上海电网安全稳定控制装置的调试

朱俊杰,黄震宇,洪 捷,王 勇

(上海市电力公司超高压输变电公司,上海 201204)

1 上海电网安全稳定控制系统的结构

上海电网是全国最大的城市电网之一,上海地区的负荷密度高,而且用电负荷增长较快,一旦电网中某个节点发生故障跳闸,可能会引起该范围内其他线路的负荷功率剧增,影响电网的安全运行。

建设上海电网安全、稳定、预警与控制系统的目的,是为了应对500 kV主网交流故障、直流(特高压直流)双极闭锁、交直流混合故障等重大N-1以上电网事故后的热稳定问题,以及500 kV终端线路/联变 N-1以上故障后的分区系统热稳定、电压稳定和频率稳定问题。在确保上海电网以及各分区电网安全、稳定运行的前提下,对于超运行限额的情况给出预警及辅助决策方案;对于超设备限额情况并视过载程度施行优化切负荷自动控制。

基于上海电网安全、稳定、预警与控制系统的核心控制思路,按照超高压输电网各个变电站电压等级的不同,划分为3个层次进行分层控制:①控制主站,位于市调自动化通信机房内;②控制子站,位于几个500 kV的变电站内;③执行站,位于那些500 kV变电站所属区域内的一些220 kV变电站内。

变电站两个控制层面的作用:①控制子站监控本站的各个出线以及主变的运行状态,接收下属各执行站上传的运行信息以及其可切的负荷量,汇总之后上传给控制主站。②执行站作为切负荷执行单位,接收控制子站的控制命令,向控制子站上传自身的运行状态和可切负荷量等数据。

2 执行站核心逻辑判据

2.1 负荷元件投停判据

1)220 kV负荷元件

|元件功率|≥10 MW并可持续100 ms,判为该元件投运;否则判为停运。

2)110 kV及以下电压等级负荷元件

|元件功率|≥5 MW并可持续100 m s,判为该元件投运;否则判为停运。

2.2 过载动作判据

过载动作判据条件如下:

①至少两相电流大于或等于设备运行限额电流定值;

②|P|≥设备运行限额功率定值;

③功率方向满足要求;

④由执行站采集的线路对侧功率大于或等于设备运行限额功率定值(只在对侧信息有效的情况下添加此判据);

⑤无电压互感器(TV)或电流互感器(TA)断线,而且电压均值大于或等于50%Un;

⑥检修压板未投入。

上述过载动作判据条件①至⑥全部满足持续时间tdz,则过载动作。过载容量等于动作时刻P减轻设备运行限额功率定值。

3 安全稳定装置的调试

3.1 单站调试

上海电网安全、稳定、控制系统的主要设备(以下简称“安稳装置”),由A柜内的 SCS500E装置和B柜内的RCS992A装置组成。单站调试部分以变电站为单位,对站内的安稳装置A柜和B柜上的安稳装置进行调试。控制子站和执行站在单站调试方面的内容比较相似,现以执行站为例进行说明。

1)装置采样检验 使用校验仪器分别输入0.2 Un,0.2 In和Un,In,检查装置面板显示的一次电压值、电流值,以及功率、频率是否正确,是否满足1%的误差范围。

2)综合功能检查 检查主机、从机各项开入功能,装置中央信号及遥信接点回路,各线路元件的出口回路,装置告警功能,以及线路元件的投、停逻辑判据。

3.2 通道调试和线路接入

安稳装置通过光纤实现与主/从机通信,以及与控制子站之间的通信。该项试验要求保证主/从机之间、变电站与变电站之间安稳装置的通信正常,不出现故障。安稳装置本身功能以及通道调试完成之后,需要将安稳装置所监控的电流、电压回路,以及跳闸回路接入安稳装置屏内,以实现安稳装置对其控制。

3.3 与控制子站进行逻辑功能的联调

以变电站为单位组成专门的联调小组,以控制子站为核心,其下属的各执行站与之相配合。调试内容分为:

