郑丹 陈兴华 陈锦昌 杨文佳 李新超 陈睿 杨振南
（广东电网有限责任公司电力调度控制中心 广东广州 510075）
摘要：为提高备投成功率，备自投装置通常会在合上备供电源前切除小电源线路。然而在实际应用中，广东全省多个地区均存在于负荷与小电源混合在一起的复杂混合线路，当备自投装置检测到主供电源故障和合上备供电源的时候，该混合线路上的负荷不得不被一同切除，这将导致部分变电站或重要负荷失压。为解决这个难题，实现精准切除小电源，本文首先介绍了广东电网标准化备自投的逻辑，分析广东中山地区电网结构及运行的特点，提出了稳控跳信机的解决方案。利用原有备自投装置的硬接点开出信号驱动稳控跳信机通过通信网络向下级执行站的稳控跳信机装置发送跳闸命令报文，然后再跳开就地刀闸开关箱跳开纯小电源线路，从而实现精准切除小电源的解决方案，避免多个变电站、负荷失压，有效提高大电网应对严重故障下的快速恢复供电能力。
关键词：备自投；稳控跳信机；精准切除小电源；安全稳定控制；电力系统
随着广东地区经济的飞速发展，地区电网的结构变得越来越复杂，对供电可靠性的要求也随之变严格。当电力系统发生故障时都会对正常运行的变电站造成影响，甚至对于一些特殊的供电用户来说更有可能引发人身安全问题。除了编制合理的电网运行方式之外，特别是严重故障如N-2，交叉跨越线路、中开关拒动、主保护拒动、直流单极、双极、组合闭锁均需要受端电网进行大量、快速的切负荷措施来维持电力系统稳定，如何在电网稳定不受破坏的前提下提升供电质量成为电网公司的一个难题和挑战。
目前，当电力系统发生严重故障时，为保证供电可靠性，电力系统一般会安排其他备用电源。当主供电源由于故障跳闸时，变电站通过备自投装置自动快速地切除故障电源再合上备用电源实现快速恢复供电[1-3]。这种自动投入备用电源的装置在广东电网已经得到广泛的应用[4-6]。
然而在实际的应用中，广东部分地区电网拥有大量的小电源并网点，主供电源发生故障后，由于小电源的存在，将影响备自投的逻辑判别功能，从而导致装置拒动误，即发生备自投装置逻辑启动后迅速返回，没有合上备供电源，迫使这些小电源带着原本所有负荷运行，或者直接发送非同期并列，最终必然会导致出现低频低压、系统解列，并引发连锁变电站失压或大面积停电。因此备自投装置的逻辑设计必须包括有切除小电源的功能[7-8]。
1 广东备自投设计标准
现时广东地区的备自投在逻辑功能设计上已经实现了标准化，并在合上备供电源前需检测是否有小电源的存在。
然而在实际应用中发现，广东全省多个地区均存在与负荷混合在一起的复杂电源线路（简称为非纯电源线路），大多数情况下为负荷与电源的混合线路，当备自投动作需切小电源时，该混合线路上的负荷将不得不被一同切除，失去快速恢复供电的机会，这将导致部分变电站或重要负荷失压，给社会带来一定的经济损失。
以中山地区220kV同益站为案例，电网结构如图1所示，当220kV香同甲乙线发生N-2故障，220kV同益站220kV侧备自投装置检测到主供电源失压并满足动作条件时，在合上备供电源220kV同海甲乙线前，需切除永安电厂的机组，此时220kV同益站220kV侧备自投装置不得不切除包含有电源的220kV菊同甲乙线混合线路，从而造成220kV菊城站全站失压。
图1 广东中山部分地区电网结构
Fig.1Parts of power system in GUANGDONG Zhong Shan District
国内目前已有不少提高备自投动作成功率的解决方案，包括通过电子式组合互感器与GOOSE通信结合[9]、定值优化、装置逻辑[10]、回路改造、增加压板等方法[11-14]，但这些都不能彻底解决问题，特别是在混合负荷线路的情况下，更不能精准联切小电源。因此，当电力系统发生故障时为实现精准保负荷，避免出现更多的负荷损失，本文基于以往策略研究[15]，推荐一种最优方案：采用跳信机与备自投的配合，进一步提升装置动作的精确性、提高电力系统的供电可靠性。
