220kV站主變停運致110kV母線停運后復電策略的研究與實現

成江東　高貞彥　梁　苑　林桂輝　趙　勇

（1. 東方電子股份有限公司，山東 煙臺　264000；2. 廣東電網珠海供電局，廣東 珠海　519000）

地區電網在變電站內部通常裝設一定數量的備自投裝置[1]，當電網發生故障導致母線停電時，滿足條件的備自投就會動作，使停電母線重新恢復供電，以保證供電的可靠性[2]。但因站內備自投自身的局限性，有些情況下無法通過備自投實現恢復供電。

在220kV變電站中，裝設的備自投動作前提一般為110kV母線失壓，主變帶電，動作策略一般為斷開母線相連的主變中壓側開關，閉合110kV母聯開關，從而達到母線恢復供電的目的。但若發生備自投動作失敗或220kV主變均退運的情況，則相關110kV母線將無法恢復供電，從而陷入失電的風險。

本文提出的復電策略，能夠有效彌補站內備自投的缺陷。相關策略基于電網實時運行方式，計算搜索出復電路徑[4]，實現220kV站110kV母線的恢復供電，然后檢測復電路徑，其有線路越限，則搜索原失電母線所帶的負荷[3]，依優先級和電流大小排序切負荷，直至線路越限消除。

1　智能復電系統設計思想

1.1　復電單元建模

為了方便管理，提出復電單元的概念。為每條220kV站的 110kV母線對應設置一個復電單元，220kV站的 110kV母線與復電單元為一一對應關系。由復電單元對相關母線失壓——復電——切負荷的過程進行管理。為復電單元設置充電條件、閉鎖條件、啟動條件、動作條件，以準確判斷母線所處的狀態。

1）充電條件。復電單元充電條件成立的前提是相關110kV母線有壓，與此母線相連的變中開關為合位且有電流（標準為大于 10A），有其他 220kV站的110kV母線作為備用電源，即以復電單元母線為起點，有可用復電路徑連通到其他220kV站的帶電的110kV母線。

2）閉鎖條件。若有保護動作造成 110kV母線失電，此時母線復電，則可能造成危害蔓延，必須閉鎖復電單元。相關保護如：鳳凰站110kV母線差動保護，鳳凰站主變后備保護等。復電單元閉鎖后，不會生成復電策略。

3）啟動條件。220kV母差保護動作或主變保護動作引發110kV母線失電，視為滿足啟動條件。

4）動作條件。110kV母線失壓，主變變中開關無流，則視為動作條件滿足。

1.2　動作開關和復電路徑

為了防止誤控，從實際需要出發，指定某些開關作為某母線復電策略時的備選開關。除此而外，都不加入策略。這些備選開關即為動作開關，在“鳳凰站、珠海站、樂園站電網結構圖”中，鳳凰站110kV 1母和110kV 2母相關復電單元的動作開關均為以下8個開關：鳳凰站鳳官乙線140開關、鳳凰站鳳官甲線139開關、鳳凰站鳳海線132開關、鳳凰站鳳新線131開關、樂園站鳳官乙線140開關、樂園站鳳官甲線139開關、珠海站鳳海線132開關、珠海站鳳新線131開關。

圖1　鳳凰站、珠海站、樂園站電網結構圖

復電路徑是指從失壓的110kV母線展開搜索，到達另一 220kV站帶電 110kV母線經過的電網路徑。復電路徑滿足以下條件即為可用復電路徑：①本路徑上的開關刀閘有且僅有一個開關處于斷開狀態，且此開關已經被定義為動作開關，即一旦閉合此動作開關，此路徑將會把兩條220kV站的110kV母線連通；②本路徑上的電網設備只有110kV電壓等級的，且不可過長，即串供級數不可過多，路徑上的電網設備不可涉及3個或3個以上的220kV站。

