CN110635562A - 一种自适应区域备自投装置及自适应区域备自投方法 - Google Patents

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Abstract

一种自适应区域备自投装置，用于双电源的供电系统，所述供电系统包括两个电源、至少两个变电站、母线、线路和断路器；所述母线将所述电源的电能经由所述线路传输给所述变电站，每一所述母线上设置有至少一个所述断路器以控制所述母线对与其连接的所述线路的供能；其特征在于：所述备自投装置包括区域备自投装置和若干采集及执行单元，每一所述变电站处均设置有所述区域备自投装置，每一所述电源处均设置有所述采集及执行单元。本发明还公开一种自适应区域备自投装置的自适应区域备自投方法。

Description

一种自适应区域备自投装置及自适应区域备自投方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统输配电的自动投切装置，特别涉及一种自适应区域备自投装置及自适应区域备自投方法。
背景技术
近年来，备自投装置在220kV及以下等级的电网中得到广泛应用，在维持电网稳定和提高供电可靠性等方面起到了重要作用。
备自投装置要想发挥作用，必须要有备用电源和处于热备用状态的备用开关。当工作电源失电时，备自投装置跳开原工作电源的开关，合上备用电源的开关，实现备用电源的快速自动投入，为变电站恢复供电。备用电源的处于热备用状态的备用开关一般称作开环点，只有存在开环点，才能实现备自投。
双电源是110kV电网中常见的一种供电结构，通过两个电源给中间若干个串联在一起的变电站供电，为了抑制合环运行时的短路电流，采用开环运行方式，即打开其中一个断路器，开环运行后短路电流确实可以减小，但每个变电站都变成由单个电源供电，供电可靠性降低，这种情况下长使用备自投装置，将另一个电源作为备用电源，通过自动投切以提高供电可靠性。
随着电源项目和输变电项目的大量投产，500kV/220kV电网结构不断加强，电磁环网运行的影响及220kV电网短路电流水平增大日益凸显，因此有必要220kV电网开环运行。开环后，为提高供电可靠性，选择合适的备自投装置显得尤为重要。
目前的备自投装置，通常只适用于单个变电站这种接线情况，而采用开环运行后的220kV变电站，需要在最少2个变电站间灵活选择断环点。并且变电站大多采用双母线接线、有多回线路，这些线路涉及到联络线、电源线，运行方式灵活多变，使用常规备自投装置，无法满足要求。
发明内容
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种自适应区域备自投装置，用于双电源的供电系统，所述供电系统包括两个电源、至少两个变电站、母线、线路和断路器；所述母线将所述电源的电能经由所述线路传输给所述变电站，每一所述母线上设置有至少一个所述断路器以控制所述母线对与其连接的所述线路的供能；所述自适应区域备自投装置包括区域备自投装置和若干采集及执行单元，每一所述变电站处均设置有所述区域备自投装置，每一所述电源处均设置有所述采集及执行单元，且所有所述采集及执行单元分别通过光纤与所述区域备自投装置交互实时信息；所述采集及执行单元采集对应所述电源的模拟量信息并转换为开关量信号后通过光纤送至所述区域备自投装置，同时接收所述区域备自投装置下发的断路器通断命令并执行对应所述断路器的合闸或跳闸动作；其中，所述电源对应的所述采集及执行单元接入所述电源的电源电压，根据设定的电源有压定值和电源无压定值，转化为电源有压标志和电源无压标志开关量信号；所述采集及执行单元接入线路的电流，根据设定的线路故障电流定值和线路无流定值，转化为线路有故障电流标志和线路无流标志开关量信号，并结合电源电压，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志；所述采集及执行单元采集每一所述变电站内所有的断路器的位置接点，用于所述变电站运行状态的判断；所述采集及执行单元将上述的各标志位及各开关量通过光纤上送到所述区域备自投装置，由所述区域备自投装置进行综合决策。
