、動(dòng)作條件和閉鎖條件，并定義備自投投入時(shí)的動(dòng)作序列。直接使用人們習(xí)慣的邏輯表達(dá)式來描述邏輯關(guān)系，使得維護(hù)和使用更加方便。維護(hù)人員可以自由增加、刪除、修改備自投模型。

3.2 區(qū)域備自投的功能

3.2.1 備自投自建模原則

自動(dòng)建模功能應(yīng)該為區(qū)域備自投模塊所具有，該功能是利用收集的電網(wǎng)當(dāng)前狀態(tài)信息并且依據(jù)變電站里不一樣的拓?fù)錁?gòu)造，對備自投模型進(jìn)行靈活的辨別并形成不一樣的備自投模型。

3.2.2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲取及處理

區(qū)域備自投系統(tǒng)從EMS系統(tǒng)獲取電網(wǎng)模型以及運(yùn)行信息（如檢修、禁控等），同時(shí)通過遙信遙測接口獲取SCADA系統(tǒng)的遙信和遙測實(shí)時(shí)值作為備自投模型中的測點(diǎn)數(shù)據(jù)。區(qū)域備自投系統(tǒng)通過采集SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分別判定模型的充電條件、動(dòng)作條件、閉鎖條件是否滿足。首先，在區(qū)域備自投系統(tǒng)從SCADA讀取電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)過程中加入校驗(yàn)環(huán)節(jié)，通過對遙信、遙測狀態(tài)位進(jìn)行校驗(yàn)，可濾除無效數(shù)據(jù)，防止數(shù)據(jù)采集過程中出現(xiàn)異?；蛘咄ㄐ胖袛鄷?huì)導(dǎo)致判據(jù)不正確。其次，在進(jìn)行充電條件判斷時(shí)，利用狀態(tài)估計(jì)結(jié)果對開關(guān)位置進(jìn)行校驗(yàn)增加區(qū)域備自投系統(tǒng)對SCADA壞數(shù)據(jù)的辨識(shí)與檢錯(cuò)功能，對辨識(shí)出的壞數(shù)據(jù)進(jìn)行告警提示處理，并閉鎖相應(yīng)的區(qū)域備自投模型。

3.2.3 備自投邏輯校核

根據(jù)上述定義的模型，備自投系統(tǒng)啟動(dòng)后，開始通過SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及EMS的網(wǎng)絡(luò)分析功能進(jìn)行備自投測點(diǎn)名對應(yīng)測點(diǎn)的值與定值的比較。當(dāng)備自投滿足充電條件之后，備自投投入運(yùn)行。當(dāng)備自投滿足動(dòng)作條件之后，備自投將產(chǎn)生動(dòng)作策略。并通過EMS的靜態(tài)安全分析對產(chǎn)生的控制策略在執(zhí)行前進(jìn)行安全校驗(yàn)，對于可能引起電網(wǎng)靜態(tài)安全越限的策略報(bào)警和后續(xù)切負(fù)荷策略調(diào)整。區(qū)域備自投動(dòng)作完畢后進(jìn)行潮流計(jì)算，如果存在越限則計(jì)算出越限量，需要切除多少負(fù)荷，使用程控方式按照事先設(shè)定的切除方案批量切除負(fù)荷。

3.2.4 與變電站備自投裝置的配合

基于EMS的區(qū)域備自投系統(tǒng)作為變電站備自投裝置的重要補(bǔ)充，其與變電站備自投裝置的協(xié)調(diào)關(guān)系如圖3所示。

與重合閘的配合：區(qū)域備自投動(dòng)作整定的延時(shí)時(shí)間應(yīng)躲過線路開關(guān)重合閘時(shí)間，且應(yīng)考慮重合閘動(dòng)作信號(hào)及重合閘動(dòng)作后開關(guān)狀態(tài)、遙測的上送至EMS的時(shí)延。

