变电站网络备自投的研究与实践

林志超

（广东电网公司惠州供电局，广东惠州 516000）

随着社会经济的发展，城乡电网规模不断扩大，电网结构日趋复杂，这对保证变电站供电可靠性提出了越来越高的要求。影响供电可靠性的因素很多，如变电站所处的地理位置、气候环境，站内外一次、二次设备的可靠性，变电站的运行管理，是否具备合理的电网结构与完善的电网调度系统，以及是否具备完善的备用电源自投方案等。其中备用电源自投（以下简称备自投）是提高供电可靠性的一种非常有效的手段。

近年来，变电站备自投装置（BZT）在110 kV及以下电网中得到了广泛应用，起到了保持电网稳定和提高供电可靠性的作用。而常规的备自投配置方案中，需要在现场安装较多的信号电缆以及交流采集回路，接线复杂，需相关间隔停电才能施工，并且每一个备投点都需要设置独立的保护装置，成本较高。常规备自投基于就地的信息，按照预定的“操作序列表”实现备用电源自动投入，无法适应运行方式的变化，无法解决复杂的远方备用电源自动投入，也无法实现不同备自投模式的优化。

1 思路

自动化技术、通信技术和网络技术的发展，变电站综合自动化系统稳定可靠运行，基础数据采集完备，这为变电站网络备自投控制系统的开发和实施提供了物质和技术基础。

变电站网络备自投控制系统基于变电站自动化系统平台架构及所采集的信息，通过预决策方法，优化备用电源过载切负荷控制策略以及优化备自投模式，制定备自投操作开关序列和切负荷控制策略，实现本地备自投、稳控系统、保护装置的配合。在工作电源因故消失后，通过“在线匹配”，网络备自投迅速启动，进行充电条件、放电条件和动作逻辑校验，执行备自投操作开关序列和切负荷控制策略，提高供电的可靠性。

2 技术路线

2.1 技术方法

变电站网络备自投控制系统基于变电站的自动化技术、通信技术、各种网络在变电站的应用技术，通过变电站的SCADA系统的各种数据采集系统，实现网络备自投的自动化功能。

对于各种不同的备投方案逻辑，采用通用的逻辑公式智能控制模块来实现，可以适应各种不同的运行方式和异常情况。根据变电站自动化系统电网模型进行策略的配置、备份、调整，且具有策略校验功能。

2.2 技术要点

2.2.1 备自投模型分析

备自投模型的基本要素：故障电源、失电区域（失电母线）、备用电源、操作开关、充电条件、放电条件、启动条件和备自投逻辑。

任何一种独立恢复供电的方式，定义为一种“备自投模式”。建立适应运行方式变化的备自投模型，即是建立从{故障电源}集到{备自投模式}集的映射。典型的备自投模型有：分段备自投、进线备自投、主变备自投等。

在当前运行方式下，对任何工作电源故障跳闸，自动搜索对应的失电区域，确定和“失电区域”相关联的备用电源及相应的操作开关，可能生成多个满足条件的备自投模式。根据故障工作电源、失电区域、备用电源和相应的操作开关等之间的关联属性，自动生成充电条件、放电条件、启动条件及备自投逻辑。

2.2.2 运行方式识别

变电站网络备自投控制策略针对特定的运行方式有效，应准确反映“设定的区域”内电网运行状态的变化。利用网络拓扑分析技术，有效识别运行方式的变化，包括元件投停、元件间关联属性、故障后可能的孤网方式、潮流有向图、备用联络通道以及可操作的开关状态。

2.2.3 过载切负荷控制策略优化

备自投动作后，备用电源侧的设备过载有可能造成后备保护动作，扩大事故范围，因此有必要在备自投动作之前或之后，进行切负荷控制，保证备用电源投入后系统能安全稳定运行。通过定义指标函数，优化搜索，满足工作电源和备用电源关联度大，切负荷量小，操作开关数量小等条件。

3 网络结构图

变电站网络备自投控制系统独立于变电站监控系统，它与变电站保护测控装置、当地监控系统及远动装置在整个变电站综合自动化系统中的网络结构示意图如图1所示。

图1 变电站网络备自投网络结构图Fig.1 Sketch of the network automatic stand-by power switching subsystem structure

变电站网络备自投控制系统子站（简称备自投子站）与测控装置直接通讯，获取其所需的遥测、遥信、遥控信息。

备自投子站自身信息（动作信息、告警信息、定值、压板投退等）通过远动机与调度、当地原有监控系统通讯交互。

备自投子站与原变电站监控系统需要有信息和控制的交互。

4 备自投逻辑

基于变电站的自动化技术、通信技术、各种网络在变电站的应用技术，通过变电站的SCADA系统的各种数据采集系统，实现3种典型的备自投逻辑。本文以分段备自投（FBZT）为例进行分析。

