WO2017166735A1 - 110kV链式供电模式下的电网自愈系统及其自愈逻辑 - Google Patents

110kV链式供电模式下的电网自愈系统及其自愈逻辑 Download PDF

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Abstract

一种110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统及其自愈逻辑。110kV链式供电模式包括两个220kV电源站,以及串联于两个220kV电源站之间的多个110kV串供站,其中一个110kV串供站的一侧线路开关位于分位,为开环点;自愈系统包括主站装置和多个串联的子站装置,各220kV电源站和各110kV串供站分别设有一个子站装置,主站装置连接其中一个子站装置;子站装置设有模拟量采集接口、开入量采集接口以及开出量输出接口,用于连接电站,以采集电站的模拟量信号和开关量信号,并执行主站装置发出的保护控制命令。在发生电网故障时,该系统可快速隔离故障,并启用备用电源供电,实现链式供电模式下的电网自愈功能,提高供电质量。

Description

110kV链式供电模式下的电网自愈系统及其自愈逻辑 技术领域
本发明涉及电力自动化技术中的供电可靠性技术领域,特别是一种110kV链式供电模式下的电网自愈系统及其自愈逻辑。
背景技术
电力是国民经济和社会发展的基础,已经渗透到社会活动的各个部分,关系到人民生活和社会稳定。电网安全也是社会公共安全的重要组成部分,电网事故会严重干扰社会生活的正常进行,任何一次事故,都可能造成无法挽回的社会损失,甚至引起社会动荡,特别是电网大面积停电事故,对社会造成的危害和影响难以估量,确保电网安全和电力有序供应,是构建社会主义和谐社会的基本要求。
高压配电网的布点和网架的完善对满足大型居住社区用户的用电需求和负荷支撑起到至关重要的作用。一旦上级电源或者线路通道出现故障,串联的多个110kV变电站将面临全站停电的威胁,存在供电安全隐患。供电可靠性是衡量供电服务质量的综合性指标,而现阶段的配电网无法满足都市电网快速恢复供电的需要。目前主流的做法是,电网故障由EMS系统向调度人员报警,调度人员根据故障情况安排运行方式,然后派发工作票,运行人员至现场进行控制,停电恢复时间为小时级。这种供电恢复方式无法满足重要用户的供电需求,无法支撑健壮城市电力网络的发展,迫切需要进行自愈系统改造,达到故障情况下的快速供电恢复。
发明内容
本发明要解决的技术问题为:通过实时采集电站的模拟量和开关量信号,并对采集到的信号进行故障分析,根据故障分析的结果,输出开出量,对电站保护装置进行控制,进而实现电力系统的自愈,缩短故障导致的停电时间,提高供电质量,从源头上排除诸如“假双回”、“串供”等结构性安全风险。
本发明采取的技术方案具体为:一种110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,包括主站装置和多个串联的子站装置,主站装置连接其中一个子站装置;子站装置设有模拟量采集接口、开入量采集接口以及开出量输出接口;
110kV链式供电模式包括两个220kV电源站,以及串联于两个220kV电源站之间的多个 110kV串供站,其中一个110kV串供站的一侧线路开关位于分位,为开环点;
各220kV电源站和各110kV串供站分别设有一个子站装置;
各子站装置通过模拟量采集接口采集相应电源站或串供站的线路电压和线路电流,并根据采集量计算母线电压,然后将采集到的模拟信号转化为相应电气量的状态信号,传输至主站装置中;
各子站装置通过开入量采集接口采集相应电源站或串供站的开关量信号,然后将采集到的开关量信号传输至主站装置;
主站装置根据接收到的电气量状态信号和开关量信号进行故障分析,然后根据故障分析结果输出对相应电源站或串供站的电气控制命令,至相应的子站装置;子站装置根据接收到的电气控制命令,通过开出量输出接口完成对相应电源站或串供站的电气控制。
本发明中,电站的保护装置包括:220kV电源站的110kV侧配置母线保护装置和备自投装置;110kV串供站的110kV侧配置母线保护装置和光纤纵差保护装置,10kV侧配置有备自投装置;其中各110kV串供站的母线保护装置和光纤纵差保护装置的动作接点分别连接相应子站装置的开入量采集接口。
