CN115833352A - 三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法 - Google Patents

三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，应用于三电源供电的110kV单母线分段一次主接线系统网络，包括第一个单母线分段备自投停启用原理、第二个单母线分段备自投停启用原理、单母线接线备自投停启用原理，本发明自适应备自投的方案，能满足复杂情况下的备自投自适应运行功能，考虑了断路器运行、热备用、冷备用和检修的情况，可以自适应运行方式的变化，实现自动判别，并停启用相应备自投，该种备自投的适用范围广，备自投动作逻辑清晰。

Description

三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法
技术领域
本发明涉及一种三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，属于电力输配电网络控制技术领域。
背景技术
实际工程应用中，存在110kV变电所一次主接线为三电源供电的110kV单母线分段接线。由于存在多电源供电情况，该接线方式下备用电源自动投入装置(简称备自投)的运行方式多样，仅考虑系统一次接线中断路器为合闸运行或非合闸运行状态时，“穷举”其可行运行方式有9种，进一步将断路器非合闸运行状态分为热备用和冷备用情况时，经分析运行方式多达81种。目前市场上没有应用于该种接线备自投的相关产品，需另行重新设计制造。用“穷举法”构成的该种接线备自投逻辑复杂，同时存在运行方式穷举不全或难以穷举全的问题。由工程实践经验可知，复杂接线的备自投可以简化为多个简单接线备自投组成，但是，由于存在多个简单备自投，其运行的选择需要人工完成投退，该状况不能自适应运行方式的变化，并优化启用相应的备自投。现有技术没有解决三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投的简化及不同运行方式下备自投如何选择与配合的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，应用于220kV及以下电压等级变电所，对三电源供电110kV单母线分段接线备自投简化后的数个简单接线备自投，提供可以自适应运行方式变化并自动启用相应备自投的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，将三电源供电110kV单母线分段接线备自投简化为由2个单母线分段接线备自投和1个单母线接线备自投组成；
当线路一、线路二电源运行，线路三电源停止运行时，为第一个单母线分段接线备自投，即由线路一电源、线路二电源、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3组成第一个单母线分段接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑴
当线路一、线路三电源运行，线路二电源停止运行时，为第二个单母线分段接线备自投，即由线路一电源、线路三电源、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF4组成第二个单母线分段接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑵
当线路二或线路三电源运行且断路器QF2为冷备用时，或者当线路一电源不运行、线路二或线路三电源运行且断路器QF2运行时，为单母线接线备自投，即由线路二电源、线路三电源、断路器QF3、断路器QF4组成单母线接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑶
其中，A、B、C、D分别表示断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF4为合闸运行状态，用逻辑代数表示为1；用A、B、C、D分别表示断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF4为非合闸运行状态，用逻辑代数表示为0；
三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，应用于三电源供电的110kV单母线分段一次主接线系统网络，具体为：
1.第一个单母线分段接线备自投停启用原理
1.1条件1：
(1)断路器QF1运行；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均为热备用，或断路器QF2运行、断路器QF3热备用，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
1.2条件2：
(1)断路器QF1热备用；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均运行，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
当条件1或条件2的所有条件均满足时，经过延时t1，启用第一个单母线分段接线备自投；
当条件1和条件2均不全部满足时，停用第一个单母线分段接线备自投，第一个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
2.第二个单母线分段接线备自投停启用原理
2.1条件3：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3冷备用；
(5)断路器QF4热备用；
2.2条件4：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1热备用；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3热备用；
(5)断路器QF4运行；
2.3条件5：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2热备用；
(4)断路器QF3热备用或冷备用；
(5)断路器QF4运行；
当条件3或条件4或条件5的所有条件均满足时，经过延时t2，启用第二个单母线分段接线备自投；
当条件3和条件4和条件5均不全部满足时，停用第二个单母线分段接线备自投，第二个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
3.单母线接线备自投停启用原理
3.1条件6：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1为运行或为热备用；
(4)断路器QF2冷备用；
(5)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
