跳闸出口智能压板在电网稳定控制装置中的应用

陈勇，李天宇，赵杰，徐海波，潘安，任建锋（.南瑞集团/国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京　06；.南京邮电大学自动化学院，江苏南京　00；.国网甘肃省电力公司电力调度控制中心，甘肃兰州　70050）



跳闸出口智能压板在电网稳定控制装置中的应用

陈勇1，李天宇2，赵杰3，徐海波1，潘安1，任建锋1
（1.南瑞集团/国电南瑞科技股份有限公司，江苏南京211106；2.南京邮电大学自动化学院，江苏南京210023；3.国网甘肃省电力公司电力调度控制中心，甘肃兰州730050）

摘要：阐述了常规跳闸出口压板无法被实时监控，给稳定控制装置带来了隐患。简要介绍了跳闸出口智能压板的原理和应用方法，提出了智能压板在稳定控制装置跳闸出口的实时监控、可切量的准确统计以及控制措施的实时优化等方面的应用方法，为跳闸出口智能压板在稳定控制装置中的工程应用打下了基础。

关键词：跳闸出口智能压板；稳定控制装置；隐性故障；控制措施实时优化；可切量

随着特高压跨区电网和智能电网建设的不断推进，中国电网的规模迅速扩大，跨区域、远距离、大功率送电造成电网的稳定问题更加突出，电网对电力系统稳定控制装置（以下简称稳控装置）依赖的程度越来越高，稳控装置已经成为保证电网安全稳定运行不可或缺的重要装备[1]。在电网发生严重故障导致其安全受到威胁时，稳控装置动作并采取相应的控制措施，通过切除负荷线路、运行机组等设备来维护电力系统的稳定运行。因此，为了试验、检修、维护和安全等需要，在稳控装置的跳闸回路上，必须设计有“跳闸出口压板”，它是确保稳控装置安全运行的重要手段。跳闸出口压板也叫保护连片，是继电保护、稳控、备自投等自动装置控制一次设备的重要环节。跳闸出口压板一般直接作用于一次设备的对应开关或联跳其他开关，一般为强电压板，是联系外部接线的桥梁和纽带，关系到装置的动作出口能否正常发挥作用。

跳闸出口压板是一个肉眼可视的断开点，便于运行人员判断稳控装置的跳闸电路是否连通开关（断路器）的跳闸线圈，为检修维护、装置的定检、运行提供了极大的方便，但也使变电站（或电厂）的稳控装置增加了一个不能完全闭环监测的断开点。随着稳控装置技术的不断发展，安全性和智能化水平都得到了极大的提升，功能压板的投退（如运行方式压板、设备检修压板、通道投退压板）已经可以通过装置的一个低压开入量实现实时监测。但由于跳闸出口压板的特殊性，其投退仍长期停留在人工操作和校对的模式。这种模式往往依赖于运行人员的责任心、运行管理规定和操作人员的实际技术水平，可靠性难以得到保证。由于稳控装置一般情况下直接控制的一次设备较多，造成装置上设计的跳闸出口压板也很多，故在实际运行中，因压板投退不当，造成稳控装置不能正确动作的现象时有发生，这也成为稳控装置跳闸出口回路的一个隐性故障（hidden failure）[2-3]。另外，随着厂网分离的实施，有些电厂、风电场、光伏电站为了追求经济效益，可能人为地不投与机组对应的跳闸出口压板。上述因素均可能导致稳控装置误动、拒动或可切量不足。

近年来，由于加强了对电网运行人员的上岗培训，电网管理措施不断加强，有的网省公司还建设了稳控装置集中管理系统SCMS[4]，加强对稳控装置的远方管理，人为误投退、漏投退压板造成的事故百分比近年来有所下降。但缺乏对稳控装置跳闸出口压板的有效监控仍然成为稳控装置一个重要的隐性故障来源，其误投退、漏投退次数的绝对值仍居高不下，造成的负荷损失也愈发严重。另外，由于常规的跳闸出口压板的状态无法被检测，难以实现稳控装置可切量的准确统计，无法实现稳控装置可切（负荷、机组）量不足的告警[5]，更加无法实现精细化控制和动态优化控制。针对以上问题，如何实施对稳控装置跳闸出口压板的有效监测，准确掌握其投退情况，及时发现错误操作，进而最大程度地避免由于压板误操作导致的事故发生，消除稳控装置的这个隐性故障。因此，保证稳控措施的有效执行成为急需解决的技术难题。

