自動電壓控制（AVC）系統在500kV變電站應用存在問題分析

孟 榮尹子會褚 罡

（1.國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071；2.國網河北省電力公司，石家莊 050000）

自動電壓控制（AVC）系統在500kV變電站應用存在問題分析

孟 榮1尹子會1褚 罡2

（1.國網河北省電力公司檢修分公司，石家莊 050071；2.國網河北省電力公司，石家莊 050000）

本文介紹了自動電壓控制（AVC）系統的控制原理及分層分區的總體結構，分析了AVC系統在500kV變電站實際運行中發生的故障和存在的問題，針對AVC系統的控制策略提出增加電抗率投切策略和優化事故閉鎖邏輯的建議，針對AVC系統在變電站相關設置采取了增設控制硬壓板和調整遙控下發時間間隔的措施。最后，展望了新技術應用帶給AVC系統的影響，建議在控制策略中關聯重要告警信息以及利用新型遠動機實現多重閉鎖。以上措施及建議將進一步提升AVC系統運行的安全性和可靠性。

變電站；自動化電壓控制；控制策略；電抗率；智能電網調度技術支持系統；遠動機

電壓質量作為電能質量的一個重要指標，對電網及電力設備的安全穩定及經濟運行有著重大影響［1］。隨著電網自動化水平及通信可靠性的快速提升，電壓的調控由傳統的人工投切方式轉變為電壓無功自動控制方式。目前，自動電壓控制（AVC）系統在國內外電網區域中已得到廣泛應用［2］，在改善電網電壓品質，降低電網運行損耗，減少人工勞動強度等方面取得了顯著成效。本文將根據AVC系統在500kV變電站的實際運行情況，針對運行中發現的問題進行分析，并給出相應建議及措施。

1 AVC系統概述

AVC系統是以電網調度自動化系統的實時運行數據為基礎，進行在線優化計算，將最優的無功電壓調整方案自動下發給子站，連續閉環的進行電壓的實時優化控制［3］。

按照分層分區的建設思路，500kV變電站接受省級調度中心AVC系統的直接集中控制［4］。控制手段主要是自動調節有載調壓變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設備的投切。AVC系統總體結構圖如圖1所示。

圖1 AVC系統總體結構圖

2 控制策略存在的問題分析

2.1 投切策略

AVC系統作為電網電壓調節的重要手段，不僅要考慮滿足全網安全電壓約束條件下的無功潮流優化，同時也要考慮被控設備運行性能要求，保證電網和設備的安全穩定運行。AVC系統對被控設備的投切策略如下:①對同一變電站內的被控設備采取循環投切。即先判斷設備容量及靈敏度，再判斷低壓母線投入設備的均衡性、最后判斷當日設備控制失敗記錄與設備投入的月均衡度；②對同一被控設備的動作次數和時間間隔滿足預置的約束條件，防止設備頻繁調節。目前對無功設備每天的控制次數設置為8次，投入與切除時間間隔設置為10min。

運行中發現上述策略中缺少關于電容器組電抗率的判據。變電站采用兩種電抗率能夠經濟有效抑制三次及以上諧波，對于兩種電抗率的電容器裝置，如果電容器組投入后的綜合諧波阻抗呈容性，則會產生諧波放大［5］。建議在AVC投切策略中增加對電抗率的判據。電抗率為12%的電容器組先投后切，電抗率為4.5%～5.0%的電容器組后投先切。

典型案例:某500kV變電站1號電容器組投入運行約0.5s后跳閘，檢查發現4臺單體電容器損壞，對其中一臺解體發現內部焊錫連接熔斷，分析為元件過流。在其合閘波形中可見明顯三次諧波過渡過程。該站低壓母線配裝1號、2號、3號三組電容器，本次損壞1號電容器額定電抗率5%。其余兩組額定電抗率為12%。分析缺陷原因為電抗率5%的電容器先投，造成3次諧波放大，引起設備過流損壞。主變低壓側故障錄波如圖2所示。

圖2 主變低壓側故障錄波圖

2.2 閉鎖策略

AVC系統作為閉環控制系統，從電網運行安全考慮，控制閉鎖功能設置至關重要。一般分為3個級別:系統級閉鎖、廠站級閉鎖和設備級閉鎖。目前閉鎖策略主要有事故閉鎖、狀態突變閉鎖及遙控失敗閉鎖。目前，變電站發生事故后，AVC系統主站接收到事故總信號后即進行廠站級閉鎖，直至事故總復歸后自動解鎖。

運行中發現部分低壓保護測控一體裝置的間隔事故總發出后不保持瞬時復歸，全站 AVC自動解鎖，設備故障未隔離前可能再次投入運行，給電網和設備帶來波動。針對此類問題，建議事故發生后，一方面AVC系統應立即進行廠站級閉鎖，閉鎖時間可設定（建議值為 1h），另一方面修改運行規程，要求在閉鎖的時間內運維人員應及時退出本間隔的AVC投入壓板。固定閉鎖時間結束后，根據事故總情況進行自動解鎖。此改進建議既能保證故障設備不會再次投入，也能夠盡快恢復廠站級AVC功能。

3 變電站相關設置存在的問題分析

3.1 被控設備控制切換壓板設置方式選擇

查閱相關AVC系統相關技術標準，變電站AVC子站集中控制方式下，變電站不建設專門的子站。變電站端監控系統應對被控設備設置控制切換壓板，并具有必要的安全控制閉鎖邏輯判斷功能［6］。AVC系統建設早期，在變電站端監控系統增加AVC功能投退軟壓板，將軟壓板狀態通過遠動機上送到調度AVC主站，作為判斷邏輯依據。