3.2条件7：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1冷备用；
(4)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
当条件6或条件7的所有条件均满足时，经过延时t3，启用单母线接线备自投；
当条件6和条件7均不全部满足时，停用单母线接线备自投，单母线接线备自投对应的软压板退出并放电。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法中，断路器合闸运行(断路器运行)指断路器及其两侧隔离开关均合上的运行状态；断路器非合闸运行(断路器不运行)指断路器为热备用、冷备用或检修状态，其中：断路器热备用状态指断路器断开、断路器两侧隔离开关合上的运行状态；断路器冷备用状态指断路器及其两侧隔离开关均断开的运行状态；断路器检修状态指断路器及其两侧隔离开关均断开且接地隔离开关合上的运行状态。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法中，断路器为冷备用状态的情况同样适用于断路器为检修状态的情况。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法中，所述延时t1、t2、t3整定为0.5-1s。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法中，第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投为微机备自投装置。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法中，其中第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑由一个PLC备自投装置集成3个备自投逻辑来实现。
前述三电源供电110kV单母线分段接线备自投的简化方法，其中第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑由一个微机备自投装置集成3个备自投逻辑来实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投的方案，能满足复杂情况下的备自投自适应运行功能，考虑了断路器运行、热备用、冷备用和检修的情况，可以自适应运行方式的变化，实现自动判别，并通过自动投退相应备自投的软压板来控制相应备自投的停启用，该种备自投的适用范围广，备自投动作逻辑清晰。
附图说明
图1是本发明自适应备自投所应用的三电源供电110kV单母线分段接线一次主接线图；
图2是本发明自适应备自投简化后的第一个单母线分段接线一次主接线图；
图3是本发明自适应备自投简化后的第二个单母线分段接线一次主接线图；
图4是本发明自适应备自投简化后的单母线一次主接线图；
图5是本发明自适应备自投简化后的第一个单母线分段接线备自投停启用原理图；
图6是本发明自适应备自投简化后的第二个单母线分段接线备自投停启用原理图；
图7是本发明自适应备自投简化后的单母线接线备自投停启用原理图。
图5、6、7中符号说明如下：
Figure BDA0003980277370000051
表示逻辑与关系，即输入条件全部满足时，输出有效；
Figure BDA0003980277370000052
表示逻辑或关系，即输入条件任一满足时，输出有效；
Figure BDA0003980277370000053
表示逻辑非关系，即不满足输入条件时，输出有效；
Figure BDA0003980277370000054
表示时间延时t。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，在本发明的方法所应用的输配电网络的变电所一次主接线中为标准三电源供电110kV单母线分段接线，有三路电源进线，分别为线路一、线路二、线路三，接线中包含断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF4、110kVⅠ段母线、110kVⅡ段母线、一号变压器和二号变压器。其中，线路一、线路二、线路三的进线电源断路器分别为断路器QF1、断路器QF3、断路器QF4，断路器QF2为分段断路器，线路一给110kVⅠ段母线供电，一号变压器接在110kVⅠ段母线上，线路二和线路三给110kVⅡ段母线供电，二号变压器接在110kVⅡ段母线上，电压互感器TV1和电压互感器TV2分别接在110kVⅠ段母线和110kVⅡ段母线上。
本发明所应用于的三电源供电110kV单母线分段接线备自投简化过程具体实施如下：
1.三电源供电110kV单母线分段接线及其备自投的简化
1.1三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投的运行方式
三电源供电110kV单母线分段接线的一次主接线图见图1。由电力系统实际运行经验可知，本发明所述电压等级接线的三路电源间，由于每两路电源之间(即线路一与线路二之间、线路二与线路三之间、线路一与线路三之间)不能长时间并列运行，对于一次接线中的设备状态而言，即每两路电源之间的环路中的断路器至少应有1只断路器为非合闸运行状态，用“穷举法”列举三电源供电110kV单母线分段接线备自投的运行方式，包括9种，详见表1。
表1三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投可能的运行方式
Figure BDA0003980277370000055
注：无论一次接线中的线路一、线路二、线路三运行还是停用，当相应的备自投装置不运行，即为停用方式
1.2三电源供电110kV单母线分段接线备自投的简化
断路器的分合闸状态可以用逻辑代数表示，用逻辑代数的1表示断路器为合闸运行状态，用逻辑代数的0表示断路器为非合闸运行状态。图1中断路器QF1、QF2、QF3、QF4分别用A、B、C、D表示，A、B、C、D分别表示断路器QF1、QF2、QF3、QF4为合闸运行状态，用逻辑代数分别表示为1；用A、B、C、D分别表示断路器QF1、QF2、QF3、QF4为非合闸运行状态，用逻辑代数分别表示为0。对三电源供电110kV单母线分段接线备自投进行简化，并通过逻辑代数表达其运行。
对图1的三电源供电110kV单母线分段一次主接线进行简化。当线路一、线路二电源运行，线路三电源停止运行时，为第一个单母线分段一次主接线，一次主接线中断路器QF1、QF2、QF3的运行与不运行，构成了第一个单母线分段接线备自投的运行方式(见图2)，其中110kVⅠ段、Ⅱ段母线的供电由断路器QF1、QF2、QF3控制，其中断路器QF2为分段断路器，则第一个单母线分段接线备自投运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑷
