CN102545379A - 单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，该方法结合单元接线的110kV变电站主接线方式，综合分析了各种对10kV备自投的约束条件，采用就地信息，采用10kV母线的电压量的不平衡度作为判据，形成了与上级安自装置相配合的10kV备自投投退逻辑。本发明的备自投设备没有采用单一的判据，而是将电压幅值和负序电压判据相互结合起来，形成较为完善的动作逻辑，可以可靠保证10kV备自投能自适应上级安自装置进行投退，可以提高10kV备自投设备的投运率，所有备自投动作信息均来自本地110kV变电站，不需要从上级变电站采集远方信息，工程应用性强，不需要额外增加通信通道的建设维护费用。

Description

单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法

技术领域

本发明涉及一种变电站母线上功率合理分配的电能控制技术领域，特别涉及一种单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法。

背景技术

随着电网的快速发展，为提高电网的稳定性，在220kV以及500kV变电站中广泛装设有低频低压减载装置与安稳控制系统等安全自动装置。安自装置接入后，对10kV备自投装置的投退产生了新的约束。安自装置动作的结果是切除部分负荷，此时下级10kV备自投装置应退出，保证负荷的可靠切除。安稳系统动作远切终端站造成主供电源失电时，线路备自投不允许动作；但由其它原因使主供电源失电时线路备自投应能正确动作(黎永豪.适应安稳系统的线路备自投在110kV变电站中的应用[J].电工技术，2008，(12))。因而10kV备自投应具有判别上级安自装置动作造成失电的逻辑，在安自装置动作时可靠闭锁，实现自适应投退。

目前10kV备自投装置没有考虑安自装置的约束，缺乏完善的自适应投退策略，电网运行部门为充分发挥安自装置的作用，将部分10kV备自投退出运行，对供电可靠性造成了不利的影响。本发明结合单元接线的110kV变电站主接线方式，综合分析了各种对10kV备自投的约束条件，采用就地信息，采用10kV母线的电压量的不平衡度作为判据，形成了与上级安自装置相配合的10kV备自投投退逻辑，可以提高10kV备自投设备的投运率，对提高电网的供电可靠性有重要的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，考虑了主接线方式、线路故障电气特征量和不同故障类型等情况，优化实现10kV分段备自投的自适应上级安自装置投退。

采用单元接线的110kV变电站中，一般有四条10kV母线，配备有两套分段备自投设备(分别为第一备自投和第二备自投)，四个10kV分段母线共有四个进线断路器，分别为第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器(其中第二断路器与第三断路器所联的进线相同)，另外有两个母联断路器第五断路器和第六断路器，第一断路器、第二断路器和第五断路器由第一套备自投设备控制，第三断路器、第四断路器和第六断路器由第二套备自投设备控制，两套分段备自投设备的控制方法一样，第一套分段备自投设备的自适应上级安自装置投退方法包括如下步骤：

(1)正常运行情况下，第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器处于合闸状态，第五断路器和第六断路器处于分闸状态，母线电压和进线电流正常，备自投处于充完电热备用状态；

(2)第一备自投分别检测第一断路器与第二断路器所连母线的相电压和线电压，在装置中计算相电压和线电压的不平衡度以及负序不平衡度；

(3)第一备自投中将步骤(2)中第一断路器所连母线相电压和线电压不平衡度以及负序电压不平衡度计算值与设定值比较，判别是否有不平衡出现，若判断成立则开放备自投方式2；第一备自投中将步骤(2)中第二断路器所连母线相电压和线电压不平衡度以及负序电压不平衡度计算值与设定定值比较，判别是否有不平衡出现，若判断成立则开放备自投方式1；所述备自投方式1为备自投发出命令断开第二断路器，合上第五断路器；所述备自投方式2为备自投发出命令断开第一断路器，合上第五断路器。

(4)备自投方式1的启动条件为第二断路器所联母线无压无流，第一断路器所联母线有压，若备自投方式1处于开放状态且满足其启动条件，则备自投将合上第五断路器，断开第二断路器；备自投方式2的启动条件为第一断路器所联母线无压无流，第二断路器所联母线有压，若备自投方式2处于开放状态且满足其启动条件，则备自投将合上第五断路器，断开第一断路器；

(5)备自投方式1或备自投方式2启动后，第一备自投发出动作信号，并在操作屏中显示动作信息。

上述方法中，步骤(2)中需要采集第一断路器和第二断路器所联母线的三个线电压和三个相电压，计算线电压不平衡度和线电压不平衡度选择最小电压和最大电压的比值进行计算，而对于负序电压不平衡度则通过下面公式进行计算：

$U_2/U_1=\sqrt{(1-\sqrt{3-6L})/(1+\sqrt{3-6L})}$

(式中 $L=({U_a}^4+{U_b}^4+{U_c}^4)/{({U_a}^2+{U_b}^2+{U_c}^2)}^2$ )

