备用电源投入新方法的研究

刘金生，朱维钧

(1.广州供电局有限公司，广东广州5106202；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

备用电源投入新方法的研究

刘金生1，朱维钧2

(1.广州供电局有限公司，广东广州5106202；2.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007)

Research on a new method of standby power input control

目前变电站采用的备自投装置均是在不同的运行方式下，分别采用线路备自投或母联备自投。且不允许两种备自投方式同时存在。随着变电站规模的扩大及供电可靠性的提高，同一个变电站在母线分列运行的同时可能还存在备用线路电源，这样传统的备自投装置则不满足运行要求。本文提出一种新的备用电源投入方法，自动适应变电站的各种运行方式，将备用线路与备用母联开关按照统一的原则根据备投优先级顺序进行选择合上，恢复失压变电站或失压母线的供电，提高供电可靠性与电网运行方式安排的灵活性。

自适应；备用电源；方法

随着社会经济发展对电力的需求越来越大，供电可靠性要求也越来越高。备用电源自投装置应用也越来越广。而传统的备自投装置在220 kV或110 kV站一般具备线路备自投与母联备自投两种备自投方式，其中线路备自投主要考虑各段母线在并列运行时，部分线路作为主供电源，另一部分线路作为备供电源，当主供电源线路故障造成变电站失压时，先隔离故障，再投入备供电源线路，恢复失压变电站的供电；母联(分段)备自投主要考虑两段母线分列运行，当其中一段母线失去电源时，隔离故障后合上母联(分段)开关，恢复失压母线的供电。传统的线路备自投与母联(分段)备自投方法在实际应用中受限于变电站运行方式，且线路备自投与母联备自投不能同时存在〔1-2〕。因此随着变电站规模的扩大和对供电可靠性要求的提高，同一个变电站可能引入多个电源线路；同时为了提高电网运行安排的灵活性，也可能存在多段母线分列运行的情况〔3〕。传统备自投装置存在以下问题:

1)线路备自投:如果一个变电站存在两路备用电源线路时，传统备自投的逻辑一般满足不了运行要求，其仅考虑一主一备的情况。

2)母联备自投:当母线接线是双母单分段或双母双分段时，由于其逻辑只考虑两段母线与一个母联开关，因此也无法适应需求，从而运行方式安排受到限制。

3)适用方式受限:如果变电站进线较多及母线为两段以上时，有可能在母线分列运行的情况下还存在备用电源线路，此时变电站某段母线失压时，传统备自投装置无法满足要求。

4)逻辑非标准化:目前实际应用中备自投装置逻辑多样，特别是220 kV及以上电压等级备自投装置，很多地方根据各站具体要求定制一套备自投装置，从而程序版本非标准化，不利于管理，给运行维护带来风险与困难。

因此提出自适应不同方式的备用电源投入方法克服传统备自投装置的局限性，改变传统根据变电站运行方式来制定备自投逻辑的思维〔4-5〕，不再区分变电站的各种运行方式，当出现变电站整个或部分母线失压时下，通过对线路、母联(分段)开关在备自投逻辑启动前后的运行状态识别，按照备投优先级顺序进行选择合上可投的线路或母联(分段)开关，恢复失压母线的供电。

1 自适应的备用电源投入方案

自适应的备用电源投入方法是遵循逻辑“统一、标准化”原则进行设计，根据该方法开发相关设备，如果根据装置“最大化”原则进行配置，能确保装置的标准化，在实际应用中，便于运行管理、维护等，具体的装置配置不作具体阐述。目前广州供电局的综合安自装置已经实现220 kV站220 kV侧母线双母双分段的备自投功能，适应4段母线任何运行方式，提高了电网运行方式安排的灵活性，但是线路备自投只适应在母线并列运行的情况下，而文中所提的方法在此基础上进行了进一步优化，对母线非双母双分段接线型式的变电站适应性更强。

1.1 变电站母线接线方式的识别

目前220 kV或110 kV变电站的母线接线型式主要有单母分段、双母、双母单分段及双母双分段等型式，为了尽量满足所有220 kV及110 kV厂站的需求，按照母线双母双分段接线的变电站考虑。

在备自投逻辑中首先根据母联(分段)开关与母线之间的二维表，确定变电站的母线的接线型式。二维表设置见表1。

表1 母线接线型式定义

上表中母联(分段)开关及母线名称可以根据变电站实际情况进行整定。因此不同的母线接线型式，只需在二维表中将母联(分段)开关与母线之间的连接关系体现出来即可识别，如果某段母线与某个母联(分段)开关直接相连，则在二维表中将其对应的位置置“1”，否则置“0”。在备自投逻辑中判断母联(分段)开关两侧母线电压时则根据该表中相连的两段母线来进行判断；如果表中某个开关与任一条母线均不相连则认为该开关不存在，同理如果某段母线与任一个开关也不相联则认为该母线不存在。表1定义的母线接线型式如图1所示。

图1 一种非完整双母双分段接线图

1.2 元件状态判别

在传统备自投装置逻辑中一般只在备自投逻辑启动前判别各线路和母联开关的状态。在此将备用线路与备用母联开关都分别当作一个备供元件对待，按照事先预定的备投顺序为每个元件设置一个备投优先级，当母线失压时，按照备投优先级顺序选择启动后可投的备投元件合上恢复失压母线的供电；如果多个可投备供元件处于同一优先级，则选中时同时合上。

