一種分區(qū)電源合解環(huán)裝置在寧波電網(wǎng)的應(yīng)用

袁士超，張志雄，譚 智，羅 軼，朱 耿

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

地區(qū)電網(wǎng)按電壓等級(jí)和供電區(qū)域分層分區(qū)[1]，其中，寧波地區(qū)500kV主干網(wǎng)架環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，220kV網(wǎng)架分供區(qū)環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，110kV網(wǎng)架閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行。環(huán)網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備停役通過解環(huán)操作轉(zhuǎn)移潮流，不存在停電情況。但涉及110kV等電壓等級(jí)開環(huán)終端運(yùn)行設(shè)備停役，同一供區(qū)內(nèi)可通過合解環(huán)操作轉(zhuǎn)移負(fù)荷，在不同供區(qū)情況下，考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響[2-3]，只能通過短時(shí)停電的冷倒方式轉(zhuǎn)移負(fù)荷，對(duì)用戶的供電可靠性存在較大影響。

如何通過理論創(chuàng)新和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，減少或避免電網(wǎng)設(shè)備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生，是未來電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)從安全穩(wěn)定、繼電保護(hù)、合解環(huán)異常三個(gè)層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性，結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設(shè)計(jì)邏輯，將裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行，取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面顯著成效，值得全面推廣。

1 分區(qū)電源合解環(huán)實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

分區(qū)電源合環(huán)相當(dāng)于在電網(wǎng)原有設(shè)計(jì)運(yùn)行方式中增加一種新的運(yùn)行方式，該方式對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行存在一定影響［4］，該影響主要體現(xiàn)在電網(wǎng)合解環(huán)過程中的三個(gè)方面：

長時(shí)間電磁環(huán)網(wǎng)影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

運(yùn)行方式改變會(huì)造成繼電保護(hù)失配，此時(shí)發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。

合環(huán)成功、解環(huán)異常情況下處理時(shí)間較長，影響事故處理能力和應(yīng)急處置水平。

以下分別就上述3方面情況做出分析并提出可行性方案。

1.1 安全穩(wěn)定情況分析

寧波電網(wǎng)設(shè)備均位于500kV主干網(wǎng)架下，接線角差相同情況下的合環(huán)電流屬于電磁環(huán)網(wǎng)下的過載電流，非短路電流，電流幅值遠(yuǎn)小于短路情況，滿足設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定要求。同時(shí)，設(shè)備短路電流熱效應(yīng)由于合環(huán)電流It遠(yuǎn)小于短路電流Id，當(dāng)取合環(huán)時(shí)間t接近于0，電流熱效應(yīng)即可遠(yuǎn)小于短路情況：

合環(huán)電流It?Id，取合環(huán)時(shí)間t→0，可得到

因此，只須合環(huán)時(shí)間t取0，實(shí)際為開關(guān)固有分閘時(shí)間（30ms左右），分區(qū)電源合解環(huán)過程即滿足各設(shè)備的動(dòng)、熱穩(wěn)定要求。

1.2 繼電保護(hù)情況分析

理論上分區(qū)電源合環(huán)情況下會(huì)造成繼電保護(hù)失配，需要對(duì)保護(hù)進(jìn)行調(diào)整［5-8］。實(shí)際分區(qū)電源合環(huán)點(diǎn)在線路末端下級(jí)變電站主變高壓側(cè)或低壓側(cè)，所涉及線路保護(hù)及主變后備保護(hù)均為非速斷類保護(hù)，據(jù)此特點(diǎn)，如合環(huán)時(shí)間取值為0，解環(huán)等效于速斷保護(hù)動(dòng)作，不會(huì)引起其他保護(hù)誤動(dòng)，保護(hù)的相關(guān)配合也無須調(diào)整。

1.3 合解環(huán)異常情況分析

在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行操作過程中，可能會(huì)遇到開關(guān)手動(dòng)分閘失敗的情況，如該情況發(fā)生在分區(qū)電源合解環(huán)時(shí)，調(diào)度須根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景綜合判斷后調(diào)整解環(huán)方式，期間合環(huán)狀態(tài)將保持，增加了電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

此風(fēng)險(xiǎn)可通過預(yù)設(shè)合理的解環(huán)邏輯解決。合解環(huán)過程一般涉及3個(gè)開關(guān)，當(dāng)目標(biāo)解環(huán)開關(guān)分閘失敗后，可將合環(huán)開關(guān)作為第二解環(huán)開關(guān)再次解環(huán)，仍失敗則可用第三個(gè)開關(guān)進(jìn)行解環(huán)。3個(gè)開關(guān)均操作失敗為設(shè)備N-3情況，實(shí)際運(yùn)行不予考慮。