优选地，所述电源包括所述母线及设置于所述母线上的所有所述断路器。
优选地，所述电源还包括与所述母线连接的所有所述线路。
优选地，所述电源的失压包括所述母线及与所述母线连接的所有所述线路同时失压。
优选地，所有的所述电源断路器均设置有检修压板。
优选地，所述变电站的所述运行状态包括全合状态和非全合状态，其中，当所述变电站处于全合状态时，所述变电站为全合变电站；当所述变电站处于非全合状态时，所述变电站为非全合变电站。
优选地，当所述变电站处于全合状态时，与所述变电站连接的所有断路器均在合位；当所述变电站处于非全合状态时，与所述变电站连接的所有断路器中至少有一个断路器处于分位而其他的断路器处于合位。
本发明还提供了一种基于如前述所述的一种自适应区域备自投装置的自适应区域备自投方法，所述方法包括步骤：
(1)所述电源对应的所述采集及执行单元接入所述电源的电源电压，根据设定的电源有压定值和电源无压定值，转化为电源有压标志和电源无压标志开关量信号；
(2)所述采集及执行单元接入线路的电流，根据设定的线路故障电流定值和线路无流定值，转化为线路有故障电流标志和线路无流标志开关量信号，并结合电源电压，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志；
(3)所述采集及执行单元采集每一所述变电站内所有的断路器的位置接点，用于判断所述变电站处于全合状态或非全合状态；
(4)所述采集及执行单元将上述的各标志位及各开关量通过光纤上送到所述区域备自投装置，由所述区域备自投装置进行综合决策；
(5)根据所述变电站运行状态的判断，所述区域备自投装置采用预设充放电逻辑，当系统正常运行，处于分位的所述断路器作为开环点，其余所述断路器均合闸运行，各变电站电源电压均有压，经充电整定时间后所述区域备自投装置选择预设方式充电完成，并置充电标志；
(6)所述区域备自投装置充电完成后，若系统有故障发生，或者电源失压，则区域备自投装置根据故障情况选择适合于隔离故障的断路器；
(7)经跳闸延时，发出命令跳开前述选择的断路器，跳闸命令通过光纤下发到相应变电站的采集及执行单元执行跳闸动作，确认断路器跳开后，经合闸延时发出合开环点断路器命令，合闸命令通过光纤下发到开环点所在变电站的采集及执行单元实行实际合闸。
优选地，所述的区域备自投装置根据故障情况选择适合于隔离故障的断路器包括：
当判断故障的变电站为全合变电站时，对设置于与该故障的变电站连接的母线上的所有断路器执行开闸，对与该故障的变电站连接的处于非全合变电站中的所有开环点的断路器执行合闸以对故障的变电站充电；
当判断故障的变电站为非全合变电站时，对设置于与该故障的变电站连接的母线上的所有断路器执行开闸，对该故障的变电站中所有的开环点的断路器执行合闸以对故障的变电站充电。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：自适应双电源的开环点位置，任一断路器作为开环点时，区域备自投装置都能自动识别；能够根据形态运行状态自动选择合适的断路器跳闸以隔离故障，防止合闸于故障；综合各变电站的状态进行决策，可以同时为多个失电的变电站同时恢复供电，而不局限于存在开环点的变电站；备自投动作过程只需要一次跳合闸操作，简洁准确；变电站的数目不论多少，该区域备自投装置均能适用；通过光纤传送实时信息，真正实现涵盖多个变电站的区域备自投装置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所应用的供电系统主接线示意图；
图2是本发明所应用的供电系统中的电源关联示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种自适应区域备自投装置，适用于双电源的供电系统，参考图1所示。电源C、电源D为两个电源，A站、B站为2个变电站，DL11-DL43为各断路器，其中DL22、DL24为当前运行方式下的开环点。本图所示仅为一种举例，当变电站及断路器的数目增加或减少时，本发明仍可适用。本图中的双电源形式上为电源C、电源D，对于其他形式的双电源，例如同一个变电站的Ⅰ母、Ⅱ母分别作为两个电源，或者其中一个电源为联络线电源，或者两个电源全部为联络线电源，本发明仍可适用。
