基于链式网络的区域备自投控制系统分析运用

孙镜轩，尧长国，祁有年

（云南电网有限责任公司 西双版纳供电局，云南西双版纳傣族自治州 666100）

0 引言

传统常规备自投装置，在很大程度上受限于电网运行方式，只能对特定非开环站点变电站实施控制。在实际电网运行中，链式电网一旦故障失电，备自投装置无法保障非开环厂站的备用电源投入；而投入仅具备多站点联调的远方备自投装置，则无法实现特定运行方式下，开环站点厂站的备用电源投入［1-4］。区域备自投是基于对此问题的思考提出的，在链式供电网络内投入集合常规的就地功能备自投方式和远方备自投方式的区域备自投控制系统，通过装置的远方通信功能，可实现多个变电站之间的电压、电流、开关位置的交换，实现多个变电站电源互备的动作逻辑配合，可节约备自投装置设备成本，满足运行方式调整的灵活性，也更进一步提高了各厂站的供电可靠性［5-7］。

1 区域备自投控制系统

1.1 区域备自投控制系统的动作原理

当拓扑性结构链式电网内非开环厂站主供线路发生永久性故障跳闸时，系统非开环站点装置检测非开环站点厂站母线已失压且主供线路无流，在切主供单元等待延时结束后，跳开远离开环站点主供线路断路器及整定值预留的电源并网断路器，并向邻近开环站点装置反馈“远方功能动作过程配合”的信息流，并在满足开关跳闸等待延时后，合上远离开环站点主供断路器，恢复链式电网内相关厂站供电［8-12］。

1.2 远方备自投功能的适用条件

（1）系统网架和运行方式要求。

远方备自投功能适用于双端供电电源、双链式串供的网架系统，系统有且只有一个开环站点。开环站点可安排线路开关热备用或母联开关热备用的方式。

（2）通信要求。

装置须配置两路通信通道，用于和相邻站点的备自投装置通信。同时，装置对通道的接入顺序也有明确要求，如图1所示的网络连接，通道1用于和左侧站点进行通信，通道2用于和右侧站点进行通信。

图1 110 kV变电站链式串供的典型连接示意图Fig.1 Schematic diagram of typical connection of 110 kV substation chain-type power supply

1.3 充电逻辑

装置共有就地功能的线路备自投、分段（母联）备自投，和远方备自投三种充电方式。装置应能显示当前的充电方式状态。

1.3.1 就地功能的线路备自投方式

装置检测到以下条件均满足时，经过Tc时延后，进入线路备自投充电状态：①“备自投功能压板”在投入状态；②母联开关在合位或母联检修压板投入；③当母联检修压板投入时，任一段非检修母线的任一相电压＞Uyy（有压定值），或母联检修压板退出时，两段母线均满足任一相电压＞Uyy（有压定值）；④参与备自投的4个元件，与其中一行事前方式状态完全对应，且该方式整定的备自投元件中至少一个满足热备用条件。

1.3.2 就地功能的分段（母联）备自投方式

装置检测到以下条件均满足时，经过一定延时后，进入分段（母联）备自投充电状态：①“备自投功能压板”在投入状态；②母联检修压板、两母线检修压板均退出，且分段（母联）开关在分位；③两段母线均满足任一相电压＞Uyy（有压定值）；④每段母线对应的线路（主变）单元至少两个间隔在运行状态。

1.3.3 远方备自投方式

（1）远方备自投功能充电前的信息流（A信息流）。

A信息流的物理意义是表征该串网络中是否存在开环站点，并标注某个站点距开环站点的距离。装置在未完成远方备自投充电前，若同时满足装置条件时，则应向相邻装置连续发送“是否有开环站点”的信息（有开环站点的首要条件是装置满足本地线路备自投或母联备自投的充电条件）。

（2）开环站点完成远方备自投功能充电后的信息流（B信息流）。

B信息流的物理意义是表征该串网络各站点装置的远方备自投功能充电完成。当开环站点就地充电完成后，若在远方备自投充电延时Tcy时间内连续收到相邻装置的A信息流状态均满足“无开环站点”（开环站点若只有一侧通信正常，则只需收到该侧的信息满足），且装置不满足放电条件、没有接收到任一放电信息流，则本站判断为“远方备自投充电成功”，并向相邻装置发送远方充电成功的信息（持续10 s）。

