安全稳定控制措施与备用电源自动投入措施的协调策略

陈兴华，陈锦昌，杨文佳，李新超，于浩

(1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州510600；2.江苏华瑞泰科技股份有限公司，江苏 南京210000)



安全稳定控制措施与备用电源自动投入措施的协调策略

陈兴华1，陈锦昌1，杨文佳1，李新超1，于浩2

(1.广东电网有限责任公司电力调度控制中心，广东 广州510600；2.江苏华瑞泰科技股份有限公司，江苏 南京210000)

安全稳定控制(以下简称“稳控”)措施与备用电源自动投入(以下简称“备自投”)措施存在互相协调的问题，针对传统的协调应对策略适应性较差的缺陷，提出采用基于光纤通信网络的稳控跳闸信息收发机(以下简称“稳控跳信机”)的解决方案。介绍了该方案的基本原理和稳控跳信机的设计思想，并对备自投装置、稳控装置、通信网络的改造进行了分析。该方案在广东省佛山、东莞等地区应用，效果理想。最后指出有效监视稳控跳信机的实时状态是下一步研究的方向。

安全稳定控制；备用电源自动投入；稳控跳闸信息收发机

安全稳定控制(以下简称“稳控”)措施是确保互联大电网安全稳定运行的关键。进入“十三五”规划实施期，南方电网就逐步拉开了异步联网的序幕，作为受端的广东电网，直流双极闭锁情况下引起的低频问题将成为电网稳定的主要问题，快速切负荷措施是防止稳定受破坏的必不可少的手段；另一方面，电网解环点装设备用电源自动投入(以下简称“备自投”)装置，已成为加强电网供电可靠性的常规措施，在主供电源失去时，自动投入备供电源，实现负荷的连续供电[1]。

根据调度运行的相关规定，在稳控策略(包括远方切负荷、就地过流减载、低频减载和低压减载等)中，切除的负荷原则上不得自投于同一供电区域，以防止稳控措施失效，因此稳控措施与备自投措施的安排产生了矛盾。如何在确保电网稳定不受破坏的前提下提升供电可靠性，成为一个不可忽视的研究课题。

本文对传统的协调应对策略及其适应性进行分析，并提出一种新的解决方案——稳控跳闸信息收发机(以下简称“稳控跳信机”)。

1 人工措施

调度运行人员通过时空交错，实现稳控措施与备自投措施的有效适应和共存。具体为：

a) 利用电网潮流的峰谷性特点，在时间上进行措施切换。供电高峰期，电网稳定问题相对突出，此时退出备自投措施，确保稳控措施的有效性；供电低谷期，电网潮流轻，稳定问题不突出时投入备自投措施。这种协调配合策略对于调度运行人员来说，管理上非常繁琐，操作频繁(即使备自投装置具备定时自动投退功能)，且对于峰、谷期稳定问题均较突出的系统无法适应，故此做法实际上应用较少。

b) 方式人员对稳控措施进行整定时，将需要备自投的负荷单元排除于切除之列，只考虑切除不作备自投的负荷单元，以及备自投至非本区域的负荷单元。此做法在一定程度上解决了稳控措施与备自投措施的配合问题，但是往往造成方式安排上的受限，方式灵活性大为下降，制肘较多。

c) 将主、备供单元均纳入稳控措施切除对象之列，且整定为同一切除优先级，从而确保主备供线路同时切除，即使备自投装置动作把负荷自投到备供线路也能切除到位，同时备自投措施长期可用。但此手段也有一定的局限性，只有当主、备供线路均在同一站内时才适用。

