顺控技术在跨变电站操作中的方案及应用研究

杨 帆，袁 维，高鹏飞，潘 露

(中国葛洲坝集团电力有限责任公司武汉设计院，湖北 武汉 430034)

变电站一键顺控是变电站倒闸操作的一种操作模式，可实现操作项目软件预制、操作任务模块式搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作步骤一键启动、操作过程自动顺序执行。顺控组合票将多个一键顺控操作票按序组合成一个操作序列，循序并自动执行，因此能减少人工确认程序、大幅节省操作时间。设置集控地点的区域电网，采用基于调度端的变电站顺控组合票，发挥顺控操作时间短的优点[1-2]，变电站运行效率将得到极大的提高，运行也更灵活。

近年来顺控技术在国内逐步推广应用，相关的技术日渐成熟，在经过优化和改进后，运用在跨变电站操作上，将极大的改变当前电网运维模式，提高运维集控自动化水平，缩短设备操作时间，提高电网应对故障和自然灾害能力。

目前国内一键顺控的技术推广试点工程，在变电站改造实施时，在站端部署顺控主机、顺控五防主机或者对原有监控主机、五防系统升级，独立防误主机与监控系统内置防误逻辑实现双套防误校核，Ⅰ区运检网关机为远方一键顺控提供通道。断路器、隔离刀闸实施双确认措施。断路器双确认判据为“位置遥信+遥测”, 遥测三相电流或三相电压有无作为辅助判据。隔离刀闸双确认主判据为“位置遥信”，辅助判据包含三种方式：姿态传感器、微动开关、视频联动。一键顺控站端系统构架如图1所示。

调度主站的一键顺控系统部署，以调度主站下达综合操作令并在站端实施为主，也有少量基于调度主站一体化平台的顺控方案[3-4]。

一键顺控操作票为预存操作票，运用时根据定义的间隔、操作对象、源态、目标态确定符合的操作票并调阅执行[1]。

1 跨变电站顺控方案

从国内变电站运维现状来看，国家电网和南方电网的110 kV变电站大部分为无人值班站并设置集控中心；220 kV及500 kV变电站以运维分部的形式在区域电网设置运维站；750 kV及以上变电站为有人值班站。500 kV及以下的变电站群，设备状态转换操作可以在同一个运维站生成操作票并配合现场实施，因此基于顺控技术的变电站间联动操作有其必要性和可行性。

1.1 基于调度主站的顺控技术方案

现行的一键顺控改造建设，调度主站SCADA系统一般不直接执行顺控操作，综合调度令只规定目标设备的源态和目标态，具体操作票由站端实施，操作输电线路两端/三端断路器时，还需要分站开列操作票。110 kV及以上电网中，如在调度端D5000系统建立顺控操作和顺控五防模块，调度主站或运维站可实施灵活无缝的区域变电站关联操作，运维站可不再以变电站为单位进行运维。对于建有集控中心的35 kV及以下配电网，设备操作票本身在配网监控平台统一执行，整合一键顺控功能相对更容易。基于调度主站顺控部署构架见图2[2]。

图2 基于调度主站顺控部署构架图

输电线路的在线监测改造目前正在全国推广，调度平台整合在线监测信息并建立线路模型，其报警信号也可作为线路顺控操作的闭锁条件。

1.2 站间线路顺控过程

输电线路冷备用投用时，先首端合闸，如线路较长时，因线路电容的原因充电时间会比较长，并且会产生操作过电压，末端合闸需等待电压稳定后执行。线路充电时间与线路电抗、线路电容、线路电阻相关，各线路充电时间不一。可采用工频电压幅值变化量整定，电压进入整定值范围内解除顺控闭锁。

图3以两变电站双线路倒闸切换为例, 变电站A为电源端，变电站B为负荷端，断路器初始状态1,2合闸,3、4分闸，目标态为“1,2分闸,3、4合闸”。并联倒闸切换操作执行流程如图4所示。

图3 站间双线路顺控图

图4 双线路并联倒闸切换流程图

1.3 顺控批量操作

变电站操作票通常严格执行顺序操作，即一个时间段只操作一项设备，对于复杂的操作需要分解成细分项逐一执行并确认，历时较长。以一高压断路器的两侧隔离开关A、B为例,两隔离开关没有五防逻辑上的相互闭锁限制，原则上可以同时分合。35 kV及以下的开关柜，馈出线之间没有相互的逻辑闭锁限制，原则上可以同时分合。用顺控操作票时，该类型操作由SCADA系统自动执行，理论上可以并行操作。就实际工程应用尝试来看，受制于设备控制机制和网络速度影响，容易出现宕机或网络较大延迟，并且运用摄像头作为双确认判据时，同间隔共用摄像头，不同设备需要调整摄像角度，无法并行操作。为避免顺控操作拥堵，对于无需考虑充电过程的中低压短馈线开关、不带电操作的高压隔离刀闸等无五防逻辑相互关联关系设备可考虑错开时间的批量操作。操作顺序如图5。

图5 顺控批量操作时间轴图

顺控批量操作可分为纵向批量操作、横向批量操作和综合批量操作。纵向批量操作为沿功率流向的多段线路的断路器及隔离刀闸批量操作；横向批量操作为并列线路的批量操作；综合批量操作杂合纵向批量操作与横向批量操作，以及少量独立操作。无论哪种操作模式，均应符合五防逻辑，符合电网规则和操作习惯，躲开线路、变压器、电抗器、电容器等带无功功率的元件充电时间，对于引起功率潮流、电压、频率、相角差超限值及谐振的操作，还应加入闭锁条件。

2 操作票专家系统在顺控操作中的应用

专家系统型出票系统的技术方案是利用基于规则的专家库，按照电网调度作业的技术规范以及当地电网的组网特点，实现较为智能的拟票和出票[5]。操作票专家系统经过多年发展,已趋于成熟,国家电网于2017年也发布了相关规范。一键顺控操作票为组合操作票，编制过程较为繁琐，编制时需要考虑多种场景下的使用需求，因而预制的操作票非常多，使用时也需要搜索比对操作票库。如采用操作票专家系统，由系统对比设备源态和目标态，即时生成操作票，顺控操作将得到简化，运用会更灵活。

3 顺控操作在电网黑启动中的应用

黑启动是指电力系统遭遇自然灾害、重大事故等严重事件，造成系统崩溃全停电或局部停电后的重新启动和恢复过程。电网停电时间越短，造成的损失越小，因此顺控技术节省时间的优势会得到充分发挥。

大停电后的恢复过程一般含：黑启动阶段，系统重构阶段，负荷恢复阶段。大停电中的变电站元件除因安稳跳闸和故障跳闸外，基本处于无电运行状态或热备用状态，安稳跳闸的元件和线路隔离刀闸一般处于合闸状态，因此黑启动操作以断路器操作为主，并常有强行合闸操作[6]，有必要适当放宽黑启动工况下的顺控总闭锁信号中的闭锁条件，但应严格遵守五防逻辑和电网操作规则，并及时投入无功补偿设备，防止过电压保护动作和安稳装置动作。

电网指定黑启动电源启动后，进入系统重构阶段和负荷恢复阶段。采用操作票专家系统即时出票,对骨干网络的断路器进行的批量合闸，对因低电压保护跳闸的负荷批量投入，可最大限度的缩短停电时间。

4 结 语

本文在总结了现阶段国内顺控技术构架，在其基础上提出基于调度主站的跨站顺控技术方案，并予以优化，创建了批量顺控操作的技术新构架，结合操作票专家系统，对顺控操作票编制和调用过程进行简化，并研究了该技术方案在电网黑启动过程的应用。