FBZT主要应用于终端变电站单母线分段的场合，如主变负荷侧的分段备自投和电源侧的桥备自投。分段备自投主接线示意图见图2，Ⅰ、Ⅱ母互为暗备用，即3DL备用1DL和2DL（与FBZT相关的所有说明均按照图2的定义）。

图2 FBZT主接线示意图Fig.2 Sketch of the FBZT main connections

其中FBZT输入量如表1所示。

表1 FBZT需引入的交流量和开入量Tab.1 FBZT input analog and state signal

FBZT动作逻辑如表2所示。

表2 FBZT充放电条件Tab.2 Charging and discharging condition of FBZT

以Ⅱ母暗备用（FBZT2）为例，FBZT动作过程如下：

FBZT充电完成后：

1）Ⅰ母无压、Ⅱ母有压且IL1无流，（若暗备用闭接点=投入，还需判1DL跳位），延时d082（如有加速BZT开入，则不经延时）发1DL跳闸命令，同时发“F262 FBZT2跳1DL动作”信号。

2）确认1DL跳开后，收回1DL跳闸命令；若（切其他设备d823）=投入，接着启动切工作电源后切其他设备时限d821，延时到后，备自投发切其他设备（如小电源联络线或接地变等）命令，同时发“F263 FBZT2联切Ⅰ母设备动作”信号，然后检查联切的设备是否跳开，若在5 s内，备自投判断出被联切的设备跳开，即收回跳其他设备命令；再经延时切故障后合暗备用时限d294发3DL合闸脉冲，并发“F266 FBZT合3DL动作”信号。

3）确认3DL合上后，若（均分负荷）退出，则发“F010Ⅱ母暗备用”信号；若是加速动作，则发“F010Ⅱ母暗备用加速”信号，FBZT2逻辑完成。若（均分负荷）投入，确认3DL合上后且Ⅲ母有压联切6DL，并发“F258 FBZT2跳6DL动作”信号，确认6DL跳开后，收回6DL跳闸命令，发8DL合闸脉冲（100 ms），装置发“F259 FBZT2合8DL动作”信号“F010Ⅱ母暗备用-均分”信号；若是加速动作，则发“F010Ⅱ母-均分-加速”信号，FBZT2逻辑完成。

4）1DL跳闸、切其他设备、3DL合闸命令发出5 s后，断路器仍未动作，则终止FBZT2逻辑，FBZT放电，装置发出“备自投失败”信号。

5）6DL拒跳时，FBZT2立即发出负荷联切命令400 ms，以保证2号变压器不过载，装置同时发出“F068备自投联切负荷动作”信号。6DL拒跳告警延时设为1.5 s，以防止6DL拒跳时导致2号变压器过载时间过长，影响变压器安全。

Ⅰ母暗备用（FBZT1）动作逻辑同Ⅱ母暗备用（FBZT2），无均分负荷逻辑。

5 备自投子站与测控装置数据交互

网络备自投作为一个独立的子站系统，需要与测控装置进行数据交互。备自投子站与测控装置之间的数据交互包括2个方面：

1）测控装置到备自投子站：备自投子站通过测控装置采集变电站内的实时数据，包括遥测、遥信信号。备自投子站根据实时数据，判断故障电源、失电区域（失电母线），在线计算充电条件、放电条件、启动条件和备自投逻辑。

2）备自投子站到测控装置：备自投子站根据实时数据，判断出故障电源、在线得出备自投逻辑及过负荷联切逻辑。最终得出具体的开关操作指令系列。备自投子站将开关操作指令发送到测控装置，从而实现故障电源的及时切除与备用电源的智能投入。

6 结语

变电站监控系统备自投方案的实现，减少了二次接线电缆等环节，可以在变电站自动化系统中灵活添加网络备投的功能模块实现备投功能，整体降低了成本；特别是运行变电站进行备自投改造时，不需相应间隔停电进行施工接线，不影响用户供电，提升变电站运行维护管理水平；大量减少常规备自投模式下，运行方式的变化造成的工作量；提升变电站自动化智能化水平，使调度、监控更及时、精细地掌握备自投功能运行状态；独立或与现有备自投装置的配合使用，为电网安全稳定运行奠定基础，提高了供电的可靠性。系统具备灵活性和拓展性，具有非常广泛的推广价值。

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