（3）远方功能启动逻辑及相应信息流（C、E信息流）。

动作配合的相关信息流在远方备自投启动前后需启动信息流（启信）进行信息交流，分为C、E（E包括E1、E2）三种信息流。

①“无流无压”信息流（C信息流）。

C信息流的物理意义是表征该串网络中某几个装置已满足母线无压、主供元件跳闸条件。当远方备自投方式下充电完成的非开环站点装置满足条件并超过延时Twy时，备自投装置启信向开环站点所在侧对应的相邻装置连续发送“无流无压”信息，直至母线三相电压＞Uyy两个周波或装置放电为止。

②远方功能动作过程配合的信息流（E信息流）。

对于失压站点以及开环站点而言，E信息流的物理意义是表征远离开环站点方向已有失压站点的主供元件开关可靠跳开。对于不失压的非开环站点而言，E信息流的物理意义是表征开环站点备供开关已合闸。

远方备自投充电成功的非开环站点装置在满足远方功能的启动动作条件后，在动作跳主供元件并检测到相应的主供元件均已跳开后，往开环站点方向相邻装置持续发送“备自投已动作”信息（即E1信息流，连续发送，直至备自投放电后返回）。

满足失压的开环站点备自投装置在动作合备供开关后，立即往备供开关侧（母联自投方式则为往未失压母线关联侧）相邻装置（若该侧通信通道正常）持续发送“备自投已动作”信息（即E2信息流，连续发送，直至备自投放电后返回）。

（4）时延定值。

各类时间定值是为配合系统进行装置启动并正确执行逻辑的特殊信息流，本文涉及区域备自投控制系统的定值安排均已结合装置进行统一：Twy为母线无压、主供跳闸发信延时（远方功能）；Tq为切主供单元等待延时；Tt为开关跳闸等待延时（动态时间）；Th为判备自投成功等待延时（动态时间）；Tw相邻装置故障切除等待延时（远方功能）。

1.3.4 充电完成后的方式切换

装置充电完成后，由一种备自投方式转换为另一种备自投方式前须延时10 s，且转换过程中装置不应放电。

在线路备自投任一方式充电完成的情况下，若母联开关合位由1变为0，应保持识别为原来的线路备自投充电方式，并发出“备自投方式异常”告警信号。

开环站点的装置满足由远方备自投方式转换为就地备自投方式的，在满足远方备自投放电条件后转换为就地备自投方式，且转换过程中装置不应放电。

1.4 备自投的动作逻辑

1.4.1 远方功能的动作逻辑

通过各类信息流的传递，区域备自投控制系统根据检测开环站点断路器链式网络的不同位置，分别在非开环站点和开环站点启动并完成运行方式变更。

非开环站点装置的判动作成功等待延时采用自适应的动态时间，即装置根据充电时所记录的距离开环站点的坐标n，自动按2Th+n Tw+2计算判动作成功等待延时的时间，单位为s。具体的动作逻辑流程示意图见图2、图3所示。

图2 非开环站点装置的动作逻辑示意图Fig.2 Schematic diagram of the action logic of the non-open loop point device

图3 满足“无流无压”且收到C信息流的开环站点装置的动作逻辑示意图Fig.3 Schematic diagram of the action logic of the open-loop point device that satisfies“no flow and no pressure”and receives C information flow

（1）针对图2、图3两个流程图，可结合“开环站点置于A站开关1DL，故障点置于进线2的K3位置”的运行方式，如图4所示，进行特定故障方式下，非开环站点与开环站点满足系统条件后相互配合的动作逻辑阐述，具体如下：

当进线2的K3位置发生永久性故障时，非开环站点厂站母线失压，主供电源线路B站5DL跳闸，备自投系统检测在切主供单元等待延时（Tq）内接收“无流无压”信息流（C信息流）。在Tq完成计时后，跳开远离跳闸点的主供开关，即图4内A站的2DL。在完成开关跳闸等待延时计时（Tt）并内接收“备自投已通知”信息流（E1信息流）后，远离备供电源断路器，即图4 A站的1DL，在完成故障隔离后，再合上A站的2DL，恢复相关失压厂站供电。

图4 开环站点置于A站开关1DL的运行方式Fig.4 Operation mode of the open loop point placed in the switch 1DL of station A

（2）针对图2、图5两流程图，可结合“开环站点置于A站开关2DL，故障点置于进线2的K3位置”的运行方式，如图6式所示，进行特定故障方式下，非开环站点与开环站点满足系统条件后相互配合的动作逻辑阐述，具体如下：