综上所述，采用人工干预的措施解决了某些情况下稳控措施与备自投措施的矛盾，但有明显的局限性，适应性不广。

2 适应稳控措施的备自投装置

常规备自投装置通常以母线无压、主供单元无流(以下简称“无压无流”)作为启动条件。一般情况下，虽然采取稳控措施切除负荷与变电站因主供单元故障造成失压均满足上述启动条件，但事故过程所呈现的电气状态是有明显区别的。因此，现时出现了适用于稳控措施的备自投装置，利用电气状态进行区分，当识别为主供单元故障时开放备自投，否则判别为稳控措施动作而闭锁备自投[2]。相对成熟的原理有3种，分别为利用合后位置继电器(KKJ)、重合闸(reclosing)和母线不平衡电压U，简称“KRU判据”。具体如下：

a) 开关位置不对应时开放备自投。将主供开关的位置信号与合后位置信号进行比较，二者不一致时表明失压，其原因是主供单元发生故障造成开关跳闸。备自投装置在满足无压无流条件和KRU判据时方可启动。此原理适用性较广，但某些情况(例如终端站点)下，主供线路故障时对侧开关跳闸但本侧开关不跳闸，造成原理上无法适应。个别年代久远的变电站，现场也不一定能够提供合后位置信号。

b) 检测重合闸时开放备自投。启用了重合闸的线路在发生非对称故障时，非故障相的母线电压会呈现有压—无压—有压的变化过程，区别于稳控切负荷措施的有压—无压过程。备自投在无压无流条件且电压波形满足KRU判据时方可启动。当主供线路发生三相故障时，其电压波形与切负荷措施的电压波形类似，此原理将无法准确判别[3]。

c) 母线电压不平衡时开放备自投。主供线路发生非对称故障时，检测母线的零序电压或负序电压，满足无压无流条件且零序或负序电压高于门槛值时方可启动备自投。当主供线路发生三相故障时，此原理将无能为力，无法准确开放备自投。

综上所述，采用KRU判据的备自投装置，通过3个原理之间的相互补充，多数情况下能准确区分稳控切负荷措施与故障造成的母线失压。但在实际工程应用过程中往往会遇到下列困难，造成应用推进受阻：主供线路发生三相故障且对侧开关跳闸、本侧开关不跳闸的情况，或者上级线路三相无故障跳闸的情况，KRU判据均无法准确识别；电压不平衡门槛整定困难，500 kV或220 kV线路发生不对称故障时，110 kV变电站往往也会感应出电压不平衡量，且灵敏度不高，难以区分，存在误判为110 kV线路故障的可能，从而误开放备自投；须对电网中现存的大量备自投装置的软硬件进行适应性改造，且相当一部分的型号较为老旧，不具备改造条件，需要直接更换。

3 稳控跳信机解决方案

为了进一步弥补KRU判据在原理上的缺陷，解决工程实施上的困难，本文提出利用新型设备稳控跳信机实现精准闭锁备自投的解决方案。

3.1 方案的基本原理

当稳控执行站装置执行切负荷命令时，在就地跳闸出口基础上，增加相关硬接点(一般有多个)开出，以驱动稳控跳信机。稳控跳信机收到这些硬接点开出量后，经通信网络分别向各切除单元对应的110 kV变电站的稳控跳信机发送闭锁命令报文。各接收侧的稳控跳信机收到闭锁命令报文后，再向备自投装置发出闭锁信号，从而实现备自投装置的精准闭锁。方案的基本原理如图1所示。

图1 方案原理

由此可见，方案实现需要围绕4个方面开展工作：稳控跳信机的设计开发、备自投装置侧改造、稳控装置侧改造和通信网络的建设。

3.2 稳控跳信机原理设计

稳控跳信机采用1 U(1 U=4.445 cm)高度的标准机架式设计，110 V或220 V直流电源供电，以方便在原有稳控装置和备自投装置的屏柜中增设。

稳控跳信机设有执行站侧和备自投侧2种模式，根据放置点不同，使用切换开关进行模式切换。设置16组独立接口，各组接口相互独立、互不影响。每组接口包括A、B、C 3种类型，A型接口为普通电口，专门用于在执行站侧模式下接收稳控执行站装置发出的闭锁信号；B型接口为普通电口，专门用于在备自投侧模式下向备自投装置发出闭锁信号；C型接口为同轴电缆接口，当装置处于执行站侧模式时负责向通信网络发送通信报文，当装置处于备自投侧模式时负责接收通信网络的通信报文。因此，若稳控跳信机安装于稳控执行站装置内，则使用A型和C型接口；若稳控跳信机安装于备自投装置内，则使用B型和C型接口。