1)执行站各个功能压板的投退试验 投退时,控制子站监视其安稳装置上对应线路的状态是否和执行站的状态一致。

2)模拟执行站过负荷的“切负荷”试验 执行站试验人员向安稳装置输入模拟的负荷量,模拟线路过负荷,验证控制子站是否按照其离线策略表顺序进行切负荷,各执行站监视本站安稳装置的出口脉冲以及装置的告警报文是否正确,并通过专用线路向控制子站试验人员进行汇报。

4 安稳装置的工作模式

4.1 双套配置“二取二”模式

将安稳装置A柜和B柜内的两套安稳装置组成双套配置,各自有单独的电流、电压采样回路,以及通信回路和出口跳闸回路。两套装置的逻辑功能相互独立,各自处理所接收的电流、电压模拟量,以及响应控制子站下发的各项控制指令。

执行站中两套装置的同一个出口跳闸接点均串接,即必须两套装置都判定要切除某个负荷时,这个切除负荷的命令才能真正传达到最终的执行机构。执行站是整个系统执行终端,控制子站和中心站的稳控措施都是由执行站来实施,因此执行站出口的“二取二”,也就意味着整个系统功能的“二取二”。只有控制子站或中心站切负荷的措施一致时,负荷才能最终被切除,从而能够有效地避免因为意外或干扰等原因引起一套装置误判,导致误切负荷事故的发生。

由于采用“二取二”模式,两套安稳装置的出口跳闸接点相互串联,在保证了可靠动作的同时,也产生了要求这两副接点必须同时动作,才能够实现最终的出口跳闸的功能;任意一个接点拒动,或者两副接点动作时间不一致,都可能导致跳闸脉冲无法传送到最终的执行机构的弊端。

4.2 两套安稳装置在旁路代时的区别

对于过载判断功能,TA异常、TV异常告警等功能,两套装置的运作方式基本相同,但在一些特殊情况,如“旁路代”时,两套装置的运行方式还是不同的。对于一些建造时间较早,已经运行很长时间的老式变电站,还保留着双母分段带旁路的接线方式,在开关检修时可以通过“旁路代”的运行模式,实现在线路正常运行的状态下,对线路开关进行检修和维护。

进行线路“旁路代”操作的流程为:合上对应线路的旁路闸刀和旁路断路器,然后停用线路保护,将线路保护由本线改到旁路,最后拉开线路自身的断路器、线路闸刀以及母线闸刀。其中,一段旁路开关和线路开关均处于“并联”运行状态的中间状态。由于安稳装置上有相应的线路进行旁路代的切换压板,在安稳装置正式投运后,运行人员在进行“旁路代”操作时,要在操作流程中添加安稳装置的操作内容。

在进行“线路旁路代”操作时,双套配置的安稳装置在功能上的差异如下:

1)SCS500E装置 在进行“线路旁路代”时,投入安稳装置上该线路的“旁路代”压板之后,装置将本线路的电气量清零,切换为旁路的电气量。即该装置在进行“旁路代”时,不体现出“旁路代”的中间过程中电流和负荷的变化情况,压板投入之后,就将安稳装置切换到旁路运行状态下了。

2)RCS992A装置 在进行“线路旁路代”时,投入安稳装置上该线路的“旁路代”压板之后,装置面板上该回路的电流值是本线路和旁路的和电流。即该装置能够很完整地体现从“旁路代”操作开始,到“旁路代”切换完成的整个切换过程中,线路和旁路的电流以及负荷变换情况。

从之前“旁路代”的操作流程来看,其中会有一段时间是旁路开关合闸,线路开关也为合闸状态的中间过程,此时旁路开关支路和线路开关支路处于“并联”状态,所以会有分流情况存在。RCS992A装置的“和电流”模式,保证在“旁路代”操作的中间过程中,安稳装置采样得到的电流值始终为该线路的全部电流值,如果在“旁路代”的过程中发生线路过负荷,那么RCS992A装置依然能够可靠地检测到线路过负荷的情况,进而按照其内置的过负荷逻辑进行处理。

SCS500E装置投入“旁路代”压板之后,该线路电流即切换为旁路上的电流,在这个存在旁路开关支路和线路开关支路都处于合闸,旁路和线路“并联”运行中间过程中,安稳装置检测到的电流,实际为旁路电流而非线路电流,如果在“旁路代”的过程中发生过负荷,而该安稳装置由于检测到的线路电流小于实际值,可能就不动作。