图5 不满足“无流无压”且收到E信息的装置动作逻辑示意图Fig.5 Action logic diagram of device not meeting"no flow and no pressure"and receiving E information

图6 开环站点置于A站开关2DL的运行方式Fig.6 Operation mode of the open loop point placed in the switch 2DL of station A

当进线2的K3位置发生永久性故障时，非开环站点厂站母线失压，主供电源线路B站5DL跳闸，备自投系统检测在完成开关跳闸等待延时计时（Tt）并内接收“备自投已通知”信息流（E1信息流）后，且确认系统已完成故障隔离后，再合上A站的2DL，恢复相关失压厂站供电。

1.4.2 就地备自投的动作逻辑

装置满足“无流无压”条件且未收到C信息流，说明仅该开环站点失压，因此动作逻辑同就地功能的动作逻辑，与常规备自投动作逻辑无异。

注意在Tq延时内除满足“无流无压”条件外，还应一直收不到相邻装置的“无流无压”信息（即C信息）。

1.5 区域备自投控制系统的联切小电源模块

备自投系统加装联切小电源模块是为防止在故障情况下，链式电网在转由备用电源供电时，因并网小电源未进行同期核算，造成小电源非同期并网，进而引起振荡等电网事故。故备自投系统在完成备自投动作前，装置需对并网小电源进行切除。

2 区域备自投控制系统工程运用分析

以某地区110 k V B变、110 k V C变典型链式电网为例，其正常运行方式如图7所示，断点置于110 kV C变110 k V CD线152断路器。

图7 110 k V B变、110 kV C变供电片区链式电网的运行方式Fig.7 Operation mode of 110 k V B transformation zone chain grids，and 110 k V C transformation and power supply zone chain grids

2.1 链式电网的动作逻辑模拟试验

根据区域备自投控制系统的动作逻辑，列举110 k V B变—110 k V C变链式电网所有运行方式即可能遇到的各类故障，开展区域备自投模拟试验，检验其动作正确性，得到记录如表1所示。

表1 110 k V B变—110 kV C变供电片区链式电网区域备自投控制系统动作模拟记录Tab.1 110 kV B substation—110 k V C substation power supply area chain-type power grid regional equipment self-injection control system action simulation record

经模拟实验可知，备自投系统在不同电网运行情况下，就地控制模式与远方备自投方式动作策略均执行正确，高效适应链式电网运行实际，相应片区的供电没有明显受到故障影响。

表2 若采用常规备自投将出现以下情况Tab.2 The following situations will occur if the conventional automatic back-up power supply is adopted

2.2 联切小电源模块及逻辑优化

因有小电源经35 kV b线并网（如图8所示），考虑其备自投动作成功后，可能造成小电源非同期并网，并综合研判网内小电源对110 k V C变的电压支撑效应，避免影响备自投系统正常动作，故在备自投系统内加装联切35 k V b线351断路器功能。

图8 110 k V C变主接线运行情况Fig.8 Operation condition of 110 k V C transformation zone main wiring

为避免联切35 k V b线造成其供电线路的额外负荷损失，综合考虑经Ⅰ电站、Ⅱ电站的机组装机容量。在整定装置定值时，相关专业人员已调整装置定值控制字，开放备自投装置闭锁35 kV b线的351断路器重合闸功能。保证其系统完成35 k V b线小电源切除后，351断路器重合闸还能持续“检线无压”“检同期”，从而实现35 k V b线“先切后并”逻辑。

根据区域备自投装置试验结果，编制定值单如表3所示。

表3 110 kV B变、C变区域备自投控制系统调试定值单Tab.3 110 kV B substation，C substation regional equipment self-injection control system commissioning fixed value sheet

在110 k V B变、110 k V C变安装调试完毕，投入试运行期间，又开展了模拟线路跳闸试验，区域备自投动作正确，具备实际运行条件。

3 结论

本文重点介绍了区域备自投控制系统的动作原理、动作逻辑，及小电源联切功能优化思路，并以110 kV B变—110 k V C变典型链式电网作为试点开展了工程实际运用，为在电力系统推广应用积累了经验。区域备自投装置动作可靠性较高，能有效避免非开环站点的负荷损失，在提升链式电网的供电可靠性方面具备独有优势，非常具有推广价值。