2 稳控跳信机
目前，广东地区110kV标准化备自投装置已经通过RTDS入网测试，逻辑相对成熟固定。为免修改原程序，并便于工程的快速开展，本文将采取跳信机的解决方案，将本地硬接点信号快速、可靠地传送至远方厂站，实现备自投精准切小电源：在执行站端切小电源的出口节点和负荷侧站点分别接入稳控跳信机可以实现精准切除小电源，同时亦可以避免更多的站点失压。
2.1 跳信机原理
将原备自投装置切小电源的出口节点改接至稳控跳信机。当备自投装置启动并执行切小电源命令时，跳闸开出信号驱动稳控跳信机。稳控跳信机收到这些硬接点开入量后，经通信网络，分别向各对侧站点的稳控跳信机发送命令报文。各接收侧的稳控跳信机收到命令报文后，再向就地的开关操作箱发出跳闸信号，从而实现备自投装置的精准保负荷。方案的基本原理如下图2所示。
图2 跳信机方案原理
Fig.2the solution of TITS system
2.2 稳控跳信机设计特点
稳控跳信机设计厚度约为19英寸1U（1U=1.75英寸）高度的标准机架式设计，共设有8个通道单元，互相独立，各自并列运行，互不干扰。每个模块包含开关量及通信部分，每个模块都具有独立的使能开关及通道告警、动作指示。
装置具有“发信”和“收信”两种模式，使用切换开关进行模式切换，切换开关同时控制8路通信单元。
2.3 稳控跳信机的发信模式
1）总功能投入，稳控跳信机功能开发。
2）装置检测通道是否投入状态。
3）当装置检测到通道为投入状态后，在无开入（外部无源接点处于断开状态）时，跳信机对外发送心跳报文；当有开入（外部无源接点处于闭合状态）时，装置动作，对应通道动作灯点亮，动作接点闭合，跳信机对外发送动作信息报文。
4）当通道投入时，实时监测接收报文状态。
5）若接收到告警信息报文，则判断为收信侧发生通信异常，认为是通信告警，通信异常灯闪烁；在连续收到正确的心跳报文后，通道恢复正常。
2.4 稳控跳信机的收信模式
1）跳信机上电后，检测切换开关的状态，当切换开关置于“收信”时，进入收信模式。
2）当通道退出时，跳信机发送空闲报文。
3）通道投入后，当跳信机工作正常，对应通道无通信中断时，跳信机对外发送心跳报文；当跳信机对应通道发生通信异常时，跳信机对外发送告警信息报文。
4）当通道投入时，实时监测接收报文状态。
5）当连续接收到3帧动作信息报文后，发出开出信号，对应动作接点闭合，前面板上对应通道的“动作”灯点亮，“动作信号”接点闭合。
6）按下“复归”按钮，所有已结束动作的“动作”灯熄灭；在通道的“动作”灯未熄灭的情况下，通道可以重复再接收动作信息报文并执行闭合对应通道开出动作接点的任务。
2.5 接入要求
实现该方案需要从三个环节入手：
1）在备自投装置屏内放置新增的稳控跳信机，并完成屏内配线，包括：
a）将原切小电源线路（只针对负荷与电源的混合线路）的跳闸开出回路该接入稳控跳信机的A型接口，原跳闸回路建议取消；
b）稳控跳信机的供电回路；
c）从跳信机对应的C型接口引出同轴电缆至站内通信接口屏。
d）稳控跳信机的告警等其他监视信号的回路。
1）通信部分配合工作。开通送端与受端之间的通信通道。
2）信号接收侧。切除点应遵循以下原则：只会切除机组，不会切除负荷的；具备光纤通信条件的；便于运维的。一般情况下，优先考虑电厂出线的对侧开关，以防电厂运维不到位影响切除效果。确定后，找厂站内适宜放置稳控跳信机的屏柜，并完成屏内配线，包括：
a）从稳控跳信机的A型接口至开关操作箱的开出回路；若需要切除多个开关的，可将开出端子并联；
b）稳控跳信机的供电回路；
c）从跳信机对应的C型接口引出同轴电缆至站内通信接口屏。
d）稳控跳信机的告警等其他监视信号的回路
3 稳控跳信机改造方案