與母線保護(hù)的配合：以110kV變電站母線故障為例，備自投動(dòng)作后如果合于母線故障母線應(yīng)由開環(huán)點(diǎn)側(cè)保護(hù)手合后加速跳閘，快速隔離故障。

與安穩(wěn)以及低頻低壓減載裝置的配合：安穩(wěn)以及低頻低壓減載裝置的動(dòng)作信號(hào)接入EMS系統(tǒng)，閉鎖相關(guān)區(qū)域備自投。

與地方小電源的配合：對于廠站端已安裝低頻低壓解列裝置，應(yīng)由該裝置切除地方小電源。區(qū)域備自投動(dòng)作時(shí)間應(yīng)于低頻低壓解列裝置動(dòng)作時(shí)間配合，確保區(qū)域備自投可靠動(dòng)作。

圖3 區(qū)域備自投系統(tǒng)與變電站備自投裝置的配合關(guān)系

4 區(qū)域備自投的動(dòng)作邏輯

以肇慶高要片區(qū)的欖州—金利—大洲—東岸串為例，分析肇慶地區(qū)新型區(qū)域備自投的動(dòng)作邏輯。所有方式中“遠(yuǎn)方方式”表示投遠(yuǎn)方備自投，“本地方式”表示投本地備自投，所有附圖中實(shí)心開關(guān)表示合閘狀態(tài)，空心開關(guān)表示分閘狀態(tài)。

4.1 系統(tǒng)方式一

系統(tǒng)滿足金利變?yōu)檫h(yuǎn)方方式、大洲變?yōu)楸镜胤绞剑?10kV欖金線運(yùn)行供金利變，金利變110kV大金線運(yùn)行供大洲變，大洲變側(cè)110kV東大線開關(guān)熱備用，對側(cè)開關(guān)帶壓，如圖4、5所示。下面討論當(dāng)110kV欖金線和110kV大金線故障時(shí)的備自投動(dòng)作邏輯。

圖4 110kV大金線故障，東大線熱備接線圖

若110kV大金線故障，110kV大洲變母線失壓，保護(hù)跳開110kV大金線。

動(dòng)作條件：大洲變母線檢修壓板未投入，母線滿足三相電壓小于設(shè)定定值；大洲變110kV東大線對側(cè)開關(guān)所在母線未失壓；大洲變110kV大金線開關(guān)三相無流；110kV東大線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；大洲變110kV大金線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作并跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV大洲變備投檢測110kV大金線無流，只有110kV大洲變母線失壓，大洲變備投動(dòng)作，跳開DZ1DL，確認(rèn)跳開后，合上DZ2DL開關(guān)，檢測大洲變母線有壓備投成功。

圖5 110kV欖金線故障，東大線熱備接線圖

若110kV欖金線故障，110kV金利變、大洲變母線均失壓，保護(hù)跳開110kV欖金線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下金利變、大洲變各自母線均滿足三相電壓小于定值；大洲變110kV東大線對側(cè)開關(guān)所在母線未失壓；金利變110kV欖金線開關(guān)三相無流；110kV東大線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；金利變110kV欖金線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV金利變備投檢測110kV欖金線無流，兩站母線均失壓備投動(dòng)作，跳開JL2DL，確認(rèn)跳開后，向110kV大洲變發(fā)送合閘DZ2DL命令，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功;110kV大洲變備投檢測110kV大金線無流，110kV金利變、大洲變母線均失壓，大洲變備投不動(dòng)作，等待接收110kV金利變命令接合上DZ2DL，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功。

4.2 系統(tǒng)方式二

系統(tǒng)滿足金利變?yōu)檫h(yuǎn)方方式、大洲變?yōu)楸镜胤绞剑?10kV欖金線運(yùn)行供金利變，110kV東大線運(yùn)行供大洲變，110kV大金線金利變側(cè)開關(guān)帶壓，大洲變側(cè)熱備用，如圖6、7所示。下面討論當(dāng)110kV東大線和110kV欖金線故障時(shí)的備自投動(dòng)作邏輯。

