“手拉手”牵引变电所进线电源备自投方案研究

王红军

0 引言

传统的“手拉手”供电即相邻牵引变电所每所分别引入一路独立进线电源、两变电所另一电源通过两所间的联络线互为备用[1-6]，各所对进线电源故障基本通过本所的检压装置进行判断，从而启动本所进线备自投装置，其弊端是两所间信息相互独立，各牵引变电所无法检测到相邻所的进线设备运行状态、PT断线等情况，备自投易造成两座“手拉手”牵引变电所进线电源合环，危及电网运行安全；并且备自投按主供所与被供所进行设置，在主供、被供运行方式调整后备自投无法相应自动调整；联络线主供所进线备自投多采用手动投切，需要人工确认相邻所信息后再进行切换，增加了故障处理时间；为解决上述问题，亟需研究一种新的备自投方案。

1 传统“手拉手”牵引变电所进线备自投设置

1.1 “手拉手”牵引变电所运行方式

传统“手拉手”牵引变电所供电接线示意图见图1。以图中设置为例，采用“手拉手”牵引变电所供电的牵引变电所A和牵引变电所B的2#进线电源均为各所的独立进线电源，1#进线电源为两所间互为备用的联络线电源。各所联络线进线电源在供电来源上存在主供、被供之分。当牵引变电所A为联络线电源的主供所，即联络线电源由牵引变电所A提供，此时B所为联络线电源的被供所；反之，当牵引变电所B为联络线电源的主供所，则联络线电源由牵引变电所B提供，牵引变电所A为联络线电源的被供所。图中，2QS为主供电源进线隔离开关，1QS为联络线电源进线隔离开关，3QS为主变高压侧桥接隔离开关，8QF为主供电源进线断路器，7QF为联络线电源进线断路器，1QF、2QF为主变高压侧断路器，3QF、5QF、4QF、6QF为主变低压侧断路器，1YH、2YH、3YH、4YH分别表示第1至第4电压互感器。联络线电源的主供牵引变电所进线侧运行方式通常采用2台进线电源隔离开关2QS、1QS，1台桥接隔离开关3QS，2台进线断路器8QF、7QF均在合位；被供牵引变电所进线侧运行方式通常采用2台进线电源隔离开关2QS、1QS均在合位，2台进线电源断路器8QF、7QF，其中1台在分位，另1台在合位，桥接隔离开关3QS位置根据运行方式确定。

图1 传统“手拉手”牵引变电所供电接线示意图

1.2 传统“手拉手”牵引变电所进线电源备自投设置及存在问题

由于无法检测到相邻所的进线设备运行状态，为防止进线电源电网合环，传统“手拉手”牵引变电所备自投通常按以下原则设置：主供所设置牵引变压器故障备自投功能，被供所设置进线电源失压备自投和主变压器故障备自投功能。通常主供所不设置进线电源备自投，只是被供所设置进线电源备自投。

通过对“手拉手”牵引变电所进线备自投动作逻辑和功能分析可知[7-13]，传统“手拉手”牵引变电所进线备自投存在以下弊端：

（1）两所间信息相互独立，备自投易造成两座“手拉手”牵引变电所进线电源合环。被供所B的1#进线电源判断失压（1YH），启动进线备自投，在备自投逻辑中未考虑判断主供所A的2#进线运行状态，即A所是否是真正失压，若被供所B的1YH电压互感器二次回路断线或人为误分开二次回路空开，以及联络线故障跳闸等因素，都会造成1YH二次失压，符合原被供所向主供所供电的备自投启动条件，进线备自投闭合原被供所B的7QF断路器或8QF，导致备自投装置误合“手拉手”联络线，易使两牵引变电所2路进线电源合环运行，造成电力系统在运行上存在较大安全风险。当主供所A的“手拉手”联络线故障跳闸，若联络线重合闸动作时限与被供所B进线备自投启动时限设置不匹配，同样也存在两牵引变电所进线电源合环运行的安全风险。

（2）主供、被供运行方式调整后备自投无法相应自动调整。“手拉手”牵引变电所进线备自投因主供所、被供所备自投程序不同因而按主供所、被供所相对固定设置，主供所、被供所运行方式调整后，备自投无法相应自动调整。

（3）主供所进线备自投多采用手动投切，需要人工确认相邻所信息后再进行切换，增加了故障处理时间。

2 新型“手拉手”牵引变电所进线备自投方案

2.1 方案构建

构建新型“手拉手”牵引变电所进线备自投方案如图2所示，牵引变电所A采用数字化备自投装置（备自投A）[12-14]，牵引变电所B采用数字化备自投装置（备自投B）。备自投A与备自投B采用光纤进行互联互通，通过GOOSE信号相互实时接收对侧开关位置和进线电压状态信息，作为联络线电源自投中的重要判据，以提高联络线电源备自投动作的可靠性[14-19]。