因涉及到通信问题，稳控跳信机应具备可靠的报文校验机制。由于方案的通信报文为执行站→备自投的单向流动，故当装置处于备自投侧模式时，任一组接口收到连续3帧闭锁信息报文，设备方可发出闭锁开出信号，开出信号持续时间为2 s，然后强制返回。

此外，稳控跳信机还具备异常和动作告警等基本功能等，鉴于篇幅原因在此不赘述。

3.3 稳控装置侧改造

3.3.1 硬件

首先，在原有稳控装置的基础上，根据接入负荷单元的规模，增加相应数量的开出量并作为稳控跳信机的硬接点驱动信号；其次，在稳控装置屏内部放置新增的稳控跳信机，并完成屏内配线，包括将稳控装置各出口闭锁信号回路引入稳控跳信机的A型接口和供电回路，一般情况下，稳控装置屏柜内部均有足够的空间放置稳控跳信机；最后，从稳控通信机对应的C型接口引出同轴电缆至站内通信接口屏。

某些情况下会遇到1条110 kV负荷线路T接多个负荷站点，即切除1个负荷单元时需同时闭锁多个备自投装置。此时，可在稳控装置屏柜上增加横排端子，使该110 kV负荷线路对应的闭锁开出信号通过横排端子并接相应数量的信号，再接入稳控跳信机。

当稳控装置的屏柜数量多于1个时，对稳控跳信机宜优先考虑置入带出口回路的屏柜，可使回路接线改造工作量最少。

3.3.2 软件

需对稳控装置原有的策略进行调整优化。对于稳控切负荷装置，常规策略包括远方切负荷、线路“N-2”切负荷、主变压器或线路过流切负荷、低频切负荷和低压切负荷等。其中，远方切负荷、低频切负荷和低压切负荷功能往往是应对主网严重故障下的紧急控制措施，故此类控制措施不允许采取备自投措施；线路“N-2”切负荷、主变压器或线路过流切负荷功能则根据运行方式和实际情况而定，存在允许将切除的负荷自投至其他供电区域供电的可能性。因此，对稳控装置整定策略的优化，增加了闭锁信号发送策略定值表的整定，见表1。

表1 闭锁信号发送策略定值

以表1的整定值为例，当稳控装置的线路“N-2”策略动作时，将同时发出对负荷单元1、2闭锁备自投的信号，负荷单元8则不闭锁备自投；当主变压器或线路过流策略动作时，只有负荷单元2的备自投不被闭锁。

3.4 备自投装置侧改造

一般备自投装置均设有外部闭锁开入节点，当该节点收到开入量信号时，备自投装置将直接放电闭锁。改造时将稳控跳信机安装在备自投装置屏柜内，并完成屏内配线，包括将电缆从稳控跳信机的B型接口引至备自投装置的外部闭锁开入节点以及稳控跳信机的供电回路等，一般情况下备自投装置屏柜内部有足够的空间放置稳控跳信机；最后，从稳控通信机对应的C型接口引出同轴电缆至站内通信接口屏。

方案有效利用了此闭锁节点，无需更新原有备自投装置的软件程序，即可简单、方便地达到目的，改造工作量少。

3.5 通信网络

方案需要稳控执行站站点至相关配置了备自投措施的站点之间具有光纤通信网络的链路，以实现命令的快速传输。近年来，电力系统的配套通信网络建设飞速发展，光纤通信网络覆盖面日益扩大，为本方案的工程实施推广提供了强有力的保障。