U₁为正序电压分量，U₂为负序电压分量，

U_a、U_b、U_c为A、B、C三相电压幅值

步骤(3)在装置内同时对两侧母线进行不平衡度判别，判据成立时开放备自投其中一个方式。步骤(3)中对相电压、线电压不平衡和负序电压不平衡判别有所不同(分别对应下面的1)和2))：

1)步骤(2)中相电压、线电压不平衡度小于定值时，判别出现不平衡，开放备自投；

2)步骤(2)中负序电压不平衡度大于定值时，判别出现不平衡，开放备自投。

上述方法中，第二套备自投设备的控制方法与第一套相同，只需将上述过程中的第一断路器、第二断路器和第五断路器分别替换成第三断路器、第四断路器和第六断路器。

本发明相对于现有技术的主要优点和有益效果是：

1、备自投设备没有采用单一的判据，而是将电压幅值和负序电压判据相互结合起来，形成较为完善的动作逻辑，可以可靠保证10kV备自投能自适应上级安自装置进行投退。

2、所有备自投动作信息均来自本地110kV变电站，不需要从上级变电站采集远方信息，工程应用性强，不需要额外增加通信通道的建设维护费用。

3、备自投设备采集的信息主要为电压量信息，在目前广泛应用的备自投设备中均有相应的采集环节，在现有备自投设备基础上进行软件升级既可以完成相应的逻辑，经济性和工程性好。

附图说明

图1是本发明的备自投自适应方法所应用的主接线图。

图2是本发明中电压幅值不平衡度判据逻辑图。

图3是本发明中负序电压不平衡度判据逻辑图。

图4是本发明中电压不平衡度起动判据的总逻辑图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

图1是典型的110kV变电站三母四分段主接线图，正常运行时，进线1、进线2、进线3分别由不同的110kV线路供电，第一断路器DL、2DL、6DL、7DL处于合位，第三断路器DL、8DL处于开位。

本发明需要采集如下的电网运行数据(均以FBZTA为例)：

1.输入模拟量见表1。

表1

模拟量	符号
		I母三相电压	Ua1，Ub1，Uc1
II母甲三相电压	Ua2，Ub2，Uc2
		1#主变低压侧单相电流	IL1
2#主变低压侧单相电流	IL2

2.输入开关量见表2。

表2

为了和上级安自装置配合，备自投需具有判别上级安自装置动作造成失电的逻辑。无论是上级安自装置动作还是110kV线路故障，电气特征量均直接反映在110kV侧，但由于单元接线中没有110kV母线，只能获取10kV侧的信息，因而需要通过10kV侧母线电气量的变化情况来实现对上级安自动作的判别。

当上级安自动作而切除电源时，110kV线路没有发生故障，在母线完全失电前为正常的电气量，当110kV线路发生故障后由保护切除电源时，则在母线完全失电前将短时存在故障特征量。从这个原理出发，结合单元接线的变电站的具体特点，选择10kV母线电压的不平衡量作为故障特征量，实现10kV备自投自适应上级安自装置的投退。10kV母线电压的不平衡量具体来说可以分为两种，一种是电压幅值的不平衡度，另一种是负序电压的不平衡度，将两种不平衡度判据结合起来，可以形成将完善的10kV备自投自适应投退策略。

1、电压幅值的不平衡度

当110kV输电线路发生非对称故障时，110kV变电站的进线电压将产生不对称，在单元接线下10kV仅由单条110kV线路供电，电压幅值不平衡度较大。而对于可能引起安自装置动作的上级系统故障，10kV侧电压不平衡不明显。

因此，可利用电压不平衡度作为判据，并采取合适的定值来判别10kV母线失电是否由安自动作引起。其逻辑图如图2所示。

为母线最小相电压，

为母线最大相电压，

为母线最小线电压，

为母线最大线电压，为相电压门槛定值，

为线电压门槛定值，k_1set为相电压不平衡度的整定值，k_2set为线电压不平衡度的整定值，k_3set为负序电压不平衡度的整定值。T为满足电压不平衡判据后，允许备自投起动的时间。

k_1set、k_2set的整定需要躲开正常运行时电压的不平衡，根据《电能质量供电电压允许偏差》规定：10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％。为了保证在正常运行时备自投的正确闭锁，电压不平衡度判据起动值必须整定得小于正常运行时的电压不平衡，即

k_1set＝k_2set＜k_set′＝(1-7％)/(1+7％)＝0.87

引入可靠系数k_rel＝1.2，则上式可得

k_1set＝k_2set＝k_set/1.2＝0.72

2、负序电压不平衡度

当110kV输电线路发生非对称故障时，10kV侧感受到的正序电压分量U₁将减小，同时负序电压分量U₂将增大，于是，两者的比值U₂/U₁将增大。我们知道，当电网正常运行时，理想情况下，负序电压为0，负序电压不平衡度U₂/U₁亦为0。根据规定：电网正常运行时，负序电压不平衡不超过2％，短时不得超过4％。因而当线路发生不对称故障时，负序电压不平衡度将和电网正常运行时有较明显的区别，其逻辑图如图3所示

