卜明新1　武晉文2　吳孔松3　黃文鷹3

（1、河北邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056002；2、邯鄲市德普電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，河北 邯鄲 056002；3、上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

    摘 要：針對(duì)110kV電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上一端停電時(shí)，原有變電站備自投裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方自投功能，導(dǎo)致部分110kV變電站和一端的220kV變電站全站停電。研究了一種利用已有光纖通信通道傳遞運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令方式的備用電源自投方案。通過(guò)改造原有備自投裝置，增加自投邏輯程序，加裝光纖通訊模塊，實(shí)現(xiàn)與光纖網(wǎng)的接口。經(jīng)在河北邯鄲市110kV電網(wǎng)中的應(yīng)用與實(shí)施，很好地實(shí)現(xiàn)了串聯(lián)電網(wǎng)遠(yuǎn)方備用電源自投。 

    0　 引言

    目前，國(guó)內(nèi)電網(wǎng)部分110kV變電站沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)雙電源供電。即不是直接從220kV變電站引來(lái)，而是多座變電站串接在兩座220kV變電站中間，簡(jiǎn)稱為“手拉手”式閉環(huán)連線開(kāi)環(huán)運(yùn)行結(jié)構(gòu)。正常時(shí)，兩端電源供電，中間的兩座變電站間聯(lián)絡(luò)斷路器斷開(kāi)。如下圖1結(jié)構(gòu)。K1~K4，K6~K10閉合，K5斷開(kāi)，假設(shè)左側(cè)220kV變電站停電，變電站1內(nèi)的備自投無(wú)法控制K5，導(dǎo)致變電站1，左側(cè)220kV變電站全站停電。如何解決這一問(wèn)題，即檢測(cè)、判斷故障，通過(guò)何種方式傳遞、變換站間信息，以便隔離故障，提高供電可靠性，一直是一個(gè)難題。筆者針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，聯(lián)合邯鄲市德普電力自動(dòng)化設(shè)備有限公司，上海安科瑞電氣有限公司研制了“基于光纖通信交互式遠(yuǎn)方自投裝置”，很好的解決了這一問(wèn)題。

圖1　“手拉手”式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

    1　 高壓電網(wǎng)裝設(shè)該裝置的背景和意義

    近階段，河北電網(wǎng)部分變電站采用“手拉手”式結(jié)構(gòu)，不能完全實(shí)現(xiàn)真正意義的雙電源供電，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，經(jīng)常造成220kV，110kV變電站全站失壓，造成負(fù)荷損失，極大地影響了我省部分地區(qū)的供電可靠性，但由于電網(wǎng)發(fā)展資金的限制，不可能在短時(shí)間內(nèi)通過(guò)改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)從根本上解決該問(wèn)題，這種情況下，需要解決該問(wèn)題，只能靠安裝安全自動(dòng)裝置來(lái)補(bǔ)救，即基于光纖通信交互式遠(yuǎn)方自投裝置。

    2　 幾種通信方式的比較

    2.1 TCP/IP以太網(wǎng)

    以太網(wǎng)通信的遠(yuǎn)方備自投方案，是應(yīng)用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過(guò)建立以太網(wǎng)內(nèi)的TCP/IP協(xié)議完成裝置間的數(shù)據(jù)通信，從而實(shí)現(xiàn)在局域網(wǎng)內(nèi)備自投之間的相互通信。每個(gè)站的備自投裝置都需安裝發(fā)送和接收終端，各有自己的IP地址。這種方式的特點(diǎn)是：必須建立變電站之間的局域網(wǎng)，還需設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)專用的備自投發(fā)送及接收終端，以太網(wǎng)服務(wù)器；通信易受干擾，通信交換信息時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，安全性能差，維護(hù)難度較大。

    2.2 GPRS技術(shù)

    GPRS技術(shù)的特點(diǎn)是通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或者中心對(duì)多點(diǎn)以及多點(diǎn)之間的無(wú)線IP連接，數(shù)據(jù)以“編碼”的形式通過(guò)GPRS信道進(jìn)行通信，利用其傳輸運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令信息。這種方式的特點(diǎn)是覆蓋廣，傳輸速度快，可長(zhǎng)期在線運(yùn)行。不足的是：安全性能差，信息交換實(shí)時(shí)性無(wú)法控制，安全性能差，整套設(shè)備投資較大。

    2.3 光纖通信

    目前，各個(gè)110kV變電站之間基本都實(shí)現(xiàn)了光纖通信，其光纖通信傳輸運(yùn)行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令信息，具有無(wú)誤差，傳輸速度快，傳輸容量大，接口簡(jiǎn)便靈活，轉(zhuǎn)換方便，基本不受外界電磁干擾等優(yōu)勢(shì)，是最可靠的通信通信方式。在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方備自投裝置的任何通信需求。

    這種方案投資小，見(jiàn)效快，安全準(zhǔn)確，基本無(wú)干擾，所以是目前實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方備自投的最佳通信方案。

    3　 備自投的軟件功能設(shè)計(jì)

    3.1 運(yùn)行方式分析

    針對(duì)圖1中的問(wèn)題，裝設(shè)的該裝置控制的相鄰兩個(gè)變電站四個(gè)開(kāi)關(guān)的位置，圖2為裝置裝設(shè)圖。