图2 新型“手拉手”牵引变电所进线备自投设计

GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）是面向通用对象的变电站事件的简称，是IEC 61850中的一种快速报文传输机制，用于传输变电站内IEC之间重要的实时信号。GOOSE采用网络信号代替常规变电站装置之间硬接线的通信方式，另外通过通信过程的不断自检实现装置间二次回路的智能化监测及不同保护装置之间的闭锁、启动失灵、监控系统不同间隔之间的联闭锁等[20]。

2.2 方案分析

由2.1节可知，新型“手拉手”牵引变电所进线备自投方案实现了相邻两牵引变电所间开关位置、运行状态等信息的互通。

新型“手拉手”牵引变电所进线备自投方案逻辑详见图3，其在变电所进线电源备自投条件中增加了对相邻变电所设备状态的判别，备自投逻辑具备相邻牵引变电所间的相互闭锁。本节以各所联络线进线电源为1#进线、独立进线电源为2#进线为例进行分析。

图3 新型“手拉手”牵引变电所进线备自投逻辑

2.2.1 压板设置

A、B牵引变电所备自投投入时选择A所备自投压板投入、B所备自投压板投入。

2.2.2 联络线主供所、被供所运行状态判断

主供所、被供所进线侧运行方式：主供所、被供所各主供电源进线隔离开关2QS、联络线电源进线隔离开关1QS均处于合位；主供所桥接隔离开关3QS，进线断路器8QF、7QF均在合位；被供所进线电源断路器8QF、7QF一台在分位，另一台在合位，桥接隔离开关3QS位置根据运行方式确定。

7QF、8QF开关位置不同，则主供所、被供所的运行方式不同，因而可根据各所进线开关7QF、8QF的位置判断为联络线供电的主供所及被供所。若A所进线开关7QF、8QF均在合位，B所进线开关7QF、8QF一个在合位、一个在分位，则判断A所为主供所，B所为被供所，则A所备自投按主供所模式投入，B所备自投按被供所模式投入。若B所进线开关7QF、8QF均在合位，A所进线开关7QF、8QF一个在合位、一个在分位，判断B所为主供所，A所为被供所，则B所备自投按主供所模式投入，A所备自投按被供所模式投入。

2.2.3 备自投启动及动作逻辑

以A所主供、B所被供进行备自投分析（若B所主供、A所被供，则相应调整）。

（1）A所2#进线+（2#主变或1#主变）+1#进线、B所1#进线+（2#主变或1#主变）运行、A所2#进线失压。当A所为主供所，被供所B运行方式为1#联络线进线电源投入运行时，A所2#进线失压导致A所、B所1#进线停电，即A所的主供电源进线、联络线电源进线、B所的联络线电源进线均为失压状态，A所8QF失压断开，此时A所的备自投条件为：A所4YH检测无压、8QF分位、主变高压和低压侧开关（2QF、4QF、6QF）和（1QF、3QF、5QF）在分位、7QF在合位；B所备自投条件为：检测B所的3YH、1YH无压，2YH检测有压且联络线无故障，A所的4YH无压，8QF在分位，7QF在合位，判断当前A所与B所的运行状态是否同时满足各自备自投条件，如果满足，则A所与B所可以执行后续备自投动作。具体为：B所8QF闭合后闭合主变高压和低压侧开关2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），实现B所的备自投；B所的8QF闭合，A所检测1YH有压后，闭合A所主变高压和低压侧开关2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），实现A所的备自投。则整体实现了A所的主供电源进线失压导致A所、B所停电故障的备自投，使B所切换为联络线电源的主供所，A所切换为联络线电源的被供所。

（2）A所2#进线+（2#主变或1#主变）+1#进线、B所1#进线+（2#主变或1#主变）运行、联络线故障。当A所为主供所，被供所B运行方式为1#联络线电源进线投入运行时，两所间联络线故障，A所的联络线故障进线为失压状态，B所的联络线进线为失压状态，此时，A所除联络线电源失压外其余均正常运行，因此A所的备自投条件为维持当前运行状态运行；B所的备自投条件为：B所检测3YH、1YH无压，2YH有压，A所的4YH有压、1YH无压、8QF在合位、7QF在分位，判断当前A所与B所的运行状态是否同时满足各自备自投条件，如果满足，则A所与B所可以执行后续备自投动作，具体为：B所先7QF断开、再8QF闭合，再闭合主变高压和低压侧开关2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），实现B所的备自投。实现了联络线故障A所的联络线进线失压导致B所停电故障的备自投，第二牵引变电所切换为由主供电源供电。

