220kV站主变停运致110kV母线停运后复电策略的研究与实现
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东方电子股份有限公司、广东电网珠海供电局的研究人员成江东、高贞彦等，在2018年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，备自投装置是保障电力系统供电可靠性的重要设备。在220kV站中，若某110kV母线失电，站内有备自投，则备自投动作策略目标为将其由当前主变改由另一主变供电；但若本站主变均已经失压，则将无法通过备自投动作，达到110kV母线复电的目的。
本文提出的智能复电系统，能够根据地区电网特点，充分考虑备自投动作时序、遥测及遥信，以复电单元管理母线复电过程，自动检测闭锁条件、充电条件、启动条件、动作条件及220kV主变与110kV母线状态，搜索备用电源，给出复电策略，并在母线复电后自动检测供电路径越限情况，给出切负荷策略。实验表明，智能复电系统达到了预期目的。
地区电网在变电站内部通常装设一定数量的备自投装置[1]，当电网发生故障导致母线停电时，满足条件的备自投就会动作，使停电母线重新恢复供电，以保证供电的可靠性[2]。但因站内备自投自身的局限性，有些情况下无法通过备自投实现恢复供电。
在220kV变电站中，装设的备自投动作前提一般为110kV母线失压，主变带电，动作策略一般为断开母线相连的主变中压侧开关，闭合110kV母联开关，从而达到母线恢复供电的目的。但若发生备自投动作失败或220kV主变均退运的情况，则相关110kV母线将无法恢复供电，从而陷入失电的风险。
本文提出的复电策略，能够有效弥补站内备自投的缺陷。相关策略基于电网实时运行方式，计算搜索出复电路径[4]，实现220kV站110kV母线的恢复供电，然后检测复电路径，其有线路越限，则搜索原失电母线所带的负荷[3]，依优先级和电流大小排序切负荷，直至线路越限消除。
1 智能复电系统设计思想
1.1 复电单元建模
为了方便管理，提出复电单元的概念。为每条220kV站的110kV母线对应设置一个复电单元，220kV站的110kV母线与复电单元为一一对应关系。由复电单元对相关母线失压——复电——切负荷的过程进行管理。为复电单元设置充电条件、闭锁条件、启动条件、动作条件，以准确判断母线所处的状态。
1）充电条件。复电单元充电条件成立的前提是相关110kV母线有压，与此母线相连的变中开关为合位且有电流（标准为大于10A），有其他220kV站的110kV母线作为备用电源，即以复电单元母线为起点，有可用复电路径连通到其他220kV站的带电的110kV母线。
2）闭锁条件。若有保护动作造成110kV母线失电，此时母线复电，则可能造成危害蔓延，必须闭锁复电单元。相关保护如：凤凰站110kV母线差动保护，凤凰站主变后备保护等。复电单元闭锁后，不会生成复电策略。
3）启动条件。220kV母差保护动作或主变保护动作引发110kV母线失电，视为满足启动条件。
4）动作条件。110kV母线失压，主变变中开关无流，则视为动作条件满足。
1.2 动作开关和复电路径
为了防止误控，从实际需要出发，指定某些开关作为某母线复电策略时的备选开关。除此而外，都不加入策略。这些备选开关即为动作开关，在“凤凰站、珠海站、乐园站电网结构图”中，凤凰站110kV 1母和110kV 2母相关复电单元的动作开关均为以下8个开关：凤凰站凤官乙线140开关、凤凰站凤官甲线139开关、凤凰站凤海线132开关、凤凰站凤新线131开关、乐园站凤官乙线140开关、乐园站凤官甲线139开关、珠海站凤海线132开关、珠海站凤新线131开关。
图1 凤凰站、珠海站、乐园站电网结构图