每个电源分别配置一台采集及执行单元，每个变电站配置一台区域备自投装置，区域备自投装置与各采集及执行单元通过光纤交互实时信息。每台采集及执行单元需接入的模拟量有：本站的母线电压、2条串供线路的电流；需接入的开关量有：2个断路器的跳闸位置、合后位置，母差保护动作信号，闭锁区域备自投装置开入等。采集及执行单元将采集到的模拟量转化为开关量标志，根据设定的电源有压定值、电源无压定值，将电源电压转化为电源有压标志、电源无压标志；根据设定的进线故障电流定值、进线无流定值，将进线电流转化为进线有故障电流标志、进线无流标志；利用电源电压、进线电流，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志；所述采集及执行单元采集每一所述变电站内所有的断路器的位置接点，用于所述变电站运行状态的判断。采集及执行单元将上述的各种标志位及各开关量通过光纤上送到区域备自投装置，由区域备自投装置进行综合决策。
光纤传输信息的延时可达到小于1毫秒的水平，并且采集及执行单元通过就地判据将各模拟量转换为开关量，与区域备自投装置只交互开关量信息号，这样可大大减小传输报文的长度，有利于信息的快速传输，这种情况下，可达到实时交互信息的要求。通过交互实时信息，区域备自投装置可以达到与普通就地备自投装置相同的动作时间精度，实际动作时间可以达到毫秒级水平，区域备自投装置动作时间的整定可按照与普通备自投同等的整定原则考虑。这种情况下，还可以实现与普通备自投的对等配合，例如，根据高压侧备自投优先于低压侧备自投动作的一般原则，若本套区域备自投装置安装于110kV电压等级，区域备自投装置动作时间可按照优先动作来整定；110kV以下电压等级的备自投动作时间可整定为大于区域备自投装置的动作时间，而且可采用与普通高压侧备自投配合时完全相同的整定原则。
根据变电站内所有断路器处于合位或分位，判断此变电站为全合变电站或非全合变电站，然后选择预设的充放电条件。具体地，如图1所示，变电站A中所有的断路器均处于合位，故变电站A为全合变电站；而变电站B中至少有一个断路器处于分位，故变电站B处于非全合变电站。具体的充放电条件如下：
(1)全合变电站
充电条件为：双母均满足有压条件；所有断路器均合位且合后无放电条件；
放电条件为：有断路器合后消失；有对侧“有压全合”开入；有本侧闭锁备自投开入；有远方闭锁备自投开入。
(2)非全合变电站
充电条件为：至少一个断路器分位，其余断路器合位且合后无放电条件；有对侧“有压全合”开入；如有母线由联络线供电时，该母线有压；备用有压，进线备用且有电压互感器接入时备用进线有压，母线备用时备用母线有压；
放电条件为：工作断路器合后消失；备用断路器合上；进线备用且有电压互感器接入时，备用进线长时间不满足有压；母线备用时，母线长时间不满足有压；有本侧闭锁备自投开入；有闭锁远方备自投开入。
如图2，在本申请实施例中，由于备自投装置动作逻辑考虑的只是两个电源，两个电源一主一备，主供电源失电，跳开主供电源，合上备供电源。母线传输电源电能的同时，母线上的断路器也会分走部分电压，故将断路器和母线“捆绑”视为电源，也就是说，将某段母线上的电源断路器和母线看做电源整体，从而确保电压的一致性和准确性。
为了提高准确度，电源还可以在上述图1的基础上，还包括与所述母线连接的所有所述线路。一般而言，线路所消耗的电压较小，所以忽略不计。但是在某些实施例中，为了更全面地考虑以及提高精确度，可以在断路器和母线的基础上，将线路考虑增加入电源中。
进一步地，在本申请实施例中，所述电源的失压包括所述母线及与所述母线连接的所有所述线路同时失压。此情况主要考虑由于某些情况母线失去电压，但是线路与其他变压站连接而保持一定电压。
在本申请实施例中，所有断路器均设置检修压板。其目的在于，变电站可能有多个电源接入，而备自投只是两个电源的备自投，其余电源通过检修压板的投入，使其不参与备自投逻辑判断。