（3）A所2#进线+（2#主变或1#主变）+1#进线、B所2#进线+（2#主变或1#主变）运行、A所2#进线失压。当A所为主供所，被供所B运行方式为2#主供电源进线投入运行时，A所主供电源进线失压导致A所停电，即A所的主供电源进线、联络线电源进线均为失压状态，但B所并未停电。由于A所的主供电源进线失压，A所8QF断开，此时A所的备自投条件为：A所4YH检测无压、8QF分位且主变高压和低压侧开关（2QF、4QF、6QF）和（1QF、3QF、5QF）在分位、7QF在合位。B所的备自投条件为：B所检测4YH有压、1YH无压，A所的4YH无压、8QF在分位、7QF在合位且联络线无故障。判断当前A所与B所的运行状态是否同时满足各自备自投条件，如果满足，则A所与B所可以执行后续备自投动作，具体为B所闭合7QF后，A所检测1YH有压，再闭合A所主变高压和低压侧开关2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），实现A所的主供电源失压导致A所失压、B所联络线进线失压停电故障的备自投，使B所切换为联络线电源的主供所，A所切换为联络线电源的被供所。在该运行方式下若发生联络线故障跳闸，A所1#进线和B所1#进线均失压，两所均不满足备自投启动条件，不启动联络线备自投。

（4）A所2#进线+（2#主变或1#主变）+1#进线、B所2#进线+（2#主变或1#主变）运行、B所2#进线失压。当A所为主供所，被供所B运行方式为2#主供电源进线投入运行时，B所主供电源进线失压，由于此时A所运行正常，因此A所备自投条件为A所维持当前运行状态正常运行，B所备自投条件为：B所检测4YH无压，1YH有压，8QF断开。判断当前A所与B所的运行状态是否同时满足各自备自投条件，如果满足，则A所与B所可以执行后续备自投动作，具体为B所闭合7QF后，再闭合主变高压和低压侧开关2QF、4QF、6QF（或1QF、3QF、5QF），此时A所仍为联络线电源的主供所，B所仍为联络线电源的被供所。

（5）若B所为主供所，A所为被供所，各种故障形式下的备自投逻辑与A所为主供所、B所为被供所时原理相同，不再赘述。

进线备自投运行方式变化情况见表1。

表1 手拉手牵引变电所进线备自投运行方式变化情况

需要说明的是，联络线备自投动作时限应大于联络线保护重合闸时限，线路应躲过重合闸，防止2座“手拉手”牵引变电所进线电源合环。另外，为防止进线备自投误动和人工倒闸误操作造成电网合环，“手拉手”牵引变电所进线电源备自投装置应具备立即加速跳闸等功能，保护设置合环加速跳闸功能。

2.3 方案优点

采用通信技术和数字化备自投实现的新型“手拉手”牵引变电所备自投方案，可以实现“手拉手”两相邻牵引变电所间备自投信息共享，在进线备自投条件中增加了对相邻牵引变电所设备状态的相关判别，增加了主供所的备自投功能，扩展和优化了被供所的备自投功能。

通过对本所和相邻牵引变电所设备状态的共同判别、确认进行备自投，大大增强了“手拉手”牵引变电所备自投的安全性和可靠性，有效降低了因备自投造成进线电网合环的风险。根据两所设备运行状态判断“手拉手”牵引变电所的主供所、被供所，解决了传统“手拉手”牵引变电所主供所、被供所备自投设置相对固定、主供被供运行方式调整后备自投无法相应自动调整的问题。备自投功能的扩展和优化提高了“手拉手”牵引变电所备自投的适应性，减少了备自投故障的手动投切，提高了故障处置效率。

3 工程应用

2022年数字化“手拉手”牵引变电所进线备自投技术方案在京包线8座牵引变电所备自投改造中得到应用，现场对备自投功能进行了调试，在各种运行方式下备自投逻辑判据合理、开关动作正确，满足牵引变电所实际运行情况，可在新建“手拉手”牵引变电所进线备自投设计中推广应用。

4 结语

传统“手拉手”牵引变电所备自投主供所无进线备自投，被供所备自投逻辑判据无法检测主供所进线设备运行状态，被供所PT断线等情况下，备自投易造成“手拉手”牵引变电所进线电源合环，危及电网运行安全。针对该问题，提出了“手拉手”牵引变电所均设置进线数字化备自投，通过通信通道将对侧进线信号传输到本侧，在进线备自投条件中增加了对相邻牵引变电所设备状态的相关判别，并根据2座牵引变电所进线运行方式判断主供所、被供所，无传统固定的主供所、被供所，扩展和优化了主供所和被供所的备自投逻辑，降低了因备自投造成进线电网合环的风险，提高了“手拉手”牵引变电所进线备自投的安全性、可靠性和灵活性，减少对运输的影响和供电调度的频繁倒闸操作。本文所述方案可在新建牵引变电所和既有牵引变电所改造中推广应用。