1.3　復電路徑的電流裕度

一條復電路徑往往包含多個線路段，每個線路段的允許電流不盡相同，而且各線路當前電流值也不盡相同。一條線路的電流裕度為其電流允許值與當前電流差值，復電路徑的電流裕度為其各線路段的電流裕度最小值。

1.4　防止復電策略誤生成

220kV站110kV母線失壓的情況有很多，很多情況下不需要本系統生成復電策略，如果誤生成策略，將進而帶來誤遙控的風險，因此防止復電策略誤生成非常重要。

1）時間延遲處理

（1）站端備自投動作處理。110kV母線失壓后，站端備自投可能會動作。因此，有必要對站端備自投動作采取等待避讓措施，即在檢測到110kV母線失壓后并不立即生成復電策略，而是等待30s，若備自投動作成功，則母線恢復有壓狀態，相關遙測量的刷新，在30s內都足以完成。若30s后，母線仍處于失壓狀態，則可確認相關110kV母線仍未復電。

（2）保護信號量變位自保持處理。保護類遙信往往變位后會立即復歸，因此需要對其動作的狀態做自保持處理。在進行相關條件判斷時，認為此信號量處于動作狀態。

（3）放電時間。在110kV母線失壓或其他情況出現，充電條件由成立轉為不成立后，相關復電單元進入放電時間，放電時間限為900s。放電時間過后，將不再生成復電策略。

2）生成復電策略的前提條件

復電單元生成復電策略需要滿足以下條件：復電單元未閉鎖，放電時間未結束，啟動條件滿足，動作條件滿足。否則不生成復電策略。通過以上各種條件的配合處理，能夠有效地防止復電策略誤生成。

圖2　復電單元狀態轉換流程圖

1.5　復電策略生成方法

避過站端備自投動作時間，確認復電策略生成前提成立，系統進入復電策略生成環節。復電處理順序為通過切斷母聯開關，斷開其他母線與失壓母線的電氣連接，通過切斷變中開關，斷開相關主變與失壓母線的電氣連接，然后為失壓母線恢復供電。因此，首先搜索與失壓母線相連的閉合的母聯開關，加入策略；然后搜索與母線相連的閉合的變中開關，加入策略；最后以此失壓母線為起點，按電網拓撲模型搜索復電路徑，若同時存在多條復電路徑，則按其電流裕度排序，電流裕度最大者為首選復電路徑，相關動作開關加入策略。

1.6　復電后過載聯切處理

110kV母線復電后，其失壓前所帶負荷將轉由復電路徑線路供電，相關線路上的負荷陡增，若過載，則需要做切負荷降載處理。方法為搜索原失壓母線所帶負荷，將這些負荷按優先級和電流大小排序，并按復電路徑過載電流量計算出切負荷個數，將相關負荷開關加入斷開策略。

1.7　策略執行方法

智能復電系統提供了3種控制模式，即僅監視、開環確認執行和閉環執行。若設置為僅監視，則系統只監視110kV母線狀態，不進行任何處理；若設置為開環確認執行，則在系統生成策略后，經人工確認后才執行控制策略；若設置為閉環執行，則系統生成策略后將自動執行相關策略。