在220kV同益站220kV备自投装置加装稳控跳信机后，将原切220kV菊同甲乙线的跳闸开出回路改接入稳控跳信机的A型接口，取消原220kV菊同线跳闸回路。当220kV同益站220kV备自投装置检测到220kV香同甲乙线发生N-2故障，装置启动并按照定值的优先等级进行执行切除小电源命令时，跳闸开出信号驱动220kV同益站侧的稳控跳信机，并发信到220kV菊城站侧的稳控跳信。220kV菊城站侧的稳控跳信机收到命令报文后，向就地的开关操作箱发出跳闸信号，跳220kV永菊甲乙线的开关，从而实现稳控装置的精准保负荷，避免220kV菊城站及其下面110kV的站点失压。220kV同益站220kV备自投装置定值中，原跳220kV菊同甲乙线的出口压板需调整为“退出”，在切负荷（小电源）单元定值中把220kV菊同甲乙线的优先级整定为“9”小电源线路，优先切除。整个实施过程中，220kV同益站备自投装置定值不需更改。
目前，广东中山地区220kV同益站和菊城站已安装了稳控跳信机，若主供电源220kV香同甲乙线故障失压，220kV同益站220kV备自投装置启动，跳开主供电源开关后，原本准备再跳开小电源220kV菊同甲乙线的逻辑变更为220kV同益站侧的稳控跳信机发跳闸信号至对侧220kV菊城站稳控跳信机，220kV菊城站侧的稳控跳信机收到命令报文后直接向就地开关操作箱发跳电源线路220kV永菊甲乙线，精准切开220kV永安电厂，再合上备供电源220kV顺同甲乙线。避免损失220kV菊城站及其下面110kV站点的负荷。
稳控跳信机的应用非常广泛，除了以上案例中的备自投精准切小电源外，还可以延伸应用至多个执行厂站的结构上。实际上广东执行站切负荷装置，当稳控执行站启用切负荷时，通过稳控跳信机的应用可以精准闭锁下一级备自投，以防止备自投装置把切除的负荷备投于同一个供电区域。
4 结束语
本文提出了一种适应于备自投装置在快速恢复供电的时候实现精准切除小电源的解决方案，该方案通过在本地的备自投装置侧和对侧执行站点分别安装稳控跳信机，并分别设置为发信模式和收信模式，将本地硬接点信号快速、可靠地传送至远方目标厂站；当稳控跳信机发信侧收到硬接点开入量后，通过通信网络向对侧站点的稳控跳信机发送命令报文，备自投远方执行站点的稳控跳信机收到命令报文后再向就地的开关操作箱发出跳闸信号，实现精准切除小电源，同时避免更多的站点失压。此解决方案建立在标准化备自投装置的推广应用基础上，避免了修改原程序，便于工程的快速建设，对于一些混合了负荷线路而又需要切除小电源的备自投策略来说是一个最优、最快的解决方案。稳控跳信机的解决方案使得备自投装置在电网切小电源的结果上更加精确，更加符合现场实际，提高了大电网应对严重故障下的供电能力恢复。
参考文献：
[1]马新明，黄勇，王成. 浅谈备自投联切小电源逻辑程序方案改进[J]. 电气开关，2017，5：112-113.
MA Xing-ming，HUANG Yong，WANG Cheng. Discussion about Standby Automatic Linking Cutting Small Power Logic Program Improvement Plan[J]. Electric Switcher，2017，5：112-113.
[2]徐赛梅. 小电源并网系统中的备自投解决方案[J]. 中国新技术新产品，2010，24：149.
XU Saimei. Automatic load switching solution for small power source[J]. China New Technologies and Products，2010，24：149
[3]李明，李景强. 一种基于智能电网的广域备自投方案[J]. 电力系统保护与控制，2013，41（11）：129-133.
