电网负荷转供装置转供模式与当值策略实施研究

吕 超,费平平

(国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司,浙江 嘉兴 314000)

0 引 言

电力系统各区域电网之间,各枢纽变电站与终端变电站之间,在实际运行过程中相互联系、相互影响,局部干扰有可能引发事故的联锁反应,严重时会波及更大范围的电力系统,造成系统失稳,出现电网停电范围增大,对设备和人身造成威胁,严重时会影响电力系统的运行[1]。负荷转供控制装置是能够有效防御电网扰动,保障电力系统可靠运行的重要装置。尤其在220 kV系统中,负荷转供装置在电力系统的稳定安全控制和可靠连续供电方面发挥着重要的作用。

选取220 kV系统的电网结构,研究分析较为复杂接线的双母双分段接线方式,依据主备供电的组态方式、转供方式的优先序列、元件状态判断等可控逻辑,研究2种接线方式下的转供模式,同时以失效和修复性作为可靠评价指标,提出该方式下的当值模式。

1 电网结构

220 kV电网结构中主要接线方式为双母线、双母单分段、双母双分段等方式。一般在枢纽变电站中双母线、双母双分段接线方式居多,在区域电网结构建设与优化时,考虑配置负荷转供控制装置。文中选取较为复杂接线的双母双分段接线方式进行配置分析,如图1所示。

图1 双母双分段接线

2 备供方式分析

负荷转供控制装置一般选取220 kV线路或者分段开关进行控制。当线路主供电源失去后,按照优先序列顺序,投入同一优先级的一条或多条备供线路,恢复失压母线供电功能;当母线分列运行方式时,分段开关任意侧的运行母线失压后,合上分段开关,恢复失压母线供电功能。

2.1 优先序列设定

优先系列主要由线路组别与优先级构成,分别采用定值的方式进行设定。

线路组别定值位于优先系列的十位数值,定值范围设为0～5,其中0表示不参与线路备供,来自同一电源方向的线路应整定为同一组别。

优先级定值位于优先系列的个位数值,整定范围为0～4,其中1>2>3>4,0表示不参与线路备供,线路备供逻辑动作后,优先级设定值较小的备供线路优先被投入。

基于上述设定方法,双母双分段接线,线路备供的优先序列整定值如表1所示。

表1 线路备供优先序列整定

表1中的优先系列设定值包含如下含义:

1)线路01、02来自同一电源方向,线路03、04来自同一电源方向。一组线路主供另一组备供时,线路备供逻辑开放;主供线路故障导致运行母线失压时,线路备供逻辑动作。

2)线路01、02主供,线路03、04备供方式下,备供逻辑动作时,首先投入优先序列较高的线路03,如故障母线电压恢复,备供动作成功,否则,再投入优先级次高的线路04。

双母双分段接线,分段备供时,设定方法与线路优先系列设定一致,但优先序列中只含有优先级设定,如表2所示。

表2 分段备供优先序列整定

分段备供逻辑动作后,如分段开关01、02均可备,则优先投入分段开关01,如母线电压未回复,再投入分段开关02;由于母线失压或检修,切换为不可备供状态的分段开关,不会被投入。

2.2 元件状态判别

负荷转供控制装置的元件状态主要判别线路开关、分段开关状态[2]。2种元件主要分为主供、备供、检修、不可备投4种状态,4种状态分别满足以下条件:

1)主供状态条件。检修压板退出、开关合位、优先序列不为0,3个条件同时满足。

2)备供状态条件。检修压板退出、线路开关分位且无流、电压大于有压定值、优先序列不为0,4个条件同时满足。

3)检修状态。检修压板投入、优先序列设置不为0,2个条件同时满足。

4)不可备投状态。不符合主供、备供、检修3种状态的其他状态。

3 当值策略实施

3.1 2种备供方式

双母双分段接线主要有2种备供方式:一是线路备供方式,4回线路一组运行一组备用;二是分段备供方式,4回线路均运行,分段开关备用[3]。

1)备供方式。针对备供方式下充电条件、启动条件、动作逻辑、放电及闭锁条件如图2所示。

图2 备供逻辑框图

2)备供逻辑。以线路备供方式为例。

充电条件满足:总功能压板且线路备投功能投入;非检修状态的母线有压;非检修状态的分段开关在合位;一组线路有主供线路;另一组线路满足有备供线路且无主供线路条件,满足以上条件经tc延时后,装置充电成功,线路备投功能开放。