因为两套安稳装置的出口跳闸接点串联在一起,所以在这个中间过渡阶段,如果发生过负荷,由于上述原因,一套装置判线路过载,而另一套装置未判断到过载,最终的结果就是安稳装置不出口,不进行切负荷操作。不过,“旁路代”的运行情况在实际运行当中并不多,而且“旁路代”中的这个中间阶段时间并不长,在这个过程中发生过负荷的概率比较小。

5 运行操作和检修工作

5.1 线路停服役操作

由于两套安稳装置屏上都有相应线路的功能压板,所以在安稳装置投入运行后,相应线路的停服役操作的操作票中就需要添加对安稳装置上相应压板的操作步骤。

考虑到这两套装置在“旁路代”的中间阶段有前文所述的不同处理逻辑,笔者认为,针对这种不同逻辑,操作时应注意在进行“旁路代”操作的时候,对于这两套安稳装置“旁路代”压板投入的顺序应有所不同,即这两套安稳装置的“旁路代”压板不能同时投入操作。这是因为:

1)对RCS992A装置而言 可以按照原来的操作流程操作,只要在操作二次设备时,即在将保护装置从本线切至“旁路代”之后,添加操作该安稳装置的“旁路代”压板的步骤即可(从“旁路代”改回本线运行的操作顺序与之相反)。

2)对SCS500E装置而言 其“旁路代”压板的操作步骤应放在操作流程的最末尾,即一次状态已经完全切换到旁路运行方式之后,最后再将SCS500E的“旁路代”压板投入(从“旁路代”改回本线运行的操作顺序与之相反)。这样,在“旁路代”操作的中间阶段,此时由于安稳装置的“旁路代”压板还未投入,故其采样的电流值仍为线路自身的电流值,这样可以保证两套装置在“旁路代”时,如果意外遇到过负荷情况,依然能够正确地响应,进行动作。

5.2 日常大小修工作

在许多变电站中,安稳装置的电流、电压回路并非取自独立的TA和TV,而是和保护设备共用,其电流回路在许多变电站中是串接在保护装置的电流回路的后一级。这就使得TA和TV的二次回路接入了很多设备,负载增大,降低了可靠性。

由于安稳装置的电流回路串联在保护的电流回路中,对于平时的大小修定期校验的工作,检修工作人员就要注意做好电流回路的隔离措施,以防止在校验保护装置,输入模拟的故障电流时,误输入与保护装置相串联的安稳装置内,导致安稳装置误判线路过载或者误判设备异常,引起安稳装置误动作。

此外,安稳装置作为二次设备,正式投入运行之后可能也会有相应的校验工作,校验时要求可靠隔离运行线路的出口回路,防止在校验安稳装置时误切正常的运行回路。特别对于接入安稳装置的主变回路,安稳装置在主变过载时,除切除主变的相应开关外,还会闭锁自切装置的动作,所以,校验具有联跳主变开关回路的安稳装置时,要格外注意,既要隔离主变开关的跳闸回路,还要隔离闭锁自切的回路,防止对运行中的自切和主变装置造成影响。

6 结语

目前,上海电网安全、稳定、控制系统的第一期调试任务已经完成,但还存在一些不足,有待进一步完善,如控制系统的策略表还处于离线状态,不能随着电网运行状态的变化而实时进行调整,安装安稳装置的变电站还不多,估计在以后的调试中会得到进一步地改进和完善。

上海电网担负着国际化大都市的生产、生活供电的重任。日本东京电力公司核电站泄漏事故,再一次给我们敲响了的安全警钟,电网安全、可靠、稳定运行是人们正常生产、生活的先决条件之一。上海电网安全、稳定、控制装置的应用,实现了集中管理,区域化、分布式的控制,能够自动监测整个电网的运行状态,对电网出现的紧急状态进行预警,对线路过载情况可以按区域进行相应的处理,这对整个电网的安全、稳定运行,提供了强有力的保障。