进一步的,本发明中,各子站装置发送至主站装置的电气量状态信号包括母线有压、母线无压、线路有压、线路无压、线路有流、线路无流、线路故障电流、线路故障电流方向、线路故障零序电流和线路故障负序电流状态信号。根据采集到的线路模拟量进行状态信号的转换为现有技术。
各子站装置发送至主站装置的开关量信号包括线路开关状态、检修标识、保护动作和闭锁等信号。
各子站装置将处理后的信号以遥信变位方式传输至主站装置,用于逻辑分析。
主站装置传输至子站装置的电气控制命令包括跳线路开关和合线路开关命令。主站装置根据子站装置传送的模拟量和开入量信号进行相关故障的分析获得,并得出相应的解决方案,为现有技术。子站装置根据电气控制命令通过开出量输出接口控制相应线路开关的跳闸或合闸,以达到电力系统自愈。同时子站装置自身还具备根据采集到的线路模拟量和开关量进行PT断线、CT断线、合闸后加速等功能。
由于电源站、串供站之间的物理距离长达几十公里,为了保证数据传输的实时性和准确度,本发明主站装置与子站装置之间,以及子站装置之间通过单模光纤连接,以GOOSE报 文方式进行实时数据通信。而不经过外部报文交换设备。为了降低通信设备成本,主站装置和子站装置内部均集成有以太网报文交换功能,串行连接的通信通道在每个串供站的子站装置进行报文交换。
本发明在应用时,主站装置接收子站装置信息后,根据串供站数目和开环点的位置识别电站运行模式。当发生电网故障时,开环点不同、故障位置和故障类型不同,对应的自愈逻辑也不尽相同。如在某种运行模式下,若链式串供变电站系统的某处发生故障导致后级变电站失电时,主站装置首先识别出该故障发生的位置和类型,然后根据自愈逻辑选择跳开紧邻故障点失电站的原主供电源开关,同时切除故障点与开环点之间串供子站所带的小电源,在确认紧邻故障点失电站原主供电源开关跳位、线路无流且母线无压后,合上串供回路原处于开环点的线路开关,由另一侧电源恢复对失电站的供电,由此实现110kV链式供电模式下的电网自愈功能。自愈逻辑可采用现有电力系统故障处理的逻辑。
本发明还公开上述110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统的自愈逻辑,包括:
充电逻辑,判断链式接线中,是否某一串供站有一侧线路开关位于分位,同时其它串供站的线路开关皆在合位,两个电源站母线有压,所有串供站母线有压,以及不存在其它放电条件,若上述条件同时满足,则自愈系统投入,并进行充电至充电成功;
放电逻辑,判断以下条件,当满足其一,则自愈系统放电:a开环点开关合位,b自愈系统合闸动作,c任一串供开关被遥跳或手跳,d串供开关拒跳,e两个电源站均母线无压,f任一开关位置异常,g开环点所在的子站装置接收异常,h接收任一子站装置信息时通信异常,i子站装置所在电站的某线路投检修,j自愈系统动作后未确认,k开环点所在电站母线故障,l开环点对侧电站母线故障,m开环点所在线路故障,n开环点所在线路对侧开关偷跳,o开环点两侧故障,p自愈系统投入;
及动作逻辑,当自愈系统充电时,判断以下条件:q串供站线路非开环点开关跳位无流,r电源站110kV母线无压且出线无流,s有母差保护动作,t有线路光纤纵差保护动作,u开环点所在串供站或其对侧串供站无压且进线无流;
若满足其一,则自愈系统投入,进行故障定位,等待跳闸延时后,执行隔离故障的跳闸命令;
当确认紧邻故障点失电站的原主供电源站开关跳位、线路无流且母线无压后,合上原开环点的线路开关,由另一侧电源恢复对失电站的供电,即实现110kV链式供电模式下的电网自愈。
上述自愈逻辑中,“充电”一词延用备用电源自投装置里面的术语,自愈系统允许工作的各条件(如压板、控制字、开关位置、母线电压)满足后开始充电,经充电时间(可通过定值整定,一般默认为15秒)后完成充电准备工作,充电完成后自愈逻辑才能启动。此处的充电理解为自愈系统满足工作条件、准备就绪。
有益效果
本发明通过实时采集串供回路中的模拟量和开关量信息数据,并根据采集到的数据进行故障分析,进而可实现故障的隔离和系统的自愈。系统反应速度快,提高供电可靠性、改善供电质量、提升电网运行效率,进而提高电网的可靠性,缩短故障导致的停电时间,从源头上排除诸如“假双回”、“串供”等结构性安全风险,实现110kV链式供电系统自愈的条件,使电网供电可靠性达到国际先进水平。
附图说明
图1所示为110kV链式供电模式结构示意图;
图2所示为本发明自愈系统结构示意图;