在两段母线以上的大型变电站中由于电网运行方式的需要可能一个站存在多个备供元件的情况，当一段母线失压时，并不是启动前所有处于备供状态的元件都具备可投条件，所以在元件状态判别方面较传统备自投装置来说，还需判别一下启动前处于备供状态的元件在启动后是否可投。因此该方法最大技术难点就是备自投装置启动后在短时内对所有启动前的备投元件的状态进行一次是否可投的判别。

线路、母联(分段)开关的状态在备自投逻辑启动前分别设置4个状态:

1)主供(运行)状态。线路的检修压板在退出状态、开关在合位、线路切换后电压≥U1(判元件有压定值)；母联(分段)开关的检修压板在退出状态、开关在合位。

2)备供状态。线路的检修压板在退出状态、开关在分位、线路切换后电压≥U1(表示本侧母线刀闸在合位)、PT测量电压≥U1(表示对侧开关合位且有源)、线路备投优先级非0；母联(分段)开关检修压板在退出状态、开关在分位、开关两侧的母线均有压、开关备投优先级非0。

3)检修状态。对应线路的检修压板在投入状态；对应母联(分段)开关检修压板在投入状态。

4)不可备供状态。线路不满足主供、可备投或检修状态；母联(分段)开关不满足运行、检修、可备投状态。

备自投逻辑启动后将启动前处于备供状态的线路、母联(分段)开关的状态再分别设置两个状态:1)可投状态为线路启动前处于备供状态、线路切换后电压＜U2(表示其所挂母线失压)、线路PT测量电压≥U1(表示对侧开关合位且有源)、母联(分段)开关启动前处于备供状态、一侧有压一侧无压(表示其中一侧母线失压)；2)不可投状态指线路和母联(分段)开关均不满足可投状态。

1.3 动作逻辑

1.3.1 充电条件

传统备自投装置的充电条件一般是先要识别运行方式区分线路备自投与母联备自投，存在备供元件即充电，在此不需判别运行方式，只需在备自投功能投入且存在备供状态的线路或母联(分段)开关，经过一定延时即可充电。

1.3.2 动作逻辑

由于不区分线路备自投与母联备自投，因此母线失压可能存在两种情况:一是由于该母线所挂主供线路故障造成；二是在母线并列运行时失压母线上无主供线路，由于母联(分段)开关跳开造成某段母线失压〔6〕。

因此备自投需满足以下两个条件经一定延时即可启动:至少一段非检修母线电压＜U2(判元件无压定值)；有主供线路无流且其切换后电压＜U2或非检修失压母线至少有一侧的母联(分段)开关跳开。具体动作逻辑流程如图2所示。

图2 备自投动作逻辑流程图

2 适应范围

文中的备自投逻辑除了能适应传统备自投装置所应用的各种方式外，也适应于以下情况:

1)母线并列运行，主供线路与备供线路分别挂在不同母线上，如果出现母联(分段)开关偷跳造成单母线失压，此时仍然可以合上备供线路，恢复失压母线供电；

2)母线分列运行同时存在备供线路，当某段母线失压时，可以根据备自投逻辑启动后各备供元件是否可投及优先级顺序来选择合上备用电源线路或备用母联(分段)开关恢复失压母线供电。

因此，不管变电站的运行方式如何，当某段母线失压时只要跟失压母线相连的元件处于可投状态即可恢复失压母线的供电。

3 小结

文中的备用电源投入方法是从自适应不同运行方式、逻辑标准化的角度出发，以各元件在备自投逻辑启动前后的状态为基础优化了备自投逻辑。解决传统备自投装置在母线分列运行时无法进行线路备自投的局限性，在当前110 kV及以上电压等级厂站备自投逻辑不统一的情况下具有重要的推广应用意义。该方法在装置应用上如果按照一个厂站母线接线型式为双母双分段带旁路，出线为10回考虑，基本上能适应所有变电站需求，一些小规模变电站可能存在的问题是会增加装置硬件成本，因此建议根据所辖厂站的最大规模进行相关装置硬件配置，实行装置逻辑与硬件标准化，节约成本、便于管理。

〔1〕任祖怡，窦乘国，许华乔.新型智能备用电源自投装置〔J〕.电力系统自动化2003，27(9):86-87.

〔2〕李曼岭，黄芳.备用电源自动投入装置在电网中的多元化应用〔J〕.电力系统保护与控制，2009，37(18):147-150.

〔3〕胡立锦，张新燕，刘东强，等.备自投含风电时和常规能源不同备自投的考虑〔J〕.电力系统保护与控制，2011，39(14): 120-124.

〔4〕杨浚文，吴文传，孙宏斌，等.一种基于EMS的广域备自投控制系统〔J〕.电力系统自动化，2010，34(11):61-66.

〔5〕刘育权，刘金生，王莉，等.基于实时信息的区域备自投控制系统〔J〕.电力系统保护与控制，2014，42(17):131-135.

〔6〕南京南瑞继保电气有限公司.广州电网综合安自装置技术说明书〔Z〕.2011.

〔7〕陈志峰，吴勇，金滇黔.考虑山区小水电的智能型备自投装置的研究〔J〕.电力系统保护与控制，2010，38(8):120-122.

TM762.1

B

1008-0198(2016)05-0041-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.010

刘金生(1981)，男，湖南衡阳人，工程师，主要从事电网安全稳定控制及继电保护研究工作。

2015-10-08 改回日期:2016-07-07

朱维钧(1982)，男，湖南株洲人，高级工程师，主要从事继电保护和智能变电站技术工作。