3.6 评价及应用

本方案与前方案相比，具有以下优点：

a) 原理上不存在误闭锁或拒闭锁的可能。只要有光纤网络覆盖的站点，无论是110 kV侧还是10 kV、20 kV侧备自投装置，均可实现准确闭锁。

b) 最大限度地减少了工程改造工作量。除却在原稳控装置和备自投装置内增设1台跳信机及站内敷设同轴通信电缆，主要的改造工作量是原稳控装置屏内增加开出量接线。

c) 采用硬接点作为与稳控装置、备自投装置的输入、输出接口，通用性更强。稳控跳信机属于第三方设备，可以不受原有稳控装置和备自投装置生产厂家的限制进行生产。

d) 整定难度更低。目前稳控跳信机产品已顺利通过中国电机工程学会鉴定，并在广东省佛山、东莞等多个地区应用，工程效果理想。

4 结论

对于110 kV及以下电压等级的存量备自投装置，在具备光纤通信网络的条件下，宜优先采用稳控跳信机的解决方案；对于110 kV及以下电压等级的新建备自投装置，则宜优先采用KRU判据逻辑，必要时可叠加稳控跳信机，以进一步提高闭锁准确性。

随着稳控跳信机的应用，须补充相关管理条款，以厘清其调度管辖关系和运维要求；另一方面，如何有效监视稳控跳信机的实时状态，是下一步需要研究的方向。

[1] 杨文佳，张荫群，吴国炳，等.广东电网备用电源自动投入装置标准化设计的研究[J].南方电网技术, 2009, 3(增刊)：103-107.

YANG Wenjia,ZHANG Yinqun,WU Guobing,et al.Research on the Design Standardization of Automatic Bus Transfer Device of Guangdong Power Grid[J].Southern Power System Technology,2009,3(Supplement)：103-107.

[2] 潘书燕，吕良君，周洪涛，等.一种适用于安全稳定控制系统的备用电源自投装置[J].电力自动化设备, 2007, 27(2)：114-117.

PAN Shuyan,LÜ Liangjun,ZHOU Hongtao,et al.Automatic Bus Transfer Equipment Under Safety and Stability Control System[J].Electric Power Automation Equipment,2007,27(2)：114-117.

[3] 陈茂英.安全稳定控制系统在应用中相关问题的探讨[J].继电器, 2007, 35(增刊)：425-430.

CHEN Maoying.Discussion on the Related Problems in the Application of Security and Stability Control System[J].Relay，2007,35(Supplement)：425-430.

(编辑 李丽娟)

Coordination Strategy for Security and Stability Control Measures and Automatic Switching-in Measures for Reserve Power Supply

CHEN Xinghua1, CHEN Jinchang1, YANG Wenjia1, LI Xinchao1, YU Hao2

(1.Guangdong Power Grid Power Dispatching Control Center, Guangzhou, Guangdong 510600, China; 2.Jiangsu HRT Technology Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 210000, China)

There are problems of coordination between security and stability control measures and automatic switching-in measures for reserve power supply, in allusion to defect of poor adaptability of traditional coordination strategy, this paper proposes an offer to use stability control signal transceiver based on fiber communication network.It introduces fundamental principles of this scheme and design ideas of the transceiver, and analyzes transformation on the automatic bus transfer equipment, stability control device and communication network.This scheme has been applied in Foshan, Dongguan and other areas which is proved to be effective.It finally points out effect monitoring on real-time state of the transceiver is the next research direction.

security and stability control; automatic switching-in of reserve power supply; stability control signal transceiver

2016-05-24

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.11.021

TM712；TM762.1

B

1007-290X(2016)11-0110-04

陈兴华(1977)，男，广东广州人。高级工程师，工学硕士，主要从事电力系统运行、控制与管理工作。

陈锦昌(1981)，男，广东罗定人。高级工程师，工程硕士，主要从事电力系统运行、控制与管理工作。

杨文佳(1982)，女，广东汕头人。高级工程师，工学硕士，主要从事电力系统运行、控制与管理工作。