图3所示为子站装置背板插件示意图;
图4所示为主站装置背板插件示意图;
图5所示为本发明自愈逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
如图2所示,本发明的110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,包括主站装置和多个串联的子站装置,子站装置设有模拟量采集接口、开入量采集接口以及开出量输出接口;
再结合图1所示,110kV链式供电模式包括两个220kV电源站,以及串联于两个220kV电源站之间的多个110kV串供站,其中一个110kV串供站的一侧线路开关位于分位,为开环点,其它线路开关及其它串供站的线路开关皆位于合位,使得链式供电系统正常运行时形成两个串供回路。
各220kV电源站和各110kV串供站分别设有一个子站装置,主站装置连接其中一个子站装置;
各子站装置通过模拟量采集接口采集相应电源站或串供站的线路电压和线路电流,并根据采集量计算母线电压,然后将采集到的模拟信号转化为相应电气量的状态信号,传输至主站装置中;
各子站装置通过开入量采集接口采集相应电源站或串供站的开关量信号,然后将采集到的开关量信号传输至主站装置;
主站装置根据接收到的电气量状态信号和开关量信号进行故障分析,然后根据故障分析结果输出对相应电源站或串供站的电气控制命令,至相应的子站装置;子站装置根据接收到的电气控制命令,通过开出量输出接口完成对相应电源站或串供站的电气控制。同时子站装置自身还具备根据采集到的线路模拟量和开关量进行PT断线、CT断线、合闸后加速等功能。
结合图5,基于上述110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统的自愈逻辑,包括:
充电逻辑,判断链式接线中,是否某一串供站有一侧线路开关位于分位,同时其它串供站的线路开关皆在合位,两个电源站母线有压,所有串供站母线有压,以及不存在其它放电条件,若上述条件同时满足,则自愈系统投入,并进行充电至充电成功;
放电逻辑,判断以下条件,当满足其一,则自愈系统放电:a开环点开关合位,b自愈系统合闸动作,c任一串供开关被遥跳或手跳,d串供开关拒跳,e两个电源站均母线无压,f任一开关位置异常,g开环点所在的子站装置接收异常,h接收任一子站装置信息时通信异常,i子站装置所在电站的某线路投检修,j自愈系统动作后未确认,k开环点所在电站母线故障,l开环点对侧电站母线故障,m开环点所在线路故障,n开环点所在线路对侧开关偷跳,o开环点两侧故障,p自愈系统投入;
及动作逻辑,当自愈系统充电时,判断以下条件:q串供站线路非开环点开关跳位无流,r电源站110kV母线无压且出线无流,s有母差保护动作,t有线路光纤纵差保护动作,u开环点所在串供站或其对侧串供站无压且进线无流;
若满足其一,则自愈系统启动,进行故障定位,等待跳闸延时后,执行隔离故障的跳闸命令;
当确认紧邻故障点失电站的原主供电源站开关跳位、线路无流且母线无压后,合上原开环点的线路开关,由另一侧电源恢复对失电站的供电,即实现110kV链式供电模式下的电网自愈。
实施例
如图1所示的实施例中,2个220kV电源站,与3个110kV串供站的链式供电模式一次接线中,开环点在D2开关处,2个220kV电源站分别带110kV出线开关A1和B1,每个110kV串供站分别带2个110kV线路开关,110kV串供站C和110kV串供站D由220kV电源站A供电,110kV串供站E由220kV电源站B供电,K1-K7处可能会发生线路故障或母线故障,线路开关A1、B1、C1、C2、D1、D2、E1、E2处可能会发生开关偷跳故障,电源站可能会发生母线失压故障。发生上述任一故障时,本发明的自愈系统会跳开临近故障点的线路开关,合上开环点开关D2,保证隔离故障后的110kV串供站分别由两侧的电源站A和B供电。自愈系统可支持2个220kV电源站、2到4个110kV串供站的链式供电模式,一般情况下链式接线模式的110kV串供站数目不会超过4个。
结合图2所示,自愈系统按照分层控制的原则来配置整个区域保护控制系统,在其中一个电站设置主站装置,在电源站和串供站分别设置子站装置,不同子站装置之间通过单模光纤进行物理层的串行连接,数据流通过子站装置内嵌的以太网交换模块进行串行数据通信,在主站装置和子站装置之间建立链路层星形连接,简化通信布线,降低通过使用外部交换设备进行数据通信的硬件成本。子站装置把采集到的线路电压和电流模拟量转化为开关量,例如母线有压、母线无压、线路有流、线路无流等信号,与其它开入信号一起以遥信变位方式传送给主站装置。