1跳闸出口智能压板简介

跳闸出口智能压板使用非电量测量原理，能够在不影响原有跳闸出口回路的情况下，准确识别压板的投退状态，实现对跳闸出口压板投退位置的实时监视。压板实物和测量原理如图1所示。

跳闸出口压板的投退是由其连接片的位移来改变的。在设计智能压板时把其自身所有测量的部件均与强电出口回路部分完全隔离，并整合于一整块压板模具上。当智能出口压板投退时，通过连接片的位移的变化，间接地改变了压板自身的测量部件中感应线圈的磁通量，压板上的信号处理器通过把传感器把磁通量的变化转换成高低电平的信号变化来反映压板投退状态。这种智能压板不仅满足了普通出口压板对跳闸出口回路的通断控制，还能准确测量出跳闸出口压板的投退位置状态，通过压板上自带的状态灯实时提醒操作人员，保证操作的正确性[6]。状态指示灯标识如表1所示。

图1压板实物和测量原理图Fig. 1 The real figure and schematic diagram of the intelligent trip connector

表1指示灯所表示的压板状态Tab. 1 The intelligent trip connector state corresponding to the indicator light

2跳闸出口智能压板在稳控装置中的应用

智能压板的稳控装置在实际工程中的应用正在逐步展开。智能压板在稳控装置中的应用，有效地消除了用户对稳定控制跳闸出口实时监控的盲点，使用户对各稳控装置的出口状态了如指掌，这一特点也为稳控装置带来了隐形的附加值，为安全稳定控制系统（以下简称稳控系统）可切量的准确统计、不足预警及控制措施的实时优化等精细化控制打下了良好的基础。

2.1稳控装置对跳闸出口压板的状态监控

多个智能压板采用12 V高压网络方式前后级联并与中继器相连，中继器通过RS485网络与稳控装置相连，中继器自动采集与它相连的12 V高压网络所有智能压板的投退状态码，上送给稳控装置。与稳控装置接口的每条RS485总线可连接255个中继器，每个中继器可以连接127个智能压板，能够满足各电压等级变电站（电厂）稳控装置的跳闸控制需求。这种智能压板方式可根据接线位置自动识别压板地址，不需要核对和设定地址，对大批量应用而言具有明显的优势，在稳控装置有多个控制对象时具有较好的应用效果，对既有装置进行改造时更换智能压板的工作难度较小。当压板投入或退出时，在装置的就地，可以通过压板的状态指示灯进行操作确认，还可以通过稳控装置的液晶显示屏进行观察确认。另外，稳控装置还可以通过调度数据网，把装置的运行数据传送到调度中心的集中管理系统上，实现对装置的远方监视，实时了解核对各个厂站对调度指令的执行情况，防止压板误投和漏投[7-8]见图2。

图2稳控装置监测压板的示意图Fig. 2 The diagram of stability control device monitoring intelligent trip connector

2.2稳控装置可切量的准确统计和不足告警

装置使用跳闸出口智能压板，不仅只实现在就地和远方对压板的状态进行监控，更重要的意义在于要将其应用到统计装置的可切量计算中去。如不根据跳闸出口压板的状态实时对稳控装置的可切量进行统计计算和不足预警，一旦电力系统发生故障，稳控装置的可切量可能不足，稳控装置需执行的措施无法被正确执行，会给电网带来安全隐患。如2007年9月13日某电网发生的事故中，某变电站有一条110 kV线路已退出跳闸出口压板，该稳控装置执行站却未将该负荷线路的轮次优先定值自动置零，使得该执行站仍将该线负荷上送给主站，造成安全稳定控制主站将该条线路的负荷计入可切容量，最终由于切负荷量严重不足造成低频事故。此次事故，主要由于跳闸出口压板无法实时监控而把退出的负荷线路错误地统计为可切负荷而造成少切负荷。即使跳闸出口压板状态能够被监控，若装置不能根据跳闸出口压板的状态实时地调整可切负荷量，同样也会造成可切量的不足。

目前，稳控装置中，判断任何一台机组处于可切状态时必须满足如下的条件：

1）机组出力大于稳控装置设定的投运定值；

2）机组出力大于稳控装置设定的出力门槛值；

3）机组的允切压板必须处于投入状态；

4）机组的跳闸出口压板必须处于投入状态；

5）如果机组是由执行站装置来切除，其与上级控制主站（子站）装置的通信通道必须处于正常。

由上述条件可以看出，条件1）、2）、3）、5）都能通过装置的测量值准确判出，如使用常规的跳闸出口压板，因无法对跳闸出口压板的状态进行实时监控，若机组对应的跳闸出口压板未正确投入，机组仍不可切除，在电网发生故障需要稳控装置采取切机控制措施时，稳控装置就会出现错误地认为能被切除而实际无法切除的情况，造成控制措施没有正确执行，对电网的安全稳定运行造成了极大的隐患[9]。采用智能压板后，可对跳闸出口压板的状态进行监视，并将其状态引入判断机组/负荷是否可切的判据中，以实现对装置可切量的统计。机组是否可切的判断流程如图3所示，负荷线路是否可切的判断流程类似。