当线路一、线路三电源运行，线路二电源停止运行时，为第二个单母线分段一次主接线，一次主接线中断路器QF1、QF2、QF4的运行与不运行，构成了第二个单母线分段接线备自投的运行方式(见图3)，其中110kVⅠ段、Ⅱ段母线的供电由断路器QF1、QF2、QF4控制，其中断路器QF2为分段断路器，则第二个单母线分段接线备自投运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑸
当线路二或线路三电源运行且断路器QF2为冷备用时，或者当线路一电源不运行、线路二或线路三电源运行且断路器QF2为运行时，为单母线接线一次主接线(见图4)，其中110kVⅡ段母线的供电由断路器QF3或QF4控制，则单母线接线备自投运行方式满足的逻辑代数表达式为：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑹
所述第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑关系为“或”的逻辑关系，因此有简化后的三电源供电110kV单母线分段接线备自投运行方式逻辑代数表达式为⑺式：
ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD+ABCD⑺
通过上述方法，将运行方式复杂的三电源供电110kV单母线分段接线备自投简化为由三个简单接线备自投组成，包括2个单母线分段接线备自投和1个单母线接线备自投，使复杂方式简单清晰化，有助于简化考虑断路器三种运行状态下的复杂情况分析。简化后的三电源供电110kV单母线分段接线备自投，其三组简单备自投间分别运行；当系统一次接线中部分设备停止运行时，也可启用部分备自投运行，避免因接线方式改变、设备停役造成的备自投装置功能全部停用，因而提高了运行灵活性，可增强备自投装置功能和适用范围。
三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投所简化成的三个简单备自投，为电网常见备自投，无需重新设计和生产，只需在现有的简单备自投之间进行相应逻辑设置，即可适应复杂接线备自投功能需求。
2.三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，如图5、图6、图7所示：
当将三电源供电110kV单母线分段接线中断路器的非合闸运行状态分为热备用和冷备用状态时，存在81种运行方式待分析，情况复杂，“穷举”分析容易存在疏漏。通过上述分析可知简化后的备自投可行运行方式为9种，在此基础上，将9种情况中的断路器非合闸运行状态进一步分为热备用和冷备用状态进行分析。
根据实际运行经验，当运行方式满足必要条件时，在三电源供电110kV单母线分段接线备自投简化成的三个简单备自投中，结合电网常见运行方式安排，三个简单备自投的使用存在优先级，其中，第一个单母线分段接线备自投优先于第二个单母线分段接线备自投，第二个单母线分段接线备自投优先于单母线接线备自投，考虑此备自投优先级并分析式⑺情况后，三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法的工作原理为：
2.1第一个单母线分段接线备自投停启用原理
2.1.1条件1：
(1)断路器QF1运行；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均为热备用，或断路器QF2运行、断路器QF3热备用，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
2.1.2条件2：
(1)断路器QF1热备用；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均运行，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
当条件1或条件2的所有条件均满足时，经过延时t1，启用第一个单母线分段接线备自投；当条件1和条件2均不全部满足时，停用第一个单母线分段接线备自投，第一个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
2.2第二个单母线分段接线备自投停启用原理
2.2.1条件3：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3冷备用；
(5)断路器QF4热备用；
2.2.2条件4：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1热备用；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3热备用；
(5)断路器QF4运行；
2.2.3条件5：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2热备用；
(4)断路器QF3热备用或冷备用；
(5)断路器QF4运行；
当条件3或条件4或条件5的所有条件均满足时，经过延时t2，启用第二个单母线分段接线备自投；当条件3和条件4和条件5均不全部满足时，停用第二个单母线分段接线备自投，第二个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
2.3单母线接线备自投停启用原理
2.3.1条件6：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1为运行或为热备用；
(4)断路器QF2冷备用；
(5)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
2.3.2条件7：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1冷备用；
(4)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
当条件6或条件7的所有条件均满足时，经过延时t3，启用单母线接线备自投；当条件6和条件7均不全部满足时，停用单母线接线备自投，单母线接线备自投对应的软压板退出并放电。
前述三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，断路器合闸运行(断路器运行)指断路器及其两侧隔离开关均合上的运行状态，断路器非合闸运行(断路器不运行)指断路器为热备用、冷备用或检修状态，其中，断路器热备用状态指断路器断开、断路器两侧隔离开关合上的运行状态，断路器冷备用状态指断路器及其两侧隔离开关均断开的运行状态，断路器检修状态指断路器及其两侧隔离开关均断开且接地隔离开关合上的运行状态。
本方案所述断路器为冷备用状态的情况同样适用于断路器为检修状态的情况。
本方案所述延时t1、t2、t3可整定为0.5-1s。