圖6 110kV東大線故障，大金線（大洲側(cè)）熱備接線圖

若110kV東大線故障，只有110kV大洲變母線失壓，保護(hù)跳開110kV東大線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下大洲變母線均滿足三相電壓小于設(shè)定定值；金利變母線未失壓；大洲變110kV東大線開關(guān)三相無流；110kV大金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；大洲變110kV東大線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV大洲變備投檢測110kV東大線無流，只有110kV大洲變母線失壓，大洲變備投動(dòng)作，跳開DZ2DL，確認(rèn)跳開后，合上DZ1DL開關(guān)，檢測母線有壓備投成功。

圖7 110kV欖金線故障，大金線（大洲側(cè)）熱備接線圖

若110kV欖金線故障，只有110kV金利變母線失壓，保護(hù)跳開110kV欖金線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下金利變母線均滿足三相電壓小于設(shè)定定值；大洲變母線未失壓；金利變110kV欖金線開關(guān)三相無流；110kV大金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；金利變110kV東大線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV金利變備投檢測110kV欖金線無流，母線失壓備投動(dòng)作，跳開JL2DL，確認(rèn)跳開后，向110kV大洲變發(fā)送合閘DZ1DL命令，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功;110kV大洲變備投接收110kV金利變合DZ1DL命令，合上DZ1DL，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功。

4.3 系統(tǒng)方式三

系統(tǒng)滿足金利變?yōu)楸镜胤绞健⒋笾拮優(yōu)檫h(yuǎn)方方式，110kV欖金線運(yùn)行供金利變，110kV東大線運(yùn)行供大洲變，110kV大金線大洲變側(cè)開關(guān)帶壓，金利變側(cè)熱備用，如圖8、9所示。下面討論當(dāng)110kV欖金線和110kV東大線故障時(shí)的備自投動(dòng)作邏輯。

圖8 110kV欖金線故障，大金線（金利側(cè)）熱備接線圖

若110kV欖金線故障，只有110kV金利變母線失壓，保護(hù)跳開110kV欖金線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下金利變母線均滿足三相電壓小于設(shè)定定值；大洲變母線未失壓；金利變110kV欖金線開關(guān)三相無流；110kV大金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；金利變110kV東大線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV金利變備投檢測110kV欖金線無流，只有110kV金利變母線失壓，金利變備投動(dòng)作，跳開JL2DL，確認(rèn)跳開后，合上JL1DL開關(guān)，檢測母線有壓備投成功。

圖9 110kV東大線故障，大金線（金利側(cè)）熱備接線圖

若110kV東大線故障，只有110kV大洲變母線失壓，保護(hù)跳開110kV東大線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下大洲變母線均滿足三相電壓小于設(shè)定定值；金利變母線未失壓；大洲變110kV東大線開關(guān)三相無流；110kV大金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；大洲變110kV東大線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV大洲變備投檢測110kV東大線無流，母線失壓備投動(dòng)作，跳開DZ2DL，確認(rèn)跳開后，向110kV金利變發(fā)送合閘JL1DL命令，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功;110kV金利變備投接收110kV大洲變合JL1DL命令，合上JL1DL，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功。

4.4 系統(tǒng)方式四

系統(tǒng)滿足金利變?yōu)楸镜胤绞?、大洲變?yōu)檫h(yuǎn)方方式，110kV東大線運(yùn)行供大洲變，110kV大金線運(yùn)行供金利變，金利變側(cè)110kV欖金線開關(guān)熱備用，對側(cè)開關(guān)帶壓，如圖10、11所示。下面討論當(dāng)110kV大金線和110kV東大線故障時(shí)的備自投動(dòng)作邏輯。

圖10 110kV大金線故障，欖金線熱備接線圖

若110kV大金線故障，110kV金利變母線失壓，保護(hù)跳開110kV大金線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下母線滿足三相電壓小于設(shè)定定值; 金利變110kV欖金線對側(cè)開關(guān)所在母線未失壓；金利變110kV大金線開關(guān)三相無流；110kV欖金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；金利變110kV大金線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作并跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV金利變備投檢測110kV大金線無流，只有110kV金利變母線失壓，金利變備投動(dòng)作，跳開JL1DL，確認(rèn)跳開后，合上JL2DL開關(guān)，檢測金利變母線有壓備投成功。