2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置實(shí)現(xiàn)邏輯

由上述分析可見，分區(qū)電源合解環(huán)裝置只須將“合解環(huán)熱倒”極限化處理，通過開關(guān)的瞬時(shí)合分，將合環(huán)時(shí)間趨向于零，并對(duì)解環(huán)邏輯進(jìn)行合理預(yù)設(shè)，即可滿足原有設(shè)備動(dòng)、熱穩(wěn)定要求和保護(hù)配合，從而減少穿越潮流的影響、避免電磁環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)不停電操作。

以此為基礎(chǔ)，建立分區(qū)電源合解環(huán)裝置模型和實(shí)際操作邏輯。

2.1 典型模型建立

110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型如圖1所示，其中C站為110kV內(nèi)橋接線方式變電站，2條進(jìn)線X、Y分別來自A、B2個(gè)不同電源供區(qū)，合解環(huán)涉及#1、#2開關(guān)和橋開關(guān)，分區(qū)電源合解環(huán)裝置通過同時(shí)對(duì)3路開關(guān)兩端的電壓和2路線路的電流進(jìn)行高速測(cè)量，進(jìn)行合解環(huán)的相關(guān)操作。在此過程中，須考慮所有可能發(fā)生被控制的開關(guān)拒分、拒合，裝置故障等因素，也要考慮控制過程中電網(wǎng)發(fā)生的異常。

圖1 110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型

2.2 操作模式邏輯

以典型模型為基礎(chǔ)建立各種場(chǎng)景下的操作模式，裝置根據(jù)采用的操作模式狀態(tài)、當(dāng)前位置信號(hào)和電氣量狀態(tài)進(jìn)行操作模式判斷，實(shí)際操作時(shí)人工預(yù)設(shè)解環(huán)開關(guān)，裝置需根據(jù)當(dāng)前電氣量及位置信號(hào)確定合環(huán)開關(guān)，而后確定具體操作模式，所有模式如表1所示。

表1 分區(qū)電源合解環(huán)裝置模式列表

2.2.1 合環(huán)、解環(huán)邏輯

以模式一為例，#1開關(guān)處于分位狀態(tài)、#2開關(guān)處于合位狀態(tài)、橋開關(guān)處于合位狀態(tài)。裝置動(dòng)作行為是：合上#1開關(guān)，確認(rèn)#1開關(guān)合環(huán)成功后，斷開#2開關(guān)，橋開關(guān)仍處于合位狀態(tài)，在此解合環(huán)的過程中，線路及母線不失壓、不斷電，并且在主變及母線上不產(chǎn)生環(huán)電流。

操作開始后裝置實(shí)時(shí)計(jì)算并捕捉合環(huán)點(diǎn)兩側(cè)不間斷變化的電壓差和角度差下最小沖擊電流的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，以此節(jié)點(diǎn)發(fā)出指令進(jìn)行#1開關(guān)合環(huán)操作，并立即確認(rèn)#1開關(guān)是否合環(huán)成功，如成功則進(jìn)行#2開關(guān)解環(huán)操作；#2開關(guān)解環(huán)操作后，立即檢測(cè)#2開關(guān)是否解環(huán)成功，若操作前#2開關(guān)有流，則判斷由有流變?yōu)闊o流，若操作前是輕載狀態(tài)則判斷位置信號(hào)是否為分位，若滿足條件并且電壓正常，經(jīng)確認(rèn)延時(shí)后判斷操作成功。

2.2.2 操作成功后的邏輯

合環(huán)操作和解環(huán)操作后須立即判斷操作是否成功，以此建立3類判斷依據(jù)。

合環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù)：位置信號(hào)變?yōu)楹衔?，且開關(guān)電流大于40%有流定值，確認(rèn)20ms。若合環(huán)開關(guān)合環(huán)成功，則對(duì)解環(huán)開關(guān)進(jìn)行解環(huán)操作。

解環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù)：若操作前開關(guān)有流，則判斷開關(guān)有流變?yōu)闊o流；若操作前開關(guān)無流，則判斷位置信號(hào)變?yōu)榉治弧?/p>

合解環(huán)操作成功判斷依據(jù)：若操作前線路電流大于有流定值，則判斷合環(huán)開關(guān)有流且解環(huán)開關(guān)無流；若操作前線路電路小于有流定值即輕載狀態(tài)，則判斷合環(huán)開關(guān)位置信號(hào)為合位且解環(huán)開關(guān)位置信號(hào)為分位，母線電壓正常，經(jīng)確認(rèn)延時(shí)后，則認(rèn)為合解環(huán)操作成功。