复电路径是指从失压的110kV母线展开搜索，到达另一220kV站带电110kV母线经过的电网路径。复电路径满足以下条件即为可用复电路径：①本路径上的开关刀闸有且仅有一个开关处于断开状态，且此开关已经被定义为动作开关，即一旦闭合此动作开关，此路径将会把两条220kV站的110kV母线连通；②本路径上的电网设备只有110kV电压等级的，且不可过长，即串供级数不可过多，路径上的电网设备不可涉及3个或3个以上的220kV站。
1.3 复电路径的电流裕度
一条复电路径往往包含多个线路段，每个线路段的允许电流不尽相同，而且各线路当前电流值也不尽相同。一条线路的电流裕度为其电流允许值与当前电流差值，复电路径的电流裕度为其各线路段的电流裕度最小值。
1.4 防止复电策略误生成
220kV站110kV母线失压的情况有很多，很多情况下不需要本系统生成复电策略，如果误生成策略，将进而带来误遥控的风险，因此防止复电策略误生成非常重要。
1）时间延迟处理
（1）站端备自投动作处理。110kV母线失压后，站端备自投可能会动作。因此，有必要对站端备自投动作采取等待避让措施，即在检测到110kV母线失压后并不立即生成复电策略，而是等待30s，若备自投动作成功，则母线恢复有压状态，相关遥测量的刷新，在30s内都足以完成。若30s后，母线仍处于失压状态，则可确认相关110kV母线仍未复电。
（2）保护信号量变位自保持处理。保护类遥信往往变位后会立即复归，因此需要对其动作的状态做自保持处理。在进行相关条件判断时，认为此信号量处于动作状态。
（3）放电时间。在110kV母线失压或其他情况出现，充电条件由成立转为不成立后，相关复电单元进入放电时间，放电时间限为900s。放电时间过后，将不再生成复电策略。
2）生成复电策略的前提条件
复电单元生成复电策略需要满足以下条件：复电单元未闭锁，放电时间未结束，启动条件满足，动作条件满足。否则不生成复电策略。通过以上各种条件的配合处理，能够有效地防止复电策略误 生成。
图2 复电单元状态转换流程图
1.5 复电策略生成方法
避过站端备自投动作时间，确认复电策略生成前提成立，系统进入复电策略生成环节。复电处理顺序为通过切断母联开关，断开其他母线与失压母线的电气连接，通过切断变中开关，断开相关主变与失压母线的电气连接，然后为失压母线恢复供电。
因此，首先搜索与失压母线相连的闭合的母联开关，加入策略；然后搜索与母线相连的闭合的变中开关，加入策略；最后以此失压母线为起点，按电网拓扑模型搜索复电路径，若同时存在多条复电路径，则按其电流裕度排序，电流裕度最大者为首选复电路径，相关动作开关加入策略。
1.6 复电后过载联切处理
110kV母线复电后，其失压前所带负荷将转由复电路径线路供电，相关线路上的负荷陡增，若过载，则需要做切负荷降载处理。方法为搜索原失压母线所带负荷，将这些负荷按优先级和电流大小排序，并按复电路径过载电流量计算出切负荷个数，将相关负荷开关加入断开策略。
1.7 策略执行方法
智能复电系统提供了3种控制模式，即仅监视、开环确认执行和闭环执行。若设置为仅监视，则系统只监视110kV母线状态，不进行任何处理；若设置为开环确认执行，则在系统生成策略后，经人工确认后才执行控制策略；若设置为闭环执行，则系统生成策略后将自动执行相关策略。
1.8 智能复电系统总体处理流程图
图3 智能复电系统总体流程
1.9 智能复电系统全局参数设置
智能复电系统全局参数如下。1）110kV母线有压定值设置（缺省为0.8Un，Un为电压额定值），母线三相电压均大于此值为有压。2）110kV母线无压定值设置（缺省为0.2Un，Un为电压额定值），母线三相电压均小于此值为无压。3）220kV主变变中开关有电流定值设置（缺省为50A），开关三相电流采集值均大于此值为有电流。4）220kV主变变中开关无电流定值设置（缺省为50A），开关三相电流采集值均小于此值为无电流。5）过载系数定值设置（缺省为0.9），线路电流采集值＞过载系数×线路允许电流值，即认为线路过载。6）站端备自投动作避让时间（缺省为30s）。7）复电单元放电时间设置（缺省为900s）。8）保护动作信号自保持时间设置（缺省为900s）。
