上海電網安全穩定控制裝置的調試

朱俊杰,黃震宇,洪 捷,王 勇

(上海市電力公司超高壓輸變電公司,上海 201204)

1 上海電網安全穩定控制系統的結構

上海電網是全國最大的城市電網之一,上海地區的負荷密度高,而且用電負荷增長較快,一旦電網中某個節點發生故障跳閘,可能會引起該范圍內其他線路的負荷功率劇增,影響電網的安全運行。

建設上海電網安全、穩定、預警與控制系統的目的,是為了應對500 kV主網交流故障、直流(特高壓直流)雙極閉鎖、交直流混合故障等重大N-1以上電網事故后的熱穩定問題,以及500 kV終端線路/聯變 N-1以上故障后的分區系統熱穩定、電壓穩定和頻率穩定問題。在確保上海電網以及各分區電網安全、穩定運行的前提下,對于超運行限額的情況給出預警及輔助決策方案;對于超設備限額情況并視過載程度施行優化切負荷自動控制。

基于上海電網安全、穩定、預警與控制系統的核心控制思路,按照超高壓輸電網各個變電站電壓等級的不同,劃分為3個層次進行分層控制:①控制主站,位于市調自動化通信機房內;②控制子站,位于幾個500 kV的變電站內;③執行站,位于那些500 kV變電站所屬區域內的一些220 kV變電站內。

變電站兩個控制層面的作用:①控制子站監控本站的各個出線以及主變的運行狀態,接收下屬各執行站上傳的運行信息以及其可切的負荷量,匯總之后上傳給控制主站。②執行站作為切負荷執行單位,接收控制子站的控制命令,向控制子站上傳自身的運行狀態和可切負荷量等數據。

2 執行站核心邏輯判據

2.1 負荷元件投停判據

1)220 kV負荷元件

|元件功率|≥10 MW并可持續100 ms,判為該元件投運;否則判為停運。

2)110 kV及以下電壓等級負荷元件

|元件功率|≥5 MW并可持續100 m s,判為該元件投運;否則判為停運。

2.2 過載動作判據

過載動作判據條件如下:

①至少兩相電流大于或等于設備運行限額電流定值;

②|P|≥設備運行限額功率定值;

③功率方向滿足要求;

④由執行站采集的線路對側功率大于或等于設備運行限額功率定值(只在對側信息有效的情況下添加此判據);

⑤無電壓互感器(TV)或電流互感器(TA)斷線,而且電壓均值大于或等于50%Un;

⑥檢修壓板未投入。

上述過載動作判據條件①至⑥全部滿足持續時間tdz,則過載動作。過載容量等于動作時刻P減輕設備運行限額功率定值。

3 安全穩定裝置的調試

3.1 單站調試

上海電網安全、穩定、控制系統的主要設備(以下簡稱“安穩裝置”),由A柜內的 SCS500E裝置和B柜內的RCS992A裝置組成。單站調試部分以變電站為單位,對站內的安穩裝置A柜和B柜上的安穩裝置進行調試。控制子站和執行站在單站調試方面的內容比較相似,現以執行站為例進行說明。

1)裝置采樣檢驗 使用校驗儀器分別輸入0.2 Un,0.2 In和Un,In,檢查裝置面板顯示的一次電壓值、電流值,以及功率、頻率是否正確,是否滿足1%的誤差范圍。

2)綜合功能檢查 檢查主機、從機各項開入功能,裝置中央信號及遙信接點回路,各線路元件的出口回路,裝置告警功能,以及線路元件的投、停邏輯判據。

3.2 通道調試和線路接入

安穩裝置通過光纖實現與主/從機通信,以及與控制子站之間的通信。該項試驗要求保證主/從機之間、變電站與變電站之間安穩裝置的通信正常,不出現故障。安穩裝置本身功能以及通道調試完成之后,需要將安穩裝置所監控的電流、電壓回路,以及跳閘回路接入安穩裝置屏內,以實現安穩裝置對其控制。

3.3 與控制子站進行邏輯功能的聯調

以變電站為單位組成專門的聯調小組,以控制子站為核心,其下屬的各執行站與之相配合。調試內容分為:

1)執行站各個功能壓板的投退試驗 投退時,控制子站監視其安穩裝置上對應線路的狀態是否和執行站的狀態一致。

2)模擬執行站過負荷的“切負荷”試驗 執行站試驗人員向安穩裝置輸入模擬的負荷量,模擬線路過負荷,驗證控制子站是否按照其離線策略表順序進行切負荷,各執行站監視本站安穩裝置的出口脈沖以及裝置的告警報文是否正確,并通過專用線路向控制子站試驗人員進行匯報。

4 安穩裝置的工作模式

4.1 雙套配置“二取二”模式

將安穩裝置A柜和B柜內的兩套安穩裝置組成雙套配置,各自有單獨的電流、電壓采樣回路,以及通信回路和出口跳閘回路。兩套裝置的邏輯功能相互獨立,各自處理所接收的電流、電壓模擬量,以及響應控制子站下發的各項控制指令。

執行站中兩套裝置的同一個出口跳閘接點均串接,即必須兩套裝置都判定要切除某個負荷時,這個切除負荷的命令才能真正傳達到最終的執行機構。執行站是整個系統執行終端,控制子站和中心站的穩控措施都是由執行站來實施,因此執行站出口的“二取二”,也就意味著整個系統功能的“二取二”。只有控制子站或中心站切負荷的措施一致時,負荷才能最終被切除,從而能夠有效地避免因為意外或干擾等原因引起一套裝置誤判,導致誤切負荷事故的發生。

由于采用“二取二”模式,兩套安穩裝置的出口跳閘接點相互串聯,在保證了可靠動作的同時,也產生了要求這兩副接點必須同時動作,才能夠實現最終的出口跳閘的功能;任意一個接點拒動,或者兩副接點動作時間不一致,都可能導致跳閘脈沖無法傳送到最終的執行機構的弊端。

4.2 兩套安穩裝置在旁路代時的區別

對于過載判斷功能,TA異常、TV異常告警等功能,兩套裝置的運作方式基本相同,但在一些特殊情況,如“旁路代”時,兩套裝置的運行方式還是不同的。對于一些建造時間較早,已經運行很長時間的老式變電站,還保留著雙母分段帶旁路的接線方式,在開關檢修時可以通過“旁路代”的運行模式,實現在線路正常運行的狀態下,對線路開關進行檢修和維護。

進行線路“旁路代”操作的流程為:合上對應線路的旁路閘刀和旁路斷路器,然后停用線路保護,將線路保護由本線改到旁路,最后拉開線路自身的斷路器、線路閘刀以及母線閘刀。其中,一段旁路開關和線路開關均處于“并聯”運行狀態的中間狀態。由于安穩裝置上有相應的線路進行旁路代的切換壓板,在安穩裝置正式投運后,運行人員在進行“旁路代”操作時,要在操作流程中添加安穩裝置的操作內容。

在進行“線路旁路代”操作時,雙套配置的安穩裝置在功能上的差異如下:

1)SCS500E裝置 在進行“線路旁路代”時,投入安穩裝置上該線路的“旁路代”壓板之后,裝置將本線路的電氣量清零,切換為旁路的電氣量。即該裝置在進行“旁路代”時,不體現出“旁路代”的中間過程中電流和負荷的變化情況,壓板投入之后,就將安穩裝置切換到旁路運行狀態下了。

2)RCS992A裝置 在進行“線路旁路代”時,投入安穩裝置上該線路的“旁路代”壓板之后,裝置面板上該回路的電流值是本線路和旁路的和電流。即該裝置能夠很完整地體現從“旁路代”操作開始,到“旁路代”切換完成的整個切換過程中,線路和旁路的電流以及負荷變換情況。

從之前“旁路代”的操作流程來看,其中會有一段時間是旁路開關合閘,線路開關也為合閘狀態的中間過程,此時旁路開關支路和線路開關支路處于“并聯”狀態,所以會有分流情況存在。RCS992A裝置的“和電流”模式,保證在“旁路代”操作的中間過程中,安穩裝置采樣得到的電流值始終為該線路的全部電流值,如果在“旁路代”的過程中發生線路過負荷,那么RCS992A裝置依然能夠可靠地檢測到線路過負荷的情況,進而按照其內置的過負荷邏輯進行處理。

SCS500E裝置投入“旁路代”壓板之后,該線路電流即切換為旁路上的電流,在這個存在旁路開關支路和線路開關支路都處于合閘,旁路和線路“并聯”運行中間過程中,安穩裝置檢測到的電流,實際為旁路電流而非線路電流,如果在“旁路代”的過程中發生過負荷,而該安穩裝置由于檢測到的線路電流小于實際值,可能就不動作。

