基于光纤通信的站间失电自恢复系统

李 福，李 卫，马宇飞，李 晶，王辉春

（1.云南电网公司红河供电局，云南 红河 661100；2.云南电网公司普洱供电局，云南 普洱 665000；3.长园深瑞继保自动化有限公司，广东 深圳 518057）

0 引 言

现代社会中，电力能源已经渗透到社会活动和人民生活的各个方面。稳定、可靠的供电是国民经济和社会发展的基础，电网安全是社会公共安全的重要组成部分。因此，保障电力的有序供应与电网的安全运行尤为重要。

随着电网智能化的发展，电网结构日益复杂，越来越多的地区采用链式结构串供变电站系统[1-6]，以提高供电可靠性。目前，基于站内电气信息量的传统，备用电源自投系统存在实时性较差、数据发生时刻的时序关系不准确等问题。该系统仅作用于装设有该备自投的单一变电站，同时只能挽救链式网络中开环点厂站的负荷，应用范围存在局限。因此，亟需有针对性地改进常规备自投装置存在的缺陷，保障供电可靠性。

1 站间失电自恢复系统原理介绍

图1为包含2个主供电源站和3个串供110 kV变电站的典型链式串供系统，其中，黑色矩形符号表示断路器。该链式系统最多可包含4个串供站。当串供回路发生故障时，自恢复系统能根据实时获取的区域电网全景信息进行自动识别、判断，跳开紧邻故障点的失电站的原主供电源开关，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电[7-9]。

图1 链式串供变电站的系统示意图

图2 为自恢复系统的架构图。按照分层控制的原则配置整个区域自恢复系统，在两个电源站A、B及各串供变电站C、D、E配置自恢复系统子站，选择其中一个变电站作为枢纽站，并配置自恢复系统主站。根据子站上传的数据，主站完成整个系统的自恢复逻辑判断后，将动作命令发送至各子站。自恢复系统子站负责实现信息量的采集和上送，接收主站发送的跳合闸命令，并将其转化成常规节点输出执行。

光纤通道具有传输容量大、抗电磁干扰能力强及运行可靠性高等常规通信方式无可比拟的优良性能。光纤通信技术在电力系统继电保护领域中的应用越来越广泛，促使光纤通道成为信息传输的主要通道。为提高系统的通信可靠性和实时性，主站与子站之间的信号全部以开关量（GOOSE信号）的形式通过光纤通信进行传递。

图2 链式串供系统的自恢复系统架构图

自恢复系统的工作原理图，如图3所示。

（1）根据链式结构串供变电站系统的正常运行方式，自动识别处于开环点的开关。

（2）不同运行方式下，自恢复系统的动作不相同，以开环点的开关为基本点，设置对应运行方式下发生不同故障点时的自恢复系统动作逻辑。

（3）在当前运行方式下，链式结构串供变电站系统的某处发生故障时，故障点对应的后级站会发生失电。系统会根据电气量识别该故障发生的位置，跳开距故障点最近的失电站的原主供电源开关。在确认紧邻故障点失电站母线无压后，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源恢复对所有失电站的供电。

图3 自恢复系统的工作原理图

以图1所示的系统为例，假设正常运行时开环点为E2开关，由220 kV站A给110 kV站C、D、E供电。当K1处发生故障时，自恢复系统能够根据实时获得的数据快速跳开C1开关，合上E2开关，变成由220 kV站B给110 kV站C、D、E恢复供电；当K2处发生故障时，自恢复系统能够跳开D1开关，合上E2开关，变成由220 kV站A继续给110 kV站C供电，220 kV站B给110 kV站D、E恢复供电。

开环点位置不同，站间失电自恢复系统的执行逻辑也不同。因此，准确判断开环点是失电自恢复系统正常运行的基础。具体地，基于线路光纤纵差保护，判定元件范围内是否发生故障，从而定位故障点位置。差动保护动作特性如图4所示，横、纵坐标分别表示制动电流Ir和动作电流Id，可由式（1）、式（2）计算获得：

图4 差动保护动作特性

图4 中，阴影区域为保护动作区，其中Idset以上为差动速断保护动作区，空白区域为制动区。

差流速断判据和比率差动判据分别为：

其中，Idset为差流速断门槛值，Idz为稳态量比率差动门槛定值，按躲开正常运行时的最大不平衡电流整定；k为比率制动系数。

2 数字动模试验验证

开展数字动模试验，验证站间失电自恢复系统的保护动作特性。针对图1的链式串供变电站的系统，搭建如图5所示的试验系统模型，其中黑色矩形符号表示断路器。利用无穷大系统S1、S2分别模拟220 kV站A、站B的110 kV出线母线，3个串供站均以负荷替代，K0～K8分别为系统中各点故障。

试验模拟A1作为开环点，S1、S2为同一电源情况下系统故障后的自恢复动作行为，一次系统模型参数如表1、表2所示。

表1 数字动模试验等值系统参数

表2 数字动模试验等值系统参数

图5 试验系统模型

当站B出现失压时，系统根据自恢复逻辑进行判断，其整组动作情况如图6所示。

图6 自恢复系统整组动作图

其中，U7A、U7B、U7C分别为E2B1线近E2端三相电压二次值；U10A、U10B、U10C分别为站B侧110 kV母线三相电压二次值；I8A、I8B、I8C分别为流过E2的三相电流二次值；I9A、I9B、I9C分别为流过B1的三相电流二次值；T3、T4、T5、T6、T7、T8分别为跳C1、C2、D1、D2、E1、E2的 信 号；H2、H3、H5分 别 为 合A1、C1、D1的信号。

由图6可知，站B失压后，E2B1线无流，0.516 s后跳开关E2，1.069 s后合开关A1，其他开关不动作，试验结果符合检验依据《GT/B26864-2011电力系统继电保护产品动模试验》的要求。

3 结 论

依据《GT/B26864-2011电力系统继电保护产品动模试验》的相关要求，开展数字动模试验模拟站B失压时自恢复系统的整组动作情况。试验结果表明：站间失电自恢复系统可准确、迅速及有序地识别故障，验证了系统的供电可靠性。