浅谈肇庆地区新型区域备自投原理

／广东电网有限责任公司肇庆供电局 肖科／

1 常规备自投装置存在的问题

当前，肇庆地区电网结构仍然比较薄弱，电网多处仍存在长距离多站串供等严重影响供电可靠性的问题。在这种接线方式下，常规备自投基于就地的信息, 解决处于开环点的变电站备用电源自动投入问题，无法适应运行方式的变化，解决复杂系统控制问题，比如，远方备用电源自动投入，单电源串行供电、双端供电情况下恢复供电。

另外，由于信息的局限，就地备自投控制策略无法实现与安全自动控制装置配合、不同备自投间的优化协调、和保护配合、小电源对远方备自投、备用电源投入后潮流转移情况，以及备用电源过载控制等等，因此，有必要研发新的备自投控制技术。

2 使用区域备自投的必要性

为解决肇庆电网长距离多站串供问题对供电可靠性的影响，使备自投广泛地应用于变电站，同时为了达到使工作电源和与工作电源不在同一变电站的备用电源之间能协同工作自动投入的目的，必须建设基于SCADA（数据采集与监视系统）/EMS（能量管理系统）的区域备自投系统，提高电网供电可靠性。

区域备自投模块是EMS系统重要组成部分，EMS系统收集各个系统的遥信和遥测等信息以及SCADA系统采集的开关量和模拟量，再通过相关信息确定区域备自投的充放电条件，在工作电源因故失电后，区域备自投能够迅速启动，识别失电区域，确定相应的备自投模式，制定备自投支配方案，然后以特定的命令形式发出控制指令，最后EMS系统会远距离停止工作电源供电和断开过载负荷，投入备用电源，在短时间内自动实现恢复供电，提高供电的可靠性。

建设基于SCADA/EMS的区域备自投，将通过采集各站运行工况及实施信息进行逻辑分析计算，达到使工作电源和与工作电源不在同一变电站的备用电源之间能协同工作智能投入的目的，着重解决应用于不小于3级的110kV链式电网接线的站端备自投装置的多种弊端，避免站端备自投装置动作后仍会造成2～3级电力事故的发生，在本质上增强电网运作和供电的可靠性。

基于SCADA/EMS的区域备自投能解决常规备自投存在的问题，通过对开关的遥控弥补备自投动作的不足，从整个电网角度解决110kV母线的失压问题，通过仿真计算保证备自投动作的安全性。

3 区域备自投的定义

3.1 区域备自投模型的构成

对于每一个备自投单元，区域备自投系统定义了其模型。首先为其确立基本定义属性，包括备自投的名称，所在厂站，投退状态，闭锁状态以及动作延时。投退状态标志备自投是否在使用，退出状态则备自投不起作用。在属性定义的基础上，每个备自投单元又由充电条件、动作条件、闭锁条件和动作序列等定义组成。如图1所示。

其中动作条件由动作逻辑和一系列动作条件组成，每个动作条件表示由测点名对应测点的值与定值按比较类型判定，比较条件成立后延时指定延时时间，此条动作条件成立，即动作满足判定要达到指定延时时间才有效，延时计时由条件成立开始。每条动作条件表示一个逻辑事件，对所有动作逻辑事件按逻辑表达式进行逻辑计算，条件成立整个动作条件成立。动作条件的组成可以由通过数据采集得到的遥信、遥测以及保护信号及安稳信号，以及通过EMS的网络分析功能得到相应的测点定值，其中采集数据信息可以是备自投所在厂站内的，也可以是其他厂站内的。闭锁条件和充电条件的定义与动作条件的定义类似，若闭锁条件成立则备自投进入闭锁状态，而充电条件用于判断备自投是否带电，可在系统运行前判断备自投是否具备投运的条件。如图2所示，同一个备自投的不同运行方式可以根据充电条件来判别。