下面以图1所示的供电系统为例对本申请中的自适应区域备自投装置及自适应区域备自投方法进行说明。
其中，供电系统情况具体为：如图1所示，电源C、D分别对变电站A、B供电，开环点在变电站B侧；变电站A的断路器DL11、DL12、DL13、、DL14、DL15合位，变电站A为全合变电站；变电站B的断路器DL21、DL23、DL25合位，DL22、DL24分位，变电站B为非全合变电站。备自投装置(未示出)包括区域备自投装置(未示出)和若干采集及执行单元(未示出)，变电站A、B处均设置有所述区域备自投装置，电源C、D处均设置有所述采集及执行单元，且所有所述采集及执行单元分别通过光纤与所述区域备自投装置交互实时信息。
步骤1：电源C、D对应的所述采集及执行单元接入电源C、D的电源电压，根据设定的电源有压定值和电源无压定值，转化为电源有压标志和电源无压标志开关量信号。
步骤2：所述采集及执行单元接入线路的电流，根据设定的线路故障电流定值和线路无流定值，转化为线路有故障电流标志和线路无流标志开关量信号，并结合电源电压，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志。
步骤3：所述采集及执行单元采集变电站A、B内所有的断路器的位置接点，用于判断变电站A、B处于全合状态或非全合状态。
步骤4：所述采集及执行单元将上述的各标志位及各开关量通过光纤上送到所述区域备自投装置，由所述区域备自投装置进行综合决策。
步骤5：根据变电站A、B运行状态的判断，所述区域备自投装置采用预设充放电逻辑，当系统正常运行，处于分位的所述断路器作为开环点，其余所述断路器均合闸运行，各变电站电源电压均有压，经充电整定时间后所述区域备自投装置选择预设方式充电完成，并置充电标志；
步骤6：所述区域备自投装置充电完成后，若系统有故障发生，或者电源失压，则区域备自投装置根据故障情况选择适合于隔离故障的断路器；
步骤7：经跳闸延时，发出命令跳开前述选择的断路器，跳闸命令通过光纤下发到相应变电站的采集及执行单元执行跳闸动作，确认断路器跳开后，经合闸延时发出合开环点断路器命令，合闸命令通过光纤下发到开环点所在变电站的采集及执行单元实行实际合闸。
如图1所示，变电站A为全合变电站，变电站B为非全合变电站，当变电站A、B失压，备自投装置采用不同的预设方法对其进行供电。具体地，比如，当CAI线、CAⅡ线失压，变电站A失压，此时电源D、变电站B正常，变电站A的区域备自投跳开断路器DL11、DL13，同时将电源C失电信息远传给变电站B的区域备自投装置，变电站B的区域备自投装置合上断路器DL22、DL24，恢复变电站A供电。当DBI线、DBⅡ线失压，变电站B失压，此时电源C、变电站A正常，变电站B的区域备自投跳开断路器DL41、DL43，同时合上断路器DL22、DL24，恢复变电站B供电。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种自适应区域备自投装置，用于双电源的供电系统，所述供电系统包括两个电源、至少两个变电站、母线、线路和断路器；所述母线将所述电源的电能经由所述线路传输给所述变电站，每一所述母线上设置有至少一个所述断路器以控制所述母线对与其连接的所述线路的供能；其特征在于：所述自适应区域备自投装置包括区域备自投装置和若干采集及执行单元，每一所述变电站处均设置有所述区域备自投装置，每一所述电源处均设置有所述采集及执行单元，且所有所述采集及执行单元分别通过光纤与所述区域备自投装置交互实时信息；所述采集及执行单元采集对应所述电源的模拟量信息并转换为开关量信号后通过光纤送至所述区域备自投装置，同时接收所述区域备自投装置下发的断路器通断命令并执行对应所述断路器的合闸或跳闸动作；其中，所述电源对应的所述采集及执行单元接入所述电源的电源电压，根据设定的电源有压定值和电源无压定值，转化为电源有压标志和电源无压标志开关量信号；所述采集及执行单元接入线路的电流，根据设定的线路故障电流定值和线路无流定值，转化为线路有故障电流标志和线路无流标志开关量信号，并结合电源电压，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志；所述采集及执行单元采集每一所述变电站内所有的断路器的位置接点，用于所述变电站运行状态的判断；所述采集及执行单元将上述的各标志位及各开关量通过光纤上送到所述区域备自投装置，由所述区域备自投装置进行综合决策。