关于需测量的U₁与U₂，一般的做法是检测获得三相电压的幅值和相位后应用对称分量法分别求出正序分量、负序分量，但需要改变相应的输入插件。110kV变电站的10kV侧为三角形不接地系统，在正常运行和故障时，电压均无零序电压分量，可通过测得三相电压(相电压或线电压)的幅值，利用下面公式：

$U_2/U_1=\sqrt{(1-\sqrt{3-6L})/(1+\sqrt{3-6L})}$

，式中L＝(U_a ⁴+U_b ⁴+U_c ⁴)/(U_a ²+U_b ²+U_c ²)²，求得负序电压不平衡度。

K_3set为负序电压不平衡度定值，在整定时应考虑故障或安自装置动作前，线路中的负序电压已处于不平衡状态的特殊情况。根据规定：电网正常运行时，负序电压不平衡不超过2％，短时不得超过4％。为保证在正常运行时备自投的正确闭锁，负序电压不平衡度判据起动值必须大于正常运行时的负序电压不平衡度，即

k_3set＞k_set″＝4％

引入可靠系数k_rel＝1.2，则上式可得

k_3set＝k_set″×1.2＝0.048

将两种电压不平衡度的判据结合起来，可以形成较完善的基于电压不平衡度的10kV备自投自适应上级安自装置投退的策略，有效克服单一判据的缺陷，提高动作逻辑可靠性，其最终逻辑图如附图4所示

如上即可很好实现本发明，其仅为一个实例，本领域技术人员可以在发明内容所述技术方案的基础上进行本质上一致的修改或替换。

Claims (4)

1.单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，采用单元接线的110kV变电站中，有四条10kV母线，配备有两套分段备自投设备，四个10kV分段母线共有四个进线断路器，分别为第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器，其中第二断路器与第三断路器所联的进线相同，另外还有两个母联断路器即第五断路器和第六断路器，其特征在于第一断路器、第二断路器和第五断路器由第一套备自投设备控制，第三断路器、第四断路器和第六断路器由第二套备自投设备控制，两套分段备自投设备的控制方法一样，第一套分段备自投设备的自适应上级安自装置投退方法包括如下步骤：

(1)正常运行情况下，第一断路器、第二断路器、第三断路器和第四断路器处于合闸状态，第五断路器和第六断路器处于分闸状态，母线电压和进线电流正常，备自投处于充完电热备用状态；

(2)第一备自投分别检测第一断路器与第二断路器所连母线的相电压和线电压，在装置中计算相电压和线电压的不平衡度以及负序不平衡度；

(3)第一备自投中将步骤(2)中第一断路器所连母线相电压和线电压不平衡度以及负序电压不平衡度计算值与设定值比较，判别是否有不平衡出现，若判断成立则开放备自投方式2；第一备自投中将步骤(2)中第二断路器所连母线相电压和线电压不平衡度以及负序电压不平衡度计算值与设定定值比较，判别是否有不平衡出现，若判断成立则开放备自投方式1；所述备自投方式1为备自投发出命令断开第二断路器，合上第五断路器；所述备自投方式2为备自投发出命令断开第一断路器，合上第五断路器。

(4)备自投方式1的启动条件为第二断路器所联母线无压无流，第一断路器所联母线有压，若备自投方式1处于开放状态且满足其启动条件，则备自投将合上第五断路器，断开第二断路器；备自投方式2的启动条件为第一断路器所联母线无压无流，第二断路器所联母线有压，若备自投方式2处于开放状态且满足其启动条件，则备自投将合上第五断路器，断开第一断路器；

(5)备自投方式1或备自投方式2启动后，第一备自投发出动作信号，并在操作屏中显示动作信息。

2.根据权利要求1所述单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，其特征在于步骤(2)中需要采集第一断路器和第二断路器所联母线的三个线电压和三个相电压，计算相电压不平衡度和线电压不平衡度时选择最小电压和最大电压的比值进行计算，而对于负序电压不平衡度则通过下面公式进行计算：

式中L＝(U_a ⁴+U_b ⁴+U_c ⁴)/(U_a ²+U_b ²+U_c ²)²，U₁为正序电压分量，U₂为负序电压分量，U_a、U_b、U_c为三相电压幅值。

3.根据权利要求1所述单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，其特征在于步骤(3内同时对两侧母线进行不平衡度判别，判据成立时开放其中一个备自投方式。

4.根据权利要求1所述单元接线下10kV备自投自适应上级安自装置投退方法，其特征在于步骤(3)中对相电压、线电压不平衡和负序电压不平衡判别具体为：

1)步骤(2)中相电压、线电压不平衡度小于定值时，判别出现不平衡，开放备自投；

2)步骤(2)中负序电压不平衡度大于定值时，判别出现不平衡，开放备自投。

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