主站装置接收所有子站送来的状态信息,当电网发生故障时,进行综合判断,完成自愈逻辑,发送跳闸、合闸命令给子站装置。子站装置执行主站装置的命令,将接收到的跳闸、合闸命令转换为常规接点开出并接入到传统跳闸、合闸回路实现跳、合线路开关操作,同时完成所在变电站的PT断线、CT断线、后加速保护等功能。
电站保护装置包括:220kV电源站的110kV侧配置母线保护装置和备自投装置;110kV串供站的110kV侧配置母线保护装置和光纤纵差保护装置,10kV侧配置备自投装置。其中各110kV串供站的母线保护装置和光纤纵差保护装置的动作接点分别连接相应子站装置的开入量采集接口。
结合图3和图4,子站装置背插AC插件、CPU插件、NET插件、IO插件和电源插件。AC插件将线路电压和电流模拟量转化为小信号,CPU插件负责模拟量采集和计算、子站状态逻辑运算,NET插件集成以太网交换模块,负责接收来自主站的跳合闸命令、发送本线路的开关量信号,以及串行链路每个节点的报文交换,IO插件负责开入信号的采集和跳闸、合闸出口。自愈系统主站装置背插CPU插件、NET插件和电源插件。CPU插件负责线路状态分析、运行模式识别、自愈逻辑运算与动作,NET插件负责接收来自子站装置的线路状态报 文,发送跳闸、合闸命令。
如图5所示为本发明自愈系统工作逻辑。本实施例中,对于链式接线模式下的串供回路,每一个串只有一个开关在分位,只要开环点开关不同,运行模式就不同。假设有2个电源站,N个串供站,则有(2+2×N)个线路开关,即(2+2×N)个运行模式,自愈系统能够根据串供回路开环点开关位置自动识别对应的运行模式。链式接线模式下串供回路的运行状态满足预设的运行模式和充电条件时,自愈系统经过15秒延时完成充电。充电条件下,满足任一放电条件,则自愈系统立即放电。电网发生故障的情况下,自愈系统能够根据运行模式、故障类型、故障位置自动选择不同的自愈逻辑来实现快速恢复供电的目的。自愈系统完成故障定位后,整组启动,等待跳闸延时后执行隔离故障的跳闸命令(同时发送跳开小电源命令),确认跳闸开关变成分位且无流状态后再等待合闸延时合上开环点开关。图中TU1为跳闸延时,TU3为合闸延时。
自愈系统动作逻辑与110kV串供站数目、开环点位置、电网故障类型密切相关。电网故障时,自愈系统主站装置根据串供站数目、开环点位置、故障类型选择适合的自愈逻辑,跳开紧邻故障点失电站的原主供电源开关,合上串供回路原处于开环点的线路开关。以图1所示的2个220kV电源站、3个110kV串供站、开环点在D2开关处链式供电模式为例,分析其故障动作逻辑,具体如下表1所示:
表1
序号 故障定位 自愈系统动作逻辑
1. K1点故障 跳开关C1,合开关D2
2. K2点故障 跳开关D1,合开关D2
3. K3点故障 跳开关D1,合开关D2
4. K4点故障 放电
5. K5点故障 放电
6. K6点故障 放电
7. K7点故障 跳开关E2,合开关D2
8. 电源站A的110kV母线无压、A1C1线无流 跳开关C1,合开关D2
9. 电源站B的110kV母线无压、E2B1线无流 跳开关E2,合开关D2
10. 开关A1或开关C1偷跳 跳开关C1,合开关D2
11. 开关C2或开关D1偷跳 跳开关D1,合开关D2
12. 开关E1偷跳 放电
13. 开关E2或开关B1偷跳 跳开关E2,合开关D2
按照故障时跳开的开关不一样,将上面表格列出的情况可以分为以下几类情况:
开关A1偷跳、开关C1偷跳、K1点故障任一条件满足时,自愈系统跳开关C1,确认开关C1跳开且串供站D无压,合开环点开关D2,放电;
开关C2偷跳、开关D1偷跳、K2点故障、K3点故障任一条件满足时,自愈系统跳开关D1,确认开关D1跳开且串供站D无压,合开环点开关D2,放电;
开关E1偷跳、K4点故障、K5点故障、K6点故障任一条件满足时,自愈系统放电;
开关E2偷跳、开关B1偷跳、K7点故障任一条件满足时,自愈系统跳开关E2,确认开关E2跳开且串供站E无压,合开环点开关D2,放电;
220kV电源站A的110kV母线无压、A1C1线无流时,自愈系统跳开关C1,确认开关C1跳开且串供站D无压,合开环点开关D2,放电;