2 软件控制流程
智能复电系统将遥控开关的命令发给控制服务器，最终通过前置处理单元经下行通道送到厂站远动终端（remote terminal unit, RTU），完成遥控过程。
3 在线实验效果及过程分析
现场在线实验中，厂站端用动模测试仪按“图1凤凰站、珠海站、乐园站电网结构图”的运行方式设置各开关位置，凤凰站#1主变、#2主变、#3主变各侧开关均闭合；珠海站、凤凰站、乐园站各110kV母线的各相电压均设为65.8；凤凰站#1主变中压侧101开关各相电流设为193；凤凰站#2主变中压侧102开关各相电流设为252；
凤凰站#3主变中压侧103开关各相电流设为232；凤凰站凤官乙线140开关各相电流设为177；凤凰站凤官甲线139开关各相电流设为0；凤凰站凤海线132开关各相电流设为0；凤凰站凤新线131开关各相电流设为0；乐园站凤官乙线140开关各相电流设为0；乐园站凤官甲线139开关各相电流设为0；珠海站凤海线130开关各相电流设为87；珠海站凤新线129开关各相电流设为130。
凤官甲线、凤官乙线、凤海线、凤新线两端开关均已经设为动作开关，此时凤凰站110kV 1母复电单元满足充电条件，凤凰站110kV 2母无备用电源，故其复电单元不满足充电条件。
然后站端模拟220kV母线母差保护动作，110kV 1母各相电压变为零，110kV 2母各相电压变为零，#1主变变中101开关各相电流变为零，#2主变变中102开关各相电流变为零，#3主变变中103开关各相电流变为零，#1、#2、#3主变高压侧开关均跳开，此时凤凰站110kV 1母复电单元开始放电，其启动条件和动作条件满足，智能复电系统避过站端备自投动作时间（30s）后，生成复电策略，为依次断开母联100开关，断开101开关，断开102开关，闭合凤凰站凤海线132开关。
执行策略后，凤凰站110kV 1母恢复供电，系统完成过载切负荷环节后，结束凤凰站110kV 1母的恢复供电处理流程。凤凰站110kV 2母复电单元因初始时充电条件不满足，系统对凤凰站110kV 2母的失压不做处理。
从实验过程可以看出，当110kV母线有压、相关变中开关有流、有备用电源（实验中为220kV乐园站、220kV珠海站）时，复电单元充电条件满足。之后当220kV母线保护动作致110kV母线失压时，复电单元充电条件不满足，进入放电时间，动作条件和启动条件成立。
系统在生成策略前避让了站端备自投动作时间。生成的策略遵循先断母线开关和变中开关以切除故障，再合动作开关恢复供电的原则。在选择闭合的动作开关时，复电路径凤官乙线、凤海线、凤新线的最大允许电流均为600A，凤海线当前各相电流为87，可知其在3条路径中电流裕度最大，故凤海线对应的动作开关被选中。
凤凰站110kV 1母恢复供电后，系统进入切负荷环节。凤凰站110kV 2母因无备用电源故其复电单元充电条件不成立，系统即不对凤凰站110kV 2母的失压不做处理，有效地防止了策略的误生成。
实验结果表明，系统功能与系统设计相符合。
本文针对220kV厂站110kV母线因主变故障或220kV母线故障而失压的问题提出了解决方法。所设计的智能复电系统，避让了站端备自投动作时间，对各种信号做了较周密的判断计算，自动搜索110kV母线的复电路径，适合各种运行方式，有多种控制方式是可靠供电的又一保障。
现场在线实验情况表明，本文的处理方法是有效的，可以在比较短的时间内对失电的母线恢复供电，可以有效的保证供电的可靠性，保障电网稳定运行，安全供电。