因為兩套安穩裝置的出口跳閘接點串聯在一起,所以在這個中間過渡階段,如果發生過負荷,由于上述原因,一套裝置判線路過載,而另一套裝置未判斷到過載,最終的結果就是安穩裝置不出口,不進行切負荷操作。不過,“旁路代”的運行情況在實際運行當中并不多,而且“旁路代”中的這個中間階段時間并不長,在這個過程中發生過負荷的概率比較小。

5 運行操作和檢修工作

5.1 線路停服役操作

由于兩套安穩裝置屏上都有相應線路的功能壓板,所以在安穩裝置投入運行后,相應線路的停服役操作的操作票中就需要添加對安穩裝置上相應壓板的操作步驟。

考慮到這兩套裝置在“旁路代”的中間階段有前文所述的不同處理邏輯,筆者認為,針對這種不同邏輯,操作時應注意在進行“旁路代”操作的時候,對于這兩套安穩裝置“旁路代”壓板投入的順序應有所不同,即這兩套安穩裝置的“旁路代”壓板不能同時投入操作。這是因為:

1)對RCS992A裝置而言 可以按照原來的操作流程操作,只要在操作二次設備時,即在將保護裝置從本線切至“旁路代”之后,添加操作該安穩裝置的“旁路代”壓板的步驟即可(從“旁路代”改回本線運行的操作順序與之相反)。

2)對SCS500E裝置而言 其“旁路代”壓板的操作步驟應放在操作流程的最末尾,即一次狀態已經完全切換到旁路運行方式之后,最后再將SCS500E的“旁路代”壓板投入(從“旁路代”改回本線運行的操作順序與之相反)。這樣,在“旁路代”操作的中間階段,此時由于安穩裝置的“旁路代”壓板還未投入,故其采樣的電流值仍為線路自身的電流值,這樣可以保證兩套裝置在“旁路代”時,如果意外遇到過負荷情況,依然能夠正確地響應,進行動作。

5.2 日常大小修工作

在許多變電站中,安穩裝置的電流、電壓回路并非取自獨立的TA和TV,而是和保護設備共用,其電流回路在許多變電站中是串接在保護裝置的電流回路的后一級。這就使得TA和TV的二次回路接入了很多設備,負載增大,降低了可靠性。

由于安穩裝置的電流回路串聯在保護的電流回路中,對于平時的大小修定期校驗的工作,檢修工作人員就要注意做好電流回路的隔離措施,以防止在校驗保護裝置,輸入模擬的故障電流時,誤輸入與保護裝置相串聯的安穩裝置內,導致安穩裝置誤判線路過載或者誤判設備異常,引起安穩裝置誤動作。

此外,安穩裝置作為二次設備,正式投入運行之后可能也會有相應的校驗工作,校驗時要求可靠隔離運行線路的出口回路,防止在校驗安穩裝置時誤切正常的運行回路。特別對于接入安穩裝置的主變回路,安穩裝置在主變過載時,除切除主變的相應開關外,還會閉鎖自切裝置的動作,所以,校驗具有聯跳主變開關回路的安穩裝置時,要格外注意,既要隔離主變開關的跳閘回路,還要隔離閉鎖自切的回路,防止對運行中的自切和主變裝置造成影響。

6 結語

目前,上海電網安全、穩定、控制系統的第一期調試任務已經完成,但還存在一些不足,有待進一步完善,如控制系統的策略表還處于離線狀態,不能隨著電網運行狀態的變化而實時進行調整,安裝安穩裝置的變電站還不多,估計在以后的調試中會得到進一步地改進和完善。

上海電網擔負著國際化大都市的生產、生活供電的重任。日本東京電力公司核電站泄漏事故,再一次給我們敲響了的安全警鐘,電網安全、可靠、穩定運行是人們正常生產、生活的先決條件之一。上海電網安全、穩定、控制裝置的應用,實現了集中管理,區域化、分布式的控制,能夠自動監測整個電網的運行狀態,對電網出現的緊急狀態進行預警,對線路過載情況可以按區域進行相應的處理,這對整個電網的安全、穩定運行,提供了強有力的保障。