2.2.3 操作失敗后的邏輯

經(jīng)上述邏輯后未判出成功結(jié)論則進(jìn)入操作失敗流程，該流程須區(qū)分出下面幾種情況：

若合環(huán)開關(guān)合環(huán)失?。捍_認(rèn)時(shí)間為合環(huán)開關(guān)合環(huán)最大確認(rèn)時(shí)間定值TPx，收回對(duì)合環(huán)開關(guān)的合閘出口操作，裝置報(bào)出操作失敗并返回。

解環(huán)開關(guān)解環(huán)失?。簷z測(cè)到解環(huán)開關(guān)有流或者位置信號(hào)為合位，確認(rèn)時(shí)間為解環(huán)開關(guān)的最大動(dòng)作時(shí)間Tpx定值，則認(rèn)為解環(huán)開關(guān)解環(huán)失敗。

解環(huán)失敗后若任意一條線路電流大于電流解列定值，則直接進(jìn)入電流解列判斷，不進(jìn)行補(bǔ)救。

若線路電流小于電流解列定值則進(jìn)入補(bǔ)救措施狀態(tài)。裝置立即收回發(fā)給解環(huán)開關(guān)的解環(huán)出口命令，并經(jīng)過等待時(shí)間后向解環(huán)開關(guān)再次發(fā)出解環(huán)出口命令，進(jìn)行補(bǔ)救措施。

若解環(huán)補(bǔ)救措施失敗，如電流不滿足電流解列定值，裝置一直運(yùn)行，直到人為復(fù)歸。

其中，電流解列判斷依據(jù)是任意一條線路電流大于過流解列電流定值，確認(rèn)時(shí)間為過流解列時(shí)間定值。電流解列判斷成功，裝置對(duì)解列開關(guān)（事先預(yù)設(shè)，可選擇橋開關(guān)或者操作的合環(huán)開關(guān)）進(jìn)行分閘出口操作，確認(rèn)時(shí)間為定值JudgeT，裝置返回。

2.3 邏輯流程圖

結(jié)合上述各項(xiàng)邏輯，可得到分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖2所示。

圖2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖

3 裝置投入運(yùn)行后實(shí)際成效

3.1 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

根據(jù)上述原理與設(shè)計(jì)邏輯將分區(qū)電源合解環(huán)裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入寧波電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用，截至2020年底，寧波供電公司在寧波6個(gè)地區(qū)共安裝分區(qū)電源合解環(huán)裝置17套，后續(xù)根據(jù)分區(qū)變化，計(jì)劃陸續(xù)增加17套，總體情況如表2所示。

表2 寧波地區(qū)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

3.2 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置使用效益

分區(qū)電源合解環(huán)裝置投入運(yùn)行前，以往用冷倒停電切換供電方式，從停電到恢復(fù)一般需要15min，采用分區(qū)電源合解環(huán)的不停電轉(zhuǎn)供，只存在毫秒級(jí)的合環(huán)過程，保障了電網(wǎng)的持續(xù)供電，提高了電網(wǎng)供電可靠性。

對(duì)比裝置投入前后，一次110kV全站負(fù)荷轉(zhuǎn)移停電損失負(fù)荷按6萬kW，半站負(fù)荷轉(zhuǎn)移按3萬kW。2020年全年寧波電網(wǎng)每組分區(qū)電源合解環(huán)裝置平均使用次數(shù)為6.7次，負(fù)荷全轉(zhuǎn)與半轉(zhuǎn)各占一半，計(jì)算2020年可多供電量：

合計(jì)多供電量約128萬kWh，經(jīng)濟(jì)效益顯著，待后續(xù)全面安裝使用后，可提高寧波電網(wǎng)年供電了約300萬kWh，值得全面推廣。

4 總結(jié)與展望

在不同供區(qū)情況下，考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響，負(fù)荷轉(zhuǎn)移需要通過短時(shí)停電的冷倒方式實(shí)現(xiàn)，對(duì)用戶的供電可靠性存在較大影響。如何通過理論創(chuàng)新和技術(shù)實(shí)現(xiàn)，減少或避免電網(wǎng)設(shè)備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生，是未來電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，該基礎(chǔ)從安全穩(wěn)定、繼電保護(hù)、合解環(huán)異常三個(gè)層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性，結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設(shè)計(jì)邏輯，將裝置技術(shù)實(shí)現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行，取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性方面顯著成效，值得全面推廣。