LI Ming，LI Jingqiang. A wide area standby power supply automatic switching scheme based on smart grid[J]. Power System Protection and Control，2013，41（11）：129-133.
[4]张勇，梅勇。带小电源接入的变电站备自投应用探讨[J]. 南方电网技术，2013，2：120-122.
ZHANG Yong，MEI Yong. Discussion on the Automatic Bus Transfer Equipment Application in Substations Integrated with Small Power Sources[J]. Southern Power System Technology，2013，2：120-122.
[5]高崇龚贤夫李作红广东110kV电网备自投装置的应用分析[J].电网与清洁能源，2014，8：57-62.
Application Analysis of Auto-Switch-on Device in the Guangdong 110 kV Power Grid[J]. Advances of Power System & Hydroelectric Engineering，2014，8：57-62.
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（三）优化电气检修方式
在进行电力电气设备检修过程中，需要对当前采用的检修方式进行优化和创新，把现代化技术和手段运用其中。在优化电力电气设备检修方案的过程中，应该把电力电气设备运行情况当作基本，对设备加以针对性检修。设备运行数据作为评估电力电气设备是否存在问题的核心要素，和传统检修方式进行比较，状态检修自身更加具备严谨性和规范性。并且这种检修方式可以应用在各个电力电气设备检修活动中。在进行电力电气设备检修时，结合各个设备，采取对应的检修方式。只有这样，才能实现电力电气设备检修水平的提升。除此之外，还要对检修日期有所了解，结合设备运行状况来明确。和传统检修方式存在的主要差异在于，检修时间要求上的不同。状态检修方式在时间上更加灵活性，能够及时找出设备运行过程中存在的问题并处理，减少问题给其他电力电气设备运行带来的影响。
（四）加强电气设备管养
采用合理的检修对策，加强电力电气设备检修管理，对电力电气设备检修工作的有序进行有着重要意义。所以，应该给予此项工作充分关注。在实际过程中，应该加强对电力电气设备检修情况的管理，对检修方案进行核查，保证设定的检修方案满足电力电气设备检修要求，及时将设备存在的问题进行处理。并且，做好检修人员管理活动，在日常过程中，需要把检修人员薪酬和考核充分结合，提升人员对电力电气设备检修工作的关注力度，以此保证检修工作有序落实[4]。要想提升电力电气设备工作水平，还要结合电力电气设备运行状况，适当的转变运行方案，优化运行环境，让设备可以在良好的环境中运行，减少电力电气设备故障出现的可能性。除此之外，在日常工作环节中，还要加强设备养护，例如定期对设备运行情况进行核查和监管，做好设备清理工作，降低杂物给设备运行带来的影响。并且，定期进行设备内部检查，定期给设备投放防护措施，例如涂抹润滑油等，提升设备运行水平和效率。
四、结束语
总而言之，随着我国电力系统运行水平的全面提升，传统电力电气设备检修方式已经不能迎合当前社会发展要求，所以，要想给电力电气设备运行提供良好的工作环境，需要根据实际情况，做好电力电气设备检修工作，科学设定电力电气设备检修方案，优化电力电气设备检修方式，加强电力电气设备检修管理工作，从多个环节入手，提升电力电气设备检修水平，从而推动我国电力行业的稳定发展。
参考文献：
[1]温炜.电气设备检修试验中的问题与对策[J].农村电气化，2018（10）：78.
[2]许英春.电力设备状态检修与预防性试验探析[J].电子元器件与信息技术，2018（09）：113-115.
[3]杨白冰.电力电气设备状态检修技术[J].机械管理开发，2018，33（08）：253-254.
[4]赵徐阳.试论如何有效提高电力电气设备的检修水平[J].山东工业技术，2016（24）：167.
论文作者:郑丹,陈兴华,陈锦昌,杨文佳,李新超,陈睿,杨振
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/15
标签：电源论文; 装置论文; 报文论文; 电气设备论文; 负荷论文; 电力论文; 电网论文; 《河南电力》2018年19期论文;