圖11 110kV東大線故障，欖金線熱備接線圖

若110kV東大線故障，110kV金利變、大洲變母線均失壓，保護(hù)跳開110kV東大線。

動(dòng)作條件：母線檢修壓板未投入情況下金利變、大洲變各自母線均滿足三相電壓小于定值；金利變110kV欖金線對側(cè)開關(guān)所在母線未失壓；大洲變110kV東大線開關(guān)三相無流；110kV欖金線開關(guān)保護(hù)未動(dòng)作；大洲變110kV東大線開關(guān)保護(hù)動(dòng)作跳開本開關(guān)。

備投動(dòng)作邏輯：110kV大洲變備投檢測110kV東大線無流，兩站母線失壓備投動(dòng)作，跳開DZ2DL，確認(rèn)跳開后，向110kV金利變發(fā)送合閘JL2DL命令，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功；110kV金利變備投檢測110kV大金線無流，110kV金利變、大洲變母線均失壓，金利變備投不動(dòng)作，等待接收110kV大洲變命令接合上JL2DL，檢測母線電壓恢復(fù)，備投成功。

4.5 閉鎖條件

主備電源側(cè)開關(guān)與KKJ合后位置不對應(yīng)；區(qū)域備自投啟動(dòng)條件所獲取的量測數(shù)據(jù)不正常；主備電源廠站的安穩(wěn)裝置動(dòng)作閉鎖備自投；區(qū)域備自投動(dòng)作發(fā)出遙控指令，但收不到遙信變化報(bào)文；手動(dòng)設(shè)置閉鎖。

5 區(qū)域備自投在肇慶地區(qū)的應(yīng)用需要解決的問題

5.1 SCADA/EMS系統(tǒng)的現(xiàn)狀

EMS 系統(tǒng)需要增加靜態(tài)安全分析模塊，因?yàn)閰^(qū)域備自投生成的動(dòng)作邏輯需經(jīng)靜態(tài)安全分析模塊校正后才能下發(fā)操作指令。

EMS 系統(tǒng)借助區(qū)域備自投模塊的建模工具建立模型。區(qū)域備自投系統(tǒng)需要利用狀態(tài)估計(jì)手段初步分析計(jì)算遙測和遙信數(shù)據(jù)，判斷是充電還是放電，并判斷是否形成運(yùn)作邏輯，而且需要SCADA系統(tǒng)采集的相關(guān)設(shè)備的開關(guān)量和模擬量，因此需要對的遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)估，需要補(bǔ)充修改遺漏的及錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，確保遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，這樣才能保證區(qū)域備自投動(dòng)作的正確性。

5.2 小水電的影響

肇慶地區(qū)零星地分布著一些容量比較小的小水電，但是在數(shù)量上小水電比較多，會(huì)對已經(jīng)存在的備自投策略造成干擾。因此需要把小水電線路添加到區(qū)域備自投策略中。

因備自投策略采集的電壓和電流信號(hào)的單一性，極容易使備用電源自動(dòng)投切的誤動(dòng)和拒動(dòng)事故產(chǎn)生。當(dāng)小水電的出力較低時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)下降直至停機(jī)使備自投誤動(dòng)；當(dāng)小水電出力較高時(shí)，母線電壓會(huì)超過定值使備自投拒動(dòng)；而且備自投投切時(shí)如小水電線路仍運(yùn)行，會(huì)使聯(lián)絡(luò)線線路上的電流迅速增大，使聯(lián)絡(luò)線上的保護(hù)動(dòng)作。所以制定備自投策略時(shí)，應(yīng)首先切小水電，然后再投備自投方式，這樣才能保證區(qū)域備自投的可靠工作。

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