基于廣義備自投技術(shù)的配電網(wǎng)故障自愈控制研究

梁廷安

廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司欽州供電局，廣西 欽州 535000

0 引言

受自然環(huán)境或外力破壞的影響，配電網(wǎng)設(shè)備會因各種故障出現(xiàn)跳閘，從而帶來大面積的停電。近年來，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，基于能源管理系統(tǒng)（EMS）的廣義備自投技術(shù)在局部電網(wǎng)失去主電源時(shí)，通過EMS系統(tǒng)智能判斷、批量序列遙控操作功能，利用備用電源自動恢復(fù)用戶供電?；诖?，基于廣義備自投技術(shù)的配電網(wǎng)故障自愈控制可有效提升配電網(wǎng)抵御大型事故造成大面積停電的能力，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

1 廣義備自投技術(shù)

廣義備自投技術(shù)是在EMS系統(tǒng)中設(shè)置功能模塊，將EMS系統(tǒng)大數(shù)據(jù)、智能化優(yōu)勢與調(diào)度員人工處理大面積停電事故的邏輯策略相結(jié)合，利用EMS的全網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能防誤、批量遙控操作、智能邏輯判斷等功能優(yōu)勢，實(shí)時(shí)研判電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)因輸變配電設(shè)備故障跳閘導(dǎo)致用戶供電中斷時(shí)，根據(jù)開關(guān)變位、保護(hù)裝置動作、遙信、遙測數(shù)據(jù)等信息，智能判斷故障設(shè)備、斷電范圍，利用事先設(shè)定的恢復(fù)策略，利用備用電源逐步對非故障設(shè)備送電，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大范圍內(nèi)備自投功能，恢復(fù)用戶的供電[1]。

2 自愈控制技術(shù)特點(diǎn)

（1）功能融合性。智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)既能起到檢測、監(jiān)控的作用，又能恢復(fù)秩序，起到保護(hù)的作用?？梢哉f是一種兼具測控和保護(hù)功能的新興技術(shù)，與現(xiàn)階段的科學(xué)技術(shù)發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)。隨著配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，COMS新產(chǎn)品逐漸產(chǎn)生。這使得計(jì)算機(jī)仿真控制功能與配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)緊密聯(lián)系在一起，從而更好地發(fā)揮出配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的作用。由此可見，計(jì)算機(jī)的自動化功能能夠促進(jìn)智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的發(fā)展和完善[2]。

（2）技術(shù)創(chuàng)新性。智能配電網(wǎng)控制項(xiàng)目中出現(xiàn)的新特點(diǎn)推動了智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這主要得益于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的公布。在這種背景下，智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)有必要打破原有技術(shù)的桎梏，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷創(chuàng)新發(fā)展，既要提高自愈能力又要完善自愈技術(shù)，確保運(yùn)行過程中的安全穩(wěn)定。只有這樣，智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)才能在技術(shù)發(fā)展需求日新月異的大環(huán)境中站穩(wěn)腳跟。

3 配電故障自動化系統(tǒng)自愈功能的局限性

（1）單電源、單主變情況影響客戶供電可靠性。在電網(wǎng)發(fā)展的過程中，部分地區(qū)不可避免地存在變電站單電源或單主變運(yùn)行的情況。一旦電源進(jìn)線或主變故障或上級電源故障，變電站中、低壓母線將全部失電，造成大量電力客戶供電中斷，給居民生活和社會生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。

