基于光纖通信的站間失電自恢復系統

李 福，李 衛，馬宇飛，李 晶，王輝春

（1.云南電網公司紅河供電局，云南 紅河 661100；2.云南電網公司普洱供電局，云南 普洱 665000；3.長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057）

0 引 言

現代社會中，電力能源已經滲透到社會活動和人民生活的各個方面。穩定、可靠的供電是國民經濟和社會發展的基礎，電網安全是社會公共安全的重要組成部分。因此，保障電力的有序供應與電網的安全運行尤為重要。

隨著電網智能化的發展，電網結構日益復雜，越來越多的地區采用鏈式結構串供變電站系統[1-6]，以提高供電可靠性。目前，基于站內電氣信息量的傳統，備用電源自投系統存在實時性較差、數據發生時刻的時序關系不準確等問題。該系統僅作用于裝設有該備自投的單一變電站，同時只能挽救鏈式網絡中開環點廠站的負荷，應用范圍存在局限。因此，亟需有針對性地改進常規備自投裝置存在的缺陷，保障供電可靠性。

1 站間失電自恢復系統原理介紹

圖1為包含2個主供電源站和3個串供110 kV變電站的典型鏈式串供系統，其中，黑色矩形符號表示斷路器。該鏈式系統最多可包含4個串供站。當串供回路發生故障時，自恢復系統能根據實時獲取的區域電網全景信息進行自動識別、判斷，跳開緊鄰故障點的失電站的原主供電源開關，合上串供回路原處于開環點的開關，由另一側電源恢復對所有失電站的供電[7-9]。

圖1 鏈式串供變電站的系統示意圖

圖2 為自恢復系統的架構圖。按照分層控制的原則配置整個區域自恢復系統，在兩個電源站A、B及各串供變電站C、D、E配置自恢復系統子站，選擇其中一個變電站作為樞紐站，并配置自恢復系統主站。根據子站上傳的數據，主站完成整個系統的自恢復邏輯判斷后，將動作命令發送至各子站。自恢復系統子站負責實現信息量的采集和上送，接收主站發送的跳合閘命令，并將其轉化成常規節點輸出執行。

光纖通道具有傳輸容量大、抗電磁干擾能力強及運行可靠性高等常規通信方式無可比擬的優良性能。光纖通信技術在電力系統繼電保護領域中的應用越來越廣泛，促使光纖通道成為信息傳輸的主要通道。為提高系統的通信可靠性和實時性，主站與子站之間的信號全部以開關量（GOOSE信號）的形式通過光纖通信進行傳遞。

圖2 鏈式串供系統的自恢復系統架構圖

自恢復系統的工作原理圖，如圖3所示。

（1）根據鏈式結構串供變電站系統的正常運行方式，自動識別處于開環點的開關。

（2）不同運行方式下，自恢復系統的動作不相同，以開環點的開關為基本點，設置對應運行方式下發生不同故障點時的自恢復系統動作邏輯。

（3）在當前運行方式下，鏈式結構串供變電站系統的某處發生故障時，故障點對應的后級站會發生失電。系統會根據電氣量識別該故障發生的位置，跳開距故障點最近的失電站的原主供電源開關。在確認緊鄰故障點失電站母線無壓后，合上串供回路原處于開環點的開關，由另一側電源恢復對所有失電站的供電。

圖3 自恢復系統的工作原理圖

以圖1所示的系統為例，假設正常運行時開環點為E2開關，由220 kV站A給110 kV站C、D、E供電。當K1處發生故障時，自恢復系統能夠根據實時獲得的數據快速跳開C1開關，合上E2開關，變成由220 kV站B給110 kV站C、D、E恢復供電；當K2處發生故障時，自恢復系統能夠跳開D1開關，合上E2開關，變成由220 kV站A繼續給110 kV站C供電，220 kV站B給110 kV站D、E恢復供電。

開環點位置不同，站間失電自恢復系統的執行邏輯也不同。因此，準確判斷開環點是失電自恢復系統正常運行的基礎。具體地，基于線路光纖縱差保護，判定元件范圍內是否發生故障，從而定位故障點位置。差動保護動作特性如圖4所示，橫、縱坐標分別表示制動電流Ir和動作電流Id，可由式（1）、式（2）計算獲得：

圖4 差動保護動作特性

圖4 中，陰影區域為保護動作區，其中Idset以上為差動速斷保護動作區，空白區域為制動區。

差流速斷判據和比率差動判據分別為：

其中，Idset為差流速斷門檻值，Idz為穩態量比率差動門檻定值，按躲開正常運行時的最大不平衡電流整定；k為比率制動系數。

2 數字動模試驗驗證

開展數字動模試驗，驗證站間失電自恢復系統的保護動作特性。針對圖1的鏈式串供變電站的系統，搭建如圖5所示的試驗系統模型，其中黑色矩形符號表示斷路器。利用無窮大系統S1、S2分別模擬220 kV站A、站B的110 kV出線母線，3個串供站均以負荷替代，K0～K8分別為系統中各點故障。

試驗模擬A1作為開環點，S1、S2為同一電源情況下系統故障后的自恢復動作行為，一次系統模型參數如表1、表2所示。

表1 數字動模試驗等值系統參數

表2 數字動模試驗等值系統參數

圖5 試驗系統模型

當站B出現失壓時，系統根據自恢復邏輯進行判斷，其整組動作情況如圖6所示。

圖6 自恢復系統整組動作圖

其中，U7A、U7B、U7C分別為E2B1線近E2端三相電壓二次值；U10A、U10B、U10C分別為站B側110 kV母線三相電壓二次值；I8A、I8B、I8C分別為流過E2的三相電流二次值；I9A、I9B、I9C分別為流過B1的三相電流二次值；T3、T4、T5、T6、T7、T8分別為跳C1、C2、D1、D2、E1、E2的 信 號；H2、H3、H5分 別 為 合A1、C1、D1的信號。

由圖6可知，站B失壓后，E2B1線無流，0.516 s后跳開關E2，1.069 s后合開關A1，其他開關不動作，試驗結果符合檢驗依據《GT/B26864-2011電力系統繼電保護產品動模試驗》的要求。

3 結 論

依據《GT/B26864-2011電力系統繼電保護產品動模試驗》的相關要求，開展數字動模試驗模擬站B失壓時自恢復系統的整組動作情況。試驗結果表明：站間失電自恢復系統可準確、迅速及有序地識別故障，驗證了系統的供電可靠性。