图1 区域备自投的模型

图2 备自投充电/动作/闭锁条件组成

动作序列定义包括测点名、动作、延时。动作为要执行的遥控状态，延时指执行此条动作前需要等待时间。

维护人员可以根据测点模型和相应的逻辑关系式定义备自投的充电条件、动作条件和闭锁条件，并定义备自投投入时的动作序列。直接使用人们习惯的逻辑表达式来描述逻辑关系，使得维护和使用更加方便。维护人员可以自由增加、删除、修改备自投模型。

3.2 区域备自投的功能

3.2.1 备自投自建模原则

自动建模功能应该为区域备自投模块所具有，该功能是利用收集的电网当前状态信息并且依据变电站里不一样的拓扑构造，对备自投模型进行灵活的辨别并形成不一样的备自投模型。

3.2.2 实时数据获取及处理

区域备自投系统从EMS系统获取电网模型以及运行信息（如检修、禁控等），同时通过遥信遥测接口获取SCADA系统的遥信和遥测实时值作为备自投模型中的测点数据。区域备自投系统通过采集SCADA实时数据分别判定模型的充电条件、动作条件、闭锁条件是否满足。首先，在区域备自投系统从SCADA读取电网实时数据过程中加入校验环节，通过对遥信、遥测状态位进行校验，可滤除无效数据，防止数据采集过程中出现异常或者通信中断会导致判据不正确。其次，在进行充电条件判断时，利用状态估计结果对开关位置进行校验增加区域备自投系统对SCADA坏数据的辨识与检错功能，对辨识出的坏数据进行告警提示处理，并闭锁相应的区域备自投模型。

3.2.3 备自投逻辑校核

根据上述定义的模型，备自投系统启动后，开始通过SCADA系统进行数据采集以及EMS的网络分析功能进行备自投测点名对应测点的值与定值的比较。当备自投满足充电条件之后，备自投投入运行。当备自投满足动作条件之后，备自投将产生动作策略。并通过EMS的静态安全分析对产生的控制策略在执行前进行安全校验，对于可能引起电网静态安全越限的策略报警和后续切负荷策略调整。区域备自投动作完毕后进行潮流计算，如果存在越限则计算出越限量，需要切除多少负荷，使用程控方式按照事先设定的切除方案批量切除负荷。

3.2.4 与变电站备自投装置的配合

基于EMS的区域备自投系统作为变电站备自投装置的重要补充，其与变电站备自投装置的协调关系如图3所示。

与重合闸的配合：区域备自投动作整定的延时时间应躲过线路开关重合闸时间，且应考虑重合闸动作信号及重合闸动作后开关状态、遥测的上送至EMS的时延。

与母线保护的配合：以110kV变电站母线故障为例，备自投动作后如果合于母线故障母线应由开环点侧保护手合后加速跳闸，快速隔离故障。

与安稳以及低频低压减载装置的配合：安稳以及低频低压减载装置的动作信号接入EMS系统，闭锁相关区域备自投。

与地方小电源的配合：对于厂站端已安装低频低压解列装置，应由该装置切除地方小电源。区域备自投动作时间应于低频低压解列装置动作时间配合，确保区域备自投可靠动作。

图3 区域备自投系统与变电站备自投装置的配合关系

4 区域备自投的动作逻辑

以肇庆高要片区的榄州—金利—大洲—东岸串为例，分析肇庆地区新型区域备自投的动作逻辑。所有方式中“远方方式”表示投远方备自投，“本地方式”表示投本地备自投，所有附图中实心开关表示合闸状态，空心开关表示分闸状态。

4.1 系统方式一

系统满足金利变为远方方式、大洲变为本地方式，110kV榄金线运行供金利变，金利变110kV大金线运行供大洲变，大洲变侧110kV东大线开关热备用，对侧开关带压，如图4、5所示。下面讨论当110kV榄金线和110kV大金线故障时的备自投动作逻辑。