220kV电源站B的110kV母线无压、E2B1线无流时,自愈系统跳开关E2,确认开关E2跳开且串供站E无压,合开环点开关D2,放电。
综上,本发明自愈系统可快速实现故障的隔离和系统的自愈,提高供电可靠性、改善供电质量、提升电网运行效率,进而提高电网的可靠性,缩短故障导致的停电时间,从源头上排除诸如“假双回”、“串供”等结构性安全风险,实现110kV系统自愈的条件,使电网供电可靠性达到国际先进水平。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

  1. 一种110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,其特征是:包括主站装置和多个串联的子站装置,主站装置连接其中一个子站装置;子站装置设有模拟量采集接口、开入量采集接口以及开出量输出接口;
    110kV链式供电模式包括两个220kV电源站,以及串联于两个220kV电源站之间的多个110kV串供站,其中一个110kV串供站的一侧线路开关位于分位,为开环点;各220kV电源站和各110kV串供站分别设有一个子站装置;
    各子站装置通过模拟量采集接口采集相应电源站或串供站的线路电压和线路电流,并根据采集量计算母线电压,然后将采集到的模拟信号转化为相应电气量的状态信号,传输至主站装置中;
    各子站装置通过开入量采集接口采集相应电源站或串供站的开关量信号,然后将采集到的开关量信号传输至主站装置;
    主站装置根据接收到的电气量状态信号和开关量信号进行故障分析,然后根据故障分析结果输出对相应电源站或串供站的电气控制命令,至相应的子站装置;子站装置根据接收到的电气控制命令,通过开出量输出接口完成对相应电源站或串供站的电气控制。
  2. 根据权利要求1所述的110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,其特征是:各子站装置发送至主站装置的电气量状态信号包括母线有压、母线无压、线路有压、线路无压、线路有流、线路无流、线路故障电流、线路故障电流方向、线路故障零序电流和线路故障负序电流状态信号。
  3. 根据权利要求1所述的110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,其特征是:主站装置传输至子站装置的电气控制命令包括跳线路开关和合线路开关命令。
  4. 根据权利要求1所述的110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统,其特征是:主站装置与子站装置之间,以及子站装置之间通过单模光纤连接,以GOOSE报文方式进行实时数据通信。
  5. 110kV链式供电模式下的电网故障自愈系统的自愈逻辑,其特征是,包括:
    充电逻辑,判断链式接线中,是否某一串供站有一侧线路开关位于分位,同时其它串供站的线路开关皆在合位,两个电源站母线有压,所有串供站母线有压,以及不存在其它放电条件,若上述条件同时满足,则自愈系统投入,并进行充电至充电成功;
    放电逻辑,判断以下条件,当满足其一,则自愈系统放电:a开环点开关合位,b自愈系统合闸动作,c任一串供开关被遥跳或手跳,d串供开关拒跳,e两个电源站均母线无压,f任一开关位置异常,g开环点所在的子站装置接收异常,h接收任一子站装置信息时通信异常,i子站装置所在电站的某线路投检修,j自愈系统动作后未确认,k开环点所在电站母线故障,l开环点对侧电站母线故障,m开环点所在线路故障,n开环点所在线路对侧开关偷跳,o开环点两侧故障,p自愈系统投入;
    及动作逻辑,当自愈系统充电时,判断以下条件:q串供站线路非开环点开关跳位无流,r电源站110kV母线无压且出线无流,s有母差保护动作,t有线路光纤纵差保护动作,u开环点所在串供站或其对侧串供站无压且进线无流;
    若满足其一,则自愈系统启动,进行故障定位,等待跳闸延时后,执行隔离故障的跳闸命令;
    当确认紧邻故障点失电站的原主供电源站开关跳位、线路无流且母线无压后,合上原开环点的线路开关,由另一侧电源恢复对失电站的供电,即实现110kV链式供电模式下的电网自愈。
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