2.如权利要求1所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：所述电源包括所述母线及设置于所述母线上的所有所述断路器。
3.如权利要求2所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：所述电源还包括与所述母线连接的所有所述线路。
4.如权利要求1所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：所述电源的失压包括所述母线及与所述母线连接的所有所述线路同时失压。
5.如权利要求1所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：所有的所述电源断路器均设置有检修压板。
6.如权利要求1所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：所述变电站的所述运行状态包括全合状态和非全合状态，其中，当所述变电站处于全合状态时，所述变电站为全合变电站；当所述变电站处于非全合状态时，所述变电站为非全合变电站。
7.如权利要求6所述的一种自适应区域备自投装置，其特征在于：当所述变电站处于全合状态时，与所述变电站连接的所有断路器均在合位；当所述变电站处于非全合状态时，与所述变电站连接的所有断路器中至少有一个断路器处于分位而其他的断路器处于合位。
8.一种基于如权利要求1所述的一种自适应区域备自投装置的自适应区域备自投方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(1)所述电源对应的所述采集及执行单元接入所述电源的电源电压，根据设定的电源有压定值和电源无压定值，转化为电源有压标志和电源无压标志开关量信号；
(2)所述采集及执行单元接入线路的电流，根据设定的线路故障电流定值和线路无流定值，转化为线路有故障电流标志和线路无流标志开关量信号，并结合电源电压，计算电压和电流的夹角，得到电流的方向标志；
(3)所述采集及执行单元采集每一所述变电站内所有的断路器的位置接点，用于判断所述变电站处于全合状态或非全合状态；
(4)所述采集及执行单元将上述的各标志位及各开关量通过光纤上送到所述区域备自投装置，由所述区域备自投装置进行综合决策；
(5)根据所述变电站运行状态的判断，所述区域备自投装置采用预设充放电逻辑，当系统正常运行，处于分位的所述断路器作为开环点，其余所述断路器均合闸运行，各变电站电源电压均有压，经充电整定时间后所述区域备自投装置选择预设方式充电完成，并置充电标志；
(6)所述区域备自投装置充电完成后，若系统有故障发生，或者电源失压，则区域备自投装置根据故障情况选择适合于隔离故障的断路器；
(7)经跳闸延时，发出命令跳开前述选择的断路器，跳闸命令通过光纤下发到相应变电站的采集及执行单元执行跳闸动作，确认断路器跳开后，经合闸延时发出合开环点断路器命令，合闸命令通过光纤下发到开环点所在变电站的采集及执行单元实行实际合闸。
9.根据权利要求8所述的自适应区域备自投方法，其特征在于，所述的区域备自投装置根据故障情况选择适合于隔离故障的断路器包括：
当判断故障的变电站为全合变电站时，对设置于与该故障的变电站连接的母线上的所有断路器执行开闸，对与该故障的变电站连接的处于非全合变电站中的所有开环点的断路器执行合闸以对故障的变电站充电；
当判断故障的变电站为非全合变电站时，对设置于与该故障的变电站连接的母线上的所有断路器执行开闸，对该故障的变电站中所有的开环点的断路器执行合闸以对故障的变电站充电。
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