1.8　智能復電系統總體處理流程圖

圖3　智能復電系統總體流程

1.9　智能復電系統全局參數設置

智能復電系統全局參數如下。

1）110kV母線有壓定值設置（缺省為0.8Un，Un為電壓額定值），母線三相電壓均大于此值為有壓。

2）110kV母線無壓定值設置（缺省為0.2Un，Un為電壓額定值），母線三相電壓均小于此值為無壓。

3）220kV主變變中開關有電流定值設置（缺省為 50A），開關三相電流采集值均大于此值為有電流。

4）220kV主變變中開關無電流定值設置（缺省為 50A），開關三相電流采集值均小于此值為無電流。

5）過載系數定值設置（缺省為0.9），線路電流采集值＞過載系數×線路允許電流值，即認為線路過載。

6）站端備自投動作避讓時間（缺省為30s）。

7）復電單元放電時間設置（缺省為900s）。

8）保護動作信號自保持時間設置（缺省為900s）。

2　軟件控制流程

智能復電系統將遙控開關的命令發給控制服務器，最終通過前置處理單元經下行通道送到廠站遠動終端（remote terminal unit, RTU），完成遙控過程。

3　在線實驗效果及過程分析

現場在線實驗中，廠站端用動模測試儀按“圖1鳳凰站、珠海站、樂園站電網結構圖”的運行方式設置各開關位置，鳳凰站#1主變、#2主變、#3主變各側開關均閉合；珠海站、鳳凰站、樂園站各110kV母線的各相電壓均設為65.8；鳳凰站#1主變中壓側101開關各相電流設為193；鳳凰站#2主變中壓側102開關各相電流設為252；鳳凰站#3主變中壓側 103開關各相電流設為 232；鳳凰站鳳官乙線140開關各相電流設為177；鳳凰站鳳官甲線139開關各相電流設為 0；鳳凰站鳳海線 132開關各相電流設為0；鳳凰站鳳新線131開關各相電流設為0；樂園站鳳官乙線 140開關各相電流設為 0；樂園站鳳官甲線 139開關各相電流設為 0；珠海站鳳海線130開關各相電流設為87；珠海站鳳新線129開關各相電流設為130。鳳官甲線、鳳官乙線、鳳海線、鳳新線兩端開關均已經設為動作開關，此時鳳凰站110kV 1母復電單元滿足充電條件，鳳凰站110kV 2母無備用電源，故其復電單元不滿足充電條件。然后站端模擬220kV母線母差保護動作，110kV 1母各相電壓變為零，110kV 2母各相電壓變為零，#1主變變中101開關各相電流變為零，#2主變變中102開關各相電流變為零，#3主變變中103開關各相電流變為零，#1、#2、#3主變高壓側開關均跳開，此時鳳凰站110kV 1母復電單元開始放電，其啟動條件和動作條件滿足，智能復電系統避過站端備自投動作時間（30s）后，生成復電策略，為依次斷開母聯100開關，斷開101開關，斷開102開關，閉合鳳凰站鳳海線132開關。執行策略后，鳳凰站110kV 1母恢復供電，系統完成過載切負荷環節后，結束鳳凰站 110kV 1母的恢復供電處理流程。鳳凰站110kV 2母復電單元因初始時充電條件不滿足，系統對鳳凰站110kV 2母的失壓不做處理。

從實驗過程可以看出，當110kV母線有壓、相關變中開關有流、有備用電源（實驗中為220kV樂園站、220kV珠海站）時，復電單元充電條件滿足。之后當220kV母線保護動作致110kV母線失壓時，復電單元充電條件不滿足，進入放電時間，動作條件和啟動條件成立。系統在生成策略前避讓了站端備自投動作時間。生成的策略遵循先斷母線開關和變中開關以切除故障，再合動作開關恢復供電的原則。在選擇閉合的動作開關時，復電路徑鳳官乙線、鳳海線、鳳新線的最大允許電流均為600A，鳳海線當前各相電流為87，可知其在3條路徑中電流裕度最大，故鳳海線對應的動作開關被選中。鳳凰站110kV 1母恢復供電后，系統進入切負荷環節。鳳凰站110kV 2母因無備用電源故其復電單元充電條件不成立，系統即不對鳳凰站110kV 2母的失壓不做處理，有效地防止了策略的誤生成。

實驗結果表明，系統功能與系統設計相符合。

4　結論

本文針對220kV廠站110kV母線因主變故障或220kV母線故障而失壓的問題提出了解決方法。

所設計的智能復電系統，避讓了站端備自投動作時間，對各種信號做了較周密的判斷計算，自動搜索110kV母線的復電路徑，適合各種運行方式，有多種控制方式是可靠供電的又一保障。

現場在線實驗情況表明，本文的處理方法是有效的，可以在比較短的時間內對失電的母線恢復供電，可以有效的保證供電的可靠性，保障電網穩定運行，安全供電。