（2）配電自動化系統(tǒng)自愈功能有局限?，F(xiàn)有配電自動化系統(tǒng)自愈功能僅能實(shí)現(xiàn)單一配電線路故障后的自動恢復(fù)，如圖1所示，以變電站出線保護(hù)動作和開關(guān)變位作為觸發(fā)條件，配電自動化將最后一個(gè)有故障電流的配電開關(guān)與第一個(gè)無故障電流的配電開關(guān)之間線路判定為故障區(qū)間，自動斷開相關(guān)配電開關(guān)隔離故障區(qū)間，通過變電站或手拉手線路恢復(fù)非故障區(qū)間線路供電。當(dāng)變電站主變故障或上級電源故障造成的10 kV母線失壓時(shí)，出線開關(guān)無保護(hù)動作和變位信息，不滿足觸發(fā)條件，自愈功能不啟動，無法實(shí)現(xiàn)自動恢復(fù)供電功能?，F(xiàn)有變電站備自投裝置是在變電站運(yùn)行過程中主供電源無壓、無流，備用電源有電壓，無影響備自投裝置動作的閉鎖信號，裝置自動斷開主供電源、合上備用電源恢復(fù)非故障設(shè)備供電的安全自動裝置。變電站站端備自投裝置一般只針對單座變電站備用電源自動投切。近年來，變電站間遠(yuǎn)方備自投裝置也逐步得到應(yīng)用，一般針對兩座串接供電的變電站間的電源備投。但兩種備自投裝置均無法實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大型故障大面積停電后的自動恢復(fù)供電[3]。

圖1 配電自動化系統(tǒng)

4 廣義備自投技術(shù)的配電網(wǎng)故障自愈控制技術(shù)分析

廣義備自投技術(shù)的配電網(wǎng)故障自愈能力（以下簡稱廣義配電網(wǎng)故障自愈功能）是基于配電自動化的配電網(wǎng)故障自動恢復(fù)供電功能，網(wǎng)絡(luò)化的安全自動裝置（功能模塊），在不誤動、不拒動的安全基礎(chǔ)上，具備網(wǎng)絡(luò)化、智能化和快速性的特點(diǎn)。模塊具備啟動條件判斷、防誤閉鎖，過程化智能序列操作等功能。

4.1 啟動條件

根據(jù)備自投動作的基本邏輯，需要判斷主供電源無壓、無流，備用電源有電壓，且無影響恢復(fù)非故障設(shè)備送電的閉鎖信號，運(yùn)行裝置動作。經(jīng)過對歷史電網(wǎng)故障的信息分析，確定廣義配電網(wǎng)自愈的啟動條件：變電站10 kV母線失去電壓、主變低壓側(cè)開關(guān)無電流，利用配電自動化的優(yōu)勢增加變電站10 kV出線拓?fù)涫щ娕袚?jù)。為防止誤動作，遙測數(shù)據(jù)需連續(xù)采樣3次，均滿足動作要求，才認(rèn)定為滿足啟動條件。閉鎖條件主要為防止母線故障（含電容器、電抗器、站用變或消弧線圈、PT等直接連接在母線上的設(shè)備）導(dǎo)致的母線失壓以及10 kV線路故障時(shí)開關(guān)拒動越級跳閘造成的母線失壓。因此，廣義配電網(wǎng)故障自愈閉鎖條件應(yīng)為10 kV母線保護(hù)動作、所有或部分10 kV開關(guān)保護(hù)動作跳閘，主變低后備保護(hù)動作、主變低壓側(cè)開關(guān)跳閘，10 kV出線保護(hù)動作等。滿足以上條件之一均閉鎖廣義配電網(wǎng)故障自愈功能。

4.2 動作序列

備自投動作的基本原理為斷開主供電源，合上備用電源恢復(fù)非故障設(shè)備供電。廣義配電網(wǎng)故障自愈利用調(diào)度自動化系統(tǒng)批量遙控操作和防誤閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)故障判斷后，實(shí)現(xiàn)故障設(shè)備隔離和非故障設(shè)備恢復(fù)送電。動作序列主要包括以下內(nèi)容：（1）斷開主供電源。低壓母線的電源主要來源于主變低壓側(cè)開關(guān)或低壓母線分段（母聯(lián)）開關(guān)，啟動條件判斷環(huán)節(jié)判斷故障設(shè)備不是母線或直接連接在母線上的設(shè)備和出線，具備廣義配電網(wǎng)自愈啟動條件，功能模塊遙控?cái)嚅_主變低壓側(cè)開關(guān)和分段開關(guān)。