圖2　裝置裝設(shè)圖

    見(jiàn)圖2，根據(jù)電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則，四個(gè)斷路器至少有一個(gè)斷路器處于分閘狀態(tài)，分析出有運(yùn)行價(jià)值的運(yùn)行方式，如下所列：

    方式一：1DL、3DL、4DL閉合，2DL斷開(kāi)。

    方式二：1DL、2DL、4DL閉合，3DL斷開(kāi)。

    方式三：2DL、3DL、4DL閉合，1DL斷開(kāi)。

    方式四：1DL、2DL、3DL閉合，4DL斷開(kāi)。

    方式五：1DL、4DL閉合，2DL、3DL斷開(kāi)。

    根據(jù)功耗的要求，最理想的運(yùn)行方式為方式五，聯(lián)絡(luò)線不存在損耗，但是系統(tǒng)以方式五運(yùn)行時(shí)，線路3不帶電，線路3的設(shè)備包括電纜、線桿易被盜，長(zhǎng)時(shí)間不帶電設(shè)備會(huì)老化；另外如果備自投動(dòng)作，線路充電時(shí)間也很長(zhǎng)，電源切換的時(shí)間也加長(zhǎng)，因此一般不考慮。正常運(yùn)行時(shí)選擇方式一、方式二，電源1給A站供電，電源2給B站供電。如果電源1或者電源2故障停電，自動(dòng)轉(zhuǎn)向方式三或方式四。

    方式三或方式四時(shí)，供電都被電源一或電源二承擔(dān)，這點(diǎn)也不符合電力系統(tǒng)要求，只能作為臨時(shí)供電模式。

    2.3 系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下的特點(diǎn)

    系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下的特點(diǎn)是：三條線路均帶電；有且僅有1個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，處在斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)兩側(cè)均帶電；4段母線均帶電；當(dāng)某有一線路發(fā)生故障或失電時(shí)，需將4段母線恢復(fù)帶電狀態(tài)；當(dāng)母線或開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)，由相關(guān)保護(hù)裝置切除故障設(shè)備。

    2.4 變電站間遠(yuǎn)方備自投的要求

    系統(tǒng)在方式一（方式二）運(yùn)行時(shí)，假設(shè)電源2（電源1）突然停電，備自投裝置需要斷開(kāi)4DL（1DL），合上2DL（3DL）；假設(shè)電源1（電源2）突然停電，備自投裝置需要斷開(kāi)1DL（4DL），合上2DL（3DL），保證兩個(gè)變電站的四段母線帶電。兩站之間的信息交換可以通過(guò)架設(shè)的光纖通道完成。

    2.5 備自投的功能

    備自投具有遠(yuǎn)方自投和就地自投功能，遠(yuǎn)方備自投就地功能在備自投主機(jī)/從機(jī)通信異常后，投入了“就地備自投功能”才會(huì)起作用。

    在如圖2所示的接線方式，只有在線路1、2、3均帶電的情況下，該裝置（包括遠(yuǎn)方功能及就地功能）才具有運(yùn)行的價(jià)值。母線或開(kāi)關(guān)發(fā)生故障時(shí)可以使用母差等保護(hù)裝置動(dòng)作來(lái)閉鎖備自投，在設(shè)計(jì)該裝置動(dòng)作邏輯時(shí)，僅考慮線路失電（線路故障或電源失電）的情況。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)分析和可能發(fā)生的失電情況，可以構(gòu)造出備自投動(dòng)作及運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換表。

    表1　遠(yuǎn)方備自投遠(yuǎn)方功能動(dòng)作及運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換表

    表2　遠(yuǎn)方備自投就地功能動(dòng)作及運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換表

    3　 備自投的硬件功能設(shè)計(jì)

    該裝置應(yīng)包含有就地備自投功能，可以在常規(guī)線路備自投裝置上進(jìn)行改造。常規(guī)的備自投裝置可以采集進(jìn)線開(kāi)關(guān)位置，兩條進(jìn)線的線路電壓、進(jìn)線電流及母線電壓。通過(guò)在常規(guī)線路備自投裝置上增加光纖通信模塊、擴(kuò)展備自投部分的邏輯功能來(lái)滿足該裝置的需要。

    4　 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

    利用這一方案設(shè)計(jì)的該裝置在河北省邯鄲市的兩座變電站裝設(shè)。兩變電站直線距離15km，鋪設(shè)有單模光纖通道，該裝置使用這一通道完成數(shù)據(jù)交換，串接在河北電網(wǎng)的兩座220kV變電站間，其中串接的還有4座110kV變電站，6座變電站主要供給多個(gè)縣市的工業(yè)、農(nóng)業(yè)用戶，居民用戶，停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成工業(yè)廢品增加，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人民的生活。該裝置投運(yùn)后，運(yùn)行正常。在一次電網(wǎng)倒閘操作中，該裝置實(shí)現(xiàn)方式一向方式三的自動(dòng)切換，操作在500mS內(nèi)完成，達(dá)到了預(yù)期的效果。

    5　 結(jié)語(yǔ)

    該裝置很好的解決了“手拉手”式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)開(kāi)環(huán)運(yùn)行不能保證連續(xù)供電的問(wèn)題，有一定的推廣價(jià)值。

    驗(yàn)收委員會(huì)認(rèn)為“110kV系統(tǒng)遠(yuǎn)方備自投技術(shù)研究”項(xiàng)目研究方法合理，試驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)可信，裝置的使用能有效提高串聯(lián)互供接線方式下兩個(gè)變電站供電的可靠性。

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