用上述方法确定装置可控的所有机组/负荷是否处于可切状态后，稳控装置可实时统计出本装置的可切量（所有可切机组/负荷的总功率和总台数/条数）。同时装置根据当前判断出的运行方式和断面潮流，寻找当前的控制策略表，进行控制策略的预演，搜索计算出当前控制策略下发生各种故障所需要采取的控制措施和最大控制总量，并与当前装置判断出的可切总量进行比较。如可切总量大于或等于当前电网发生故障所需要的最大控制总量，这就意味着稳控装置能在故障时采取足够的控制措施和控制量，能保证电网发生故障后的安全稳定运行；反之，如可切总量小于当前电网发生故障所需要的最大控制总量，这就意味着装置可切量不足，稳控装置不能在故障时保证足够的控制措施和控制量，此时装置应立即报警，提醒运行维护人员，检查装置运行状态和跳闸出口压板状态，并采取降断面潮流等调度控制措施。

图3机组/负荷是否可切的判断流程Fig. 3 The flow chart to judge whether unit / load can be removed

2.3控制措施的实时优化和报警

由于智能压板能实现对跳闸出口压板的状态进行实时监控，前文已详细说明基于智能压板判断机组/负荷是否可切，并判断稳控装置的实际可切量。因此，基于智能压板，可分别在就地稳控装置、控制对象灵敏度基本相同的小型区域稳控系统、大区互联电网稳控系统中实现控制措施的优化或报警。

1）就地稳控装置控制措施判断和优化调整。一般来说，就地稳控装置涉及的机组或负荷的灵敏度基本相同。通过对当值控制策略故障集中的故障进行扫描，根据断面功率，判断涉及的稳控装置的可切量与需切量之间的大小关系。当装置的可切量≥需切量时，若电网发生故障装置判出后需要采取控制措施时，发现既定控制策略涉及的某机组/负荷对应的跳闸出口压板未投，装置立即对控制措施进行优化，将该跳闸出口压板涉及的控制对象设置为不可切，并按照事先人为设定的优先级顺序调整控制对象，把不能切的某机组/负荷优化到其他可切的机组/负荷；当装置的可切量＜需切量时，不满足安全稳定的需要，装置立即报警。

2）控制对象灵敏度基本相同的小型区域稳控系统控制措施判断和优化调整。对控制对象灵敏度基本相同的小型区域稳控系统，可利用安全稳定控制主站收集各装置根据跳闸出口压板状态而判断出的的可切控制量和可切元件数进行统计汇总，然后对小型区域稳控系统中所有稳控装置故障集中的故障进行扫描。假定电力系统发生某故障，根据当前的断面功率判断当值控制策略中涉及的各稳控装置的可切量汇总后是否大于需切量，若可切量大于或等于需切量，表明可切量满足系统安全稳定控制的需要，这时，当小型区域稳控系统中任何一套装置判出故障需要采取控制措施时，这时有2种方法进行优化，第一种方法是，可根据其控制的各元件是否可切就地选择控制对象，若可切量＜需切量，再把不足部分的控制量送到主站，控制主站按照事先设定的优先级顺序追加执行控制措施，保证控制措施能够足量执行；第二种方法是，把需要控制的总量先发给控制主站，控制主站按照事先设定的优先级顺序和各站实际可控的可切量的情况，把控制量优化分配到各控制执行站，保证控制措施能够足量执行。

3）大区互联电网稳控系统控制措施判断和优化调整对于大区互联电网稳控系统而言，稳定控制所涉及的范围一般较大，与稳定控制有关需要切除的发电厂和负荷随着在电网中的地理位置不同，对安全稳定控制的灵敏度影响可能不同。这时，如采取上述的优化方法，可能不能达到预想的稳定控制效果。这时，可把系统中的各稳控装置自己结合跳闸出口压板而判断出的可切控制量和可切元件数通过调度数据网，上传至位于调控中心的安全稳定控制集中管理系统和EMS系统，为稳控装置当值策略安全校核提供更加准确的数据，由调度端的EMS系统中预警软件模块对稳控系统当值控制策略进行故障扫描和安全校核，一旦发现发生某故障时，因某机组或负荷对应的跳闸出口压板投退不当或其他因素导致的可切量小于需切量时，EMS系统立即报警，提醒调度和运行人员根据预案，采取适当的调度控制措施，保证跨区电网的安全运行[10-11]。