運行中發現變電站端監控系統缺陷引起的AVC功能不能正常使用的問題較為突出。在新建變電站中逐步推行增加AVC功能投退硬壓板，采取的措施主要有以下兩項:①在公用測控裝置增加AVC功能總投退硬壓板，在各電容器、電抗器保護測控一體裝置增加間隔投退硬壓板；②在措施一的基礎上，在監控系統保留AVC功能投退軟壓板，軟、硬壓板采用串聯方式。以上兩種方法在AVC功能可靠性與運維人員操作可控性各有優勢。經過多次實踐與探討，目前采用的是方法一，只設置硬壓板的方式，簡化變電站端的邏輯判斷，同時提高AVC功能的可靠性。

3.2 遠動機的控制策略設置

變電站遠動機作為 AVC系統主站和子站的數據交互關鍵設備節點，控制策略的設置決定了遙控及遙調執行的正確性。

運行中發現同一時刻 AVC系統對同一變電站的被控設備可能發出多個遙控或遙調命令，站端遠動機執行策略為:響應第一幀遙控命令，第一幀返回確認前，若下發第二幀遙控命令，遠動機拒絕執行第二幀命令或AVC主站已遙控超時。此策略設置一方面造成被控設備的遙控失敗次數增加，從而減少了投入的機會，另一方面遠動機收到非正常遙控命令后造成遠動機進程異常。建議保持遠動機遙控策略不變，優化AVC主站程序為:對于同一變電站的遙控命令設置適當的時間間隔，保證第一幀遙控命令執行完畢后，再下發第二幀遙控命令，提高遙控的成功率。

4 新技術應用對AVC系統的影響

4.1 控制策略關聯重要告警信息

隨著智能電網調度技術支持系統（D5000系統）的快速建設，AVC系統已成為D5000平臺的重要模塊，AVC系統通過與D5000系統的數據交互獲取受控變電站的實時數據，可進一步優化完善AVC系統相關控制邏輯［7］。

目前AVC系統對被控設備狀態突變或遙測、遙信不對應設置了閉鎖策略。運行中發現AVC系統從下發指令到被控設備執行成功，經過調度數據網、遠動機、規約轉換裝置、通信設備等多個環節，任何一個設備的故障都會影響指令的執行。建議建立關鍵設備的重要告警信息與 AVC系統的關聯閉鎖策略，避免遙控到故障設備造成對電網及設備的沖擊，減少無意義的遙控命令。

4.2 新型遠動機實現多重閉鎖

部分廠商的新型遠動機可實現遙信對遙控的閉鎖功能。即使主站配置、邏輯或命令出現錯誤，借助此功能可以對重要的遙控閉鎖再次進行邏輯判斷，用多重防線來避免發生電容器、電抗器同時投入、投入或切除的設備再次投入或切除以及故障跳閘設備再次投入等影響電網及設備安全穩定運行的投切操作。

5 結論

針對AVC系統在500kV變電站實際運行中出現的各類故障和存在的問題，對其進行歸納總結，對AVC的主站判斷邏輯、變電站相關設置、新技術應用提出相應建議和措施，進而提升 AVC系統控制的安全性和可靠性，保證電網和設備的安全穩定運行。

［1］黃益莊.智能變電站自動化系統原理與應用技術［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［2］許文超，郭偉，李海峰，等.AVC應用于江蘇電網的初步研究［J］.繼電器，2003，31（5）：23-26.

［3］王鐵強，成海彥，周紀錄，等.基于分層分區協調控制的河北南網 AVC系統設計與實現［J］.電網技術，2008，32（S2）：157-160.

［4］林憲平.自動電壓控制系統在河北南網的應用研究［D］.保定：華北電力大學，2011.

［5］GB/T 50227—2008.并聯電容器裝置設計規范［S］.

［6］Q/GDW 619—2011.地區電網自動電壓控制（AVC）技術規范［S］.

［7］郭慶來，孫宏斌，王彬，等.面向智能電網調度技術支持系統的AVC模塊設計［J］.電力科學與技術學報，2010，25（4）：2-6.

Analysis on Problems of Automatic Voltage Control Application（AVC）in 500kV Substation

Meng Rong1Yin Zihui1Chu Gang2
（1.State Grad Hebei Maintenance Branch，Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050071；2.State Grad Hebei Electric Power Corporation，Shijiazhuang 050000）

This paper introduces the control principle and hierarchical and regional structure of automatic voltage control（AVC）system.It analyzes the faults and problems of automatic voltage control system application in the 500kV substation.Increasing the reactance rate switch strategy and improving the fault blocking strategy are proposed for switch strategy of the AVC system.The measures that add the hard control panel and adjust the interval of remote control are adopted for related settings in substation.Finally，it prospects the effect of new technique application on the AVC system，and suggests that the switch strategy may correlation with important warning information and the new type remote terminal unit may realize the multiple blocking functions.All of these measures and proposals will further promote the security and the reliability of the AVC system.

substation；automatic voltage control；control strategy；reactance rate；smart grid dispatching technical support system；remote terminal unit

孟 榮（1983-），女，河北衡水人，碩士，高級工程師，主要從事超高壓電網繼電保護、調度自動化及智能電網管理工作。