图4 110kV大金线故障，东大线热备接线图

若110kV大金线故障，110kV大洲变母线失压，保护跳开110kV大金线。

动作条件：大洲变母线检修压板未投入，母线满足三相电压小于设定定值；大洲变110kV东大线对侧开关所在母线未失压；大洲变110kV大金线开关三相无流；110kV东大线开关保护未动作；大洲变110kV大金线开关保护动作并跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV大洲变备投检测110kV大金线无流，只有110kV大洲变母线失压，大洲变备投动作，跳开DZ1DL，确认跳开后，合上DZ2DL开关，检测大洲变母线有压备投成功。

图5 110kV榄金线故障，东大线热备接线图

若110kV榄金线故障，110kV金利变、大洲变母线均失压，保护跳开110kV榄金线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下金利变、大洲变各自母线均满足三相电压小于定值；大洲变110kV东大线对侧开关所在母线未失压；金利变110kV榄金线开关三相无流；110kV东大线开关保护未动作；金利变110kV榄金线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV金利变备投检测110kV榄金线无流，两站母线均失压备投动作，跳开JL2DL，确认跳开后，向110kV大洲变发送合闸DZ2DL命令，检测母线电压恢复，备投成功;110kV大洲变备投检测110kV大金线无流，110kV金利变、大洲变母线均失压，大洲变备投不动作，等待接收110kV金利变命令接合上DZ2DL，检测母线电压恢复，备投成功。

4.2 系统方式二

系统满足金利变为远方方式、大洲变为本地方式，110kV榄金线运行供金利变，110kV东大线运行供大洲变，110kV大金线金利变侧开关带压，大洲变侧热备用，如图6、7所示。下面讨论当110kV东大线和110kV榄金线故障时的备自投动作逻辑。

图6 110kV东大线故障，大金线（大洲侧）热备接线图

若110kV东大线故障，只有110kV大洲变母线失压，保护跳开110kV东大线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下大洲变母线均满足三相电压小于设定定值；金利变母线未失压；大洲变110kV东大线开关三相无流；110kV大金线开关保护未动作；大洲变110kV东大线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV大洲变备投检测110kV东大线无流，只有110kV大洲变母线失压，大洲变备投动作，跳开DZ2DL，确认跳开后，合上DZ1DL开关，检测母线有压备投成功。

图7 110kV榄金线故障，大金线（大洲侧）热备接线图

若110kV榄金线故障，只有110kV金利变母线失压，保护跳开110kV榄金线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下金利变母线均满足三相电压小于设定定值；大洲变母线未失压；金利变110kV榄金线开关三相无流；110kV大金线开关保护未动作；金利变110kV东大线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV金利变备投检测110kV榄金线无流，母线失压备投动作，跳开JL2DL，确认跳开后，向110kV大洲变发送合闸DZ1DL命令，检测母线电压恢复，备投成功;110kV大洲变备投接收110kV金利变合DZ1DL命令，合上DZ1DL，检测母线电压恢复，备投成功。

4.3 系统方式三

系统满足金利变为本地方式、大洲变为远方方式，110kV榄金线运行供金利变，110kV东大线运行供大洲变，110kV大金线大洲变侧开关带压，金利变侧热备用，如图8、9所示。下面讨论当110kV榄金线和110kV东大线故障时的备自投动作逻辑。

图8 110kV榄金线故障，大金线（金利侧）热备接线图

若110kV榄金线故障，只有110kV金利变母线失压，保护跳开110kV榄金线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下金利变母线均满足三相电压小于设定定值；大洲变母线未失压；金利变110kV榄金线开关三相无流；110kV大金线开关保护未动作；金利变110kV东大线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV金利变备投检测110kV榄金线无流，只有110kV金利变母线失压，金利变备投动作，跳开JL2DL，确认跳开后，合上JL1DL开关，检测母线有压备投成功。