启动条件:所有运行母线电压小于失压启动值;所有主供线路无流;满足以上条件,经tq延时后,线路备投逻辑启动。

动作逻辑:满足充电条件经tc延时后,线路备投功能开放;满足启动条件经tq延时后,线路备投逻辑启动,出口跳主供组所有主供线路,同时切除失压母线上的小电源线路;跳主供线路tT时间内,检测到所有被跳主供线路的开关位置均处于分位时,继续执行;否则备投失败;确认失压母线电压小于无压动作值后,投入优先级设定值最小且尚未执行过合闸操作的同一优先级的一条或多条备供线路。

放电及闭锁条件:总功能压板或备投功能退出,立即放电;主供线路检修压板均投入,立即放电;备供组的任意线路切换为主供状态,延时5 s放电;所有运行母线电压消失,延时15 s放电;任意线路间隔开关位置异常后,立即放电;收到母差、失灵动作信号立即放电,需手动复归;主供线路跳闸后母线电压不满足小于失压动作值条件,延时30 s放电。

3.2 当值方式选择

负荷转供装置当值方式选择主要基于供区稳定、元件状态、电网可靠性等要素[4],并结合实际设备情况。继电保护装置每部分的可靠性都由该部分的随机失效指标决定。可靠指标用失效和修复性表示,并给出不同方式下当值方式选择情况。

3.2.1 可靠性指标

负荷转供控制装置是一个提高电网稳定性的装置,在分析其可靠性时,将失效率λ和修复率μ作为基础的指标[5]。

(1)

式中:λ(t)为正常工作开始至t时刻单位时间失效次数;P(·)为条件概率函数;Δt为采样时间;T为故障前的工作时长。

(2)

式中:μ(t)表示负荷转供控制装置故障在t之后修复的概率;TY为装置故障持续时间。

3.2.2 案例方式选择

某220 kV变电站由4台主变组成,形成高中侧双母双分段接线方式,如图3所示。由于特殊方式配置负荷转供装置,变电站由2个550 kV变电站供电,即线路1和线路2来自供区1,线路3和线路4来自供区2。

图3 变电站接线方式

单个继电保护系统是典型的串联系统,其中任何一个单元失效都会引起整个系统失效,正常运行负荷转供装置动作次数有限。选取状态检修中的应用[6],文献[7]通过继电保护系统的5个主要事件验证继电保护系统各环节的可靠性,没有考虑区外故障时保护装置运行特点。基于此,提出了6种事件,用于更加完整地验证装置各个环节的可靠性[8-9]。具体的验证关系如表3所示。

表3 事件与装置功能验证表

通过软件验证,在失效概率较小,同时结合运行状态以1年为时限,对发生的主要3种事件进行统计分析,如表4所示。

表4 事件与失效修复统计情况

通过表4可知:双母双分段接线在分段备供模式下,在运变电站检修状态对6种事件调试和运行状态实际发生的故障问题数据进行统计分析,检修状态调试能够有效检验各个环节功能,试验验证正确对应;同时在实际运行发生异常故障时,在近5年内失效率均低于0.5%,故障修复率可达99.2%以上。基于此,可选取该种运行方式下可选分段备供作为当值模式。

4 结 语

分析区域内双母双分段的电网结构与负荷转供装置的控制方式,考虑装置运行元件状态、主备供电的组别方式、转供方式的优先序列等可控判据逻辑,研究双母双分段复杂接线方式下2种典型转供模式。以实际变电站负荷装置为案例,以失效和修复性作为可靠评价指标,提出了当值可实施方式。