2.4其他应用功能

稳控装置在设计时，对切除的对象一般都设置“××线路（发电机）允许切除”功能压板。正常运行时，该功能压板的投退状态应当与其对应的跳闸出口压板投退状态一致。由于常规跳闸出口压板无法实时监测二者的状态是否一致，只能靠人工检查和核对来保证，存在安全隐患。采用跳闸出口智能压板后，能够实现实时监测这两类压板是否保持投退一致，如不一致，实时发出告警信号，提醒运行维护人员，进行检查核对。

另外，在低频低压减载（解列、自启动）、高频高压切机（解列）、联络线失步解列等第三道防线稳控装置应用方面，使用智能压板就能实时监测被控对象跳闸出口压板的状态，调度运行人员能实时监控第三道防线装置动作能可靠切除的总负荷量、高频高压切机和失步解列装置执行的可靠性，对保证严重故障后电网的稳定运行具有重要的意义。

3　结语

跳闸出口智能压板已经在刘家峡水电站、宁夏宁东电厂、甘肃电网近30多个风电场和光伏电网的稳控装置及有功控制系统中得到应用[12]。从使用的情况来看，一直稳定可靠运行。跳闸出口智能压板解决了稳控装置跳闸出口压板的投退无法进行实时监测的难题，尤其对无人值班变电站，及时掌握稳控装置的运行状态具有实用价值，对提高稳控装置的运行管控水平具有重要意义，为国家电网大运行管理要求稳控装置信息（尤其是跳闸出口）上传提供了技术手段，同时也为稳定控制集中管理系统和调度主站在线评估当值策略中的措施能否顺利执行，评估当值策略能否保证电网安全提供更加全面准确的信息。更加有利于对稳控装置的运行管理，能实时了解各厂站对调度指令的执行情况，对变电站、发电厂（含风电、太阳能电站）进行实时有效监管，实时掌握装置的出口压板投退状态，防止其作弊行为，维护调度指令的严肃性，及时纠正错误操作，减少了人为操作压板失误对稳控装置运行造成的安全隐患，提高了稳控装置的运行可靠性。该智能压板工程实施简单，可充分利用装置现有的接口，对继电保护装置、备用电源自投装置等二次设备具有很好的推广应用价值。

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陈勇（1981—），男，本科，工程师，主要从事电力系统安全稳定分析与控制方面的研究工作；

李天宇（1992—），男，本科，在校学生，主要从事电力系统自动化方面的研究工作；

赵杰（1967—），男，学士，高级工程师，主要从事电力系统继电保护及安全自动装置方面的运行管理工作。

Project Supported by SGCC：the Key Technology of Promoting Regenerative Energy Consumption at Power Grid Side（2015BAA01B04）；Research on Identification，Early Warning and Preventive of Hidden Failure in Power System Protection（SGCC-MPLG003-2012）.

Application of Intelligent Trip Connector on Power Grid Stability Control Device

CHEN Yong1，LI Tianyu2，ZHAO Jie3，XU Haibo1，PAN An1，REN Jianfeng1
（1. NARI Group Co. /NARI Technology Development Co.，Ltd.，Nanjing 211106，Jiangsu，China；2. Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing 210023，Jiangsu，China；3. Gansu Electric Power Dispatching and Control Center，Lanzhou 730050，Gansu，China）

ABSTRACT：As the conventional trip connector can not be monitored in real time，thus it often bring about hidden risks in stability control devices. This paper briefly introduces the principle and application methods of the intelligent trip connector and then proposes the application methods of intelligent trip connector which are applied in real-time monitoring of tripping outlet，accurate calculating of controllable quantity and realtime optimization of the control strategy. All the work as discussed in the paper serve to provide the engineering application foundation for the intelligent trip connector in stability control devices.

KEY WORDS：trip intelligent connector；stability control device；hidden failure；real-time optimization control strategy；controllable quantity

作者简介：

收稿日期：2014-10-21。

基金项目：国家家科技支撑计划项目：电网侧提升可再生能源消纳能力的关键技术（2015BAA01B04）；国家电网公司重大专项二《大电网稳定基础理论研究》课题6：电力系统继电保护与控制系统隐性故障辨识、预警与预防技术研究资助项目（SGCC-MPLG003-2012）。

文章编号：1674- 3814（2016）02- 0036- 06

中图分类号：TM77

文献标志码：A