图9 110kV东大线故障，大金线（金利侧）热备接线图

若110kV东大线故障，只有110kV大洲变母线失压，保护跳开110kV东大线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下大洲变母线均满足三相电压小于设定定值；金利变母线未失压；大洲变110kV东大线开关三相无流；110kV大金线开关保护未动作；大洲变110kV东大线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV大洲变备投检测110kV东大线无流，母线失压备投动作，跳开DZ2DL，确认跳开后，向110kV金利变发送合闸JL1DL命令，检测母线电压恢复，备投成功;110kV金利变备投接收110kV大洲变合JL1DL命令，合上JL1DL，检测母线电压恢复，备投成功。

4.4 系统方式四

系统满足金利变为本地方式、大洲变为远方方式，110kV东大线运行供大洲变，110kV大金线运行供金利变，金利变侧110kV榄金线开关热备用，对侧开关带压，如图10、11所示。下面讨论当110kV大金线和110kV东大线故障时的备自投动作逻辑。

图10 110kV大金线故障，榄金线热备接线图

若110kV大金线故障，110kV金利变母线失压，保护跳开110kV大金线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下母线满足三相电压小于设定定值; 金利变110kV榄金线对侧开关所在母线未失压；金利变110kV大金线开关三相无流；110kV榄金线开关保护未动作；金利变110kV大金线开关保护动作并跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV金利变备投检测110kV大金线无流，只有110kV金利变母线失压，金利变备投动作，跳开JL1DL，确认跳开后，合上JL2DL开关，检测金利变母线有压备投成功。

图11 110kV东大线故障，榄金线热备接线图

若110kV东大线故障，110kV金利变、大洲变母线均失压，保护跳开110kV东大线。

动作条件：母线检修压板未投入情况下金利变、大洲变各自母线均满足三相电压小于定值；金利变110kV榄金线对侧开关所在母线未失压；大洲变110kV东大线开关三相无流；110kV榄金线开关保护未动作；大洲变110kV东大线开关保护动作跳开本开关。

备投动作逻辑：110kV大洲变备投检测110kV东大线无流，两站母线失压备投动作，跳开DZ2DL，确认跳开后，向110kV金利变发送合闸JL2DL命令，检测母线电压恢复，备投成功；110kV金利变备投检测110kV大金线无流，110kV金利变、大洲变母线均失压，金利变备投不动作，等待接收110kV大洲变命令接合上JL2DL，检测母线电压恢复，备投成功。

4.5 闭锁条件

主备电源侧开关与KKJ合后位置不对应；区域备自投启动条件所获取的量测数据不正常；主备电源厂站的安稳装置动作闭锁备自投；区域备自投动作发出遥控指令，但收不到遥信变化报文；手动设置闭锁。

5 区域备自投在肇庆地区的应用需要解决的问题

5.1 SCADA/EMS系统的现状

EMS 系统需要增加静态安全分析模块，因为区域备自投生成的动作逻辑需经静态安全分析模块校正后才能下发操作指令。

EMS 系统借助区域备自投模块的建模工具建立模型。区域备自投系统需要利用状态估计手段初步分析计算遥测和遥信数据，判断是充电还是放电，并判断是否形成运作逻辑，而且需要SCADA系统采集的相关设备的开关量和模拟量，因此需要对的远动数据准确性进行评估，需要补充修改遗漏的及错误的数据，确保远动数据的准确，这样才能保证区域备自投动作的正确性。

5.2 小水电的影响

肇庆地区零星地分布着一些容量比较小的小水电，但是在数量上小水电比较多，会对已经存在的备自投策略造成干扰。因此需要把小水电线路添加到区域备自投策略中。

因备自投策略采集的电压和电流信号的单一性，极容易使备用电源自动投切的误动和拒动事故产生。当小水电的出力较低时，发电机的转速会下降直至停机使备自投误动；当小水电出力较高时，母线电压会超过定值使备自投拒动；而且备自投投切时如小水电线路仍运行，会使联络线线路上的电流迅速增大，使联络线上的保护动作。所以制定备自投策略时，应首先切小水电，然后再投备自投方式，这样才能保证区域备自投的可靠工作。

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