（2）變電站間聯(lián)絡(luò)線路自愈。變電站間聯(lián)絡(luò)線路的自愈動作序列為①遙控?cái)嚅_變電站失壓母線所有出線開關(guān)及主變低壓側(cè)開關(guān)。②配電自動化自動合上相關(guān)配電聯(lián)絡(luò)開關(guān)恢復(fù)具備站間聯(lián)絡(luò)的10 kV線路供電。

（3）低壓母線恢復(fù)的方式。方案一：在功能模塊中每條低壓母線事先設(shè)定一條反送線路，完成站間聯(lián)絡(luò)線路送電后，遙控合上設(shè)定的反送線路變電站內(nèi)開關(guān)恢復(fù)母線送電。方案二：系統(tǒng)自動在恢復(fù)送電的站間聯(lián)絡(luò)線路中選取對側(cè)電源線路負(fù)載率較低、接帶負(fù)荷能力較大的線路，自動合上此線路變電站側(cè)開關(guān)恢復(fù)低壓母線送電。

（4）10 kV直配線路恢復(fù)。根據(jù)事故前負(fù)荷情況和事先確定的恢復(fù)送電順序，逐一合上可恢復(fù)的母線10 kV出線送電，完成直配線路自愈送電。

4.3 其他事項(xiàng)

（1）與上級線路保護(hù)配合。廣義配電網(wǎng)自愈功能應(yīng)躲開上級電源保護(hù)及重合閘、備自投動作時(shí)間，待現(xiàn)有各類保護(hù)、自動裝置和現(xiàn)有配網(wǎng)饋線自動化動作完成后，根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，啟動和執(zhí)行自愈功能。（2）防止系統(tǒng)誤動作。根據(jù)防誤閉鎖原則，利用技術(shù)手段防止自動化信息誤發(fā)、遙測數(shù)據(jù)不刷新或突變、現(xiàn)場自動化終端故障異常造成系統(tǒng)誤動作，主要包括送電設(shè)備拓?fù)洚惓＃ㄔO(shè)備冷備用、拓?fù)鋷щ姷龋?、送電范圍?nèi)有合閘接地刀閘、掛牌等閉鎖自愈功能。

4.4 動作示例

如圖2所示，以A站#1主變故障為例，1主變差動保護(hù)動作，10 kV#1母線及出線失壓，無#1主變低后備保護(hù)動作、10 kV出線保護(hù)動作等閉鎖信號。

圖2 變電站主變

（1）廣域自愈系統(tǒng)判斷故障區(qū)域在站內(nèi)10 kV母線外，具備廣義自愈功能動作條件，自動斷開所有出線開關(guān)，并再次跳#1主變001開關(guān)一次，確保隔離故障設(shè)備。

（2）廣域自愈系統(tǒng)合上聯(lián)絡(luò)開關(guān)L1、L2、L3恢復(fù)具有異站聯(lián)絡(luò)的線路1、線路5、線路6送電至站內(nèi)開關(guān)。

（3）廣域自愈系統(tǒng)用事前指定或智能選取的線路恢復(fù)A站10 kV#1母線送電，逐條恢復(fù)無異站聯(lián)絡(luò)的線路2、線路3、線路4送電。

5 結(jié)束語

綜上所述，基于廣義備自投技術(shù)的配電網(wǎng)故障自愈能力研究是將廣義備自投技術(shù)在配電網(wǎng)中深化應(yīng)用，對現(xiàn)有配電自動化系統(tǒng)饋線自愈功能的智能化擴(kuò)展，可以有效提高配電網(wǎng)故障后的自愈的能力，最大限度提高配電網(wǎng)供電可靠性。在此基礎(chǔ)上，還需要結(jié)合配電自動化系統(tǒng)建設(shè)和改造，進(jìn)行廣義配電網(wǎng)故障自愈功能研發(fā)，推廣廣義配電網(wǎng)故障自愈功能在電力系統(tǒng)的工程應(yīng)用。