本方案所述第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑的实现，可通过一个备自投装置集成3个备自投逻辑实现，也可通过多个备自投装置组合实现，所使用的备自投装置为微机式备自投装置。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变化形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，将三电源供电的110kV单母线分段接线备自投简化为由2个单母线分段接线备自投和1个单母线接线备自投组成；
当线路一、线路二电源运行，线路三电源停止运行时，为第一个单母线分段接线备自投，即由线路一电源、线路二电源、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3组成第一个单母线分段接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
Figure FDA0003980277360000011
当线路一、线路三电源运行，线路二电源停止运行时，为第二个单母线分段接线备自投，即由线路一电源、线路三电源、断路器QF1、断路器QF2、断路器QF4组成第二个单母线分段接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
Figure FDA0003980277360000012
当线路二或线路三电源运行且断路器QF2为冷备用时，或者当线路一电源不运行、线路二或线路三电源运行且断路器QF2运行时，为单母线接线备自投，即由线路二电源、线路三电源、断路器QF3、断路器QF4组成单母线接线备自投，其运行方式满足的逻辑代数表达式为：
Figure FDA0003980277360000013
其中，A、B、C、D分别表示断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF4为合闸运行状态，用逻辑代数表示为1；用
Figure FDA0003980277360000014
分别表示断路器QF1、断路器QF2、断路器QF3、断路器QF4为非合闸运行状态，用逻辑代数表示为0；
三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，应用于三电源供电的110kV单母线分段一次主接线系统网络，其特征在于：
1.第一个单母线分段接线备自投停启用原理
1.1条件1：
(1)断路器QF1运行；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均为热备用，或断路器QF2运行、断路器QF3热备用，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
1.2条件2：
(1)断路器QF1热备用；
(2)断路器QF4不运行；
(3)断路器QF2、QF3均运行，或断路器QF2热备用、断路器QF3运行；
当条件1或条件2的所有条件均满足时，经过延时t1，启用第一个单母线分段接线备自投；
当条件1和条件2均不全部满足时，停用第一个单母线分段接线备自投，第一个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
2.第二个单母线分段接线备自投停启用原理
2.1条件3：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3冷备用；
(5)断路器QF4热备用；
2.2条件4：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1热备用；
(3)断路器QF2运行或热备用；
(4)断路器QF3热备用；
(5)断路器QF4运行；
2.3条件5：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)断路器QF1运行；
(3)断路器QF2热备用；
(4)断路器QF3热备用或冷备用；
(5)断路器QF4运行；
当条件3或条件4或条件5的所有条件均满足时，经过延时t2，启用第二个单母线分段接线备自投；
当条件3和条件4和条件5均不全部满足时，停用第二个单母线分段接线备自投，第二个单母线分段接线备自投对应的软压板退出并放电；
3.单母线接线备自投停启用原理
3.1条件6：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1为运行或为热备用；
(4)断路器QF2冷备用；
(5)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
3.2条件7：
(1)第一个单母线分段接线备自投停用；
(2)第二个单母线分段接线备自投停用；
(3)断路器QF1冷备用；
(4)断路器QF3运行、断路器QF4热备用，或断路器QF3热备用、断路器QF4运行；
当条件6或条件7的所有条件均满足时，经过延时t3，启用单母线接线备自投；
当条件6和条件7均不全部满足时，停用单母线接线备自投，单母线接线备自投对应的软压板退出并放电；
断路器合闸运行指断路器及其两侧隔离开关均合上的运行状态；断路器非合闸运行指断路器为热备用、冷备用或检修状态，其中：断路器热备用状态指断路器断开、断路器两侧隔离开关合上的运行状态；断路器冷备用状态指断路器及其两侧隔离开关均断开的运行状态；断路器检修状态指断路器及其两侧隔离开关均断开且接地隔离开关合上的运行状态。
2.如权利要求1所述的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，其特征在于，断路器为冷备用状态的情况同样适用于断路器为检修状态的情况。
3.如权利要求1所述的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，其特征在于，所述延时t1、t2、t3整定为0.5-1s。
4.如权利要求1所述的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，其特征在于，其中第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投为微机备自投装置。
5.如权利要求1所述的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，其特征在于，其中第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑由一个PLC备自投装置集成3个备自投逻辑来实现。
6.如权利要求1所述的三电源供电110kV单母线分段接线自适应备自投保护方法，其特征在于，其中第一个单母线分段接线备自投、第二个单母线分段接线备自投和单母线接线备自投逻辑由一个微机备自投装置集成3个备自投逻辑来实现。
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