朱俊杰,黃震宇,洪 捷,王 勇

(上海市電力公司超高壓輸變電公司,上海 201204)

1 上海電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

上海電網(wǎng)是全國(guó)最大的城市電網(wǎng)之一,上海地區(qū)的負(fù)荷密度高,而且用電負(fù)荷增長(zhǎng)較快,一旦電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障跳閘,可能會(huì)引起該范圍內(nèi)其他線路的負(fù)荷功率劇增,影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

建設(shè)上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、預(yù)警與控制系統(tǒng)的目的,是為了應(yīng)對(duì)500 kV主網(wǎng)交流故障、直流(特高壓直流)雙極閉鎖、交直流混合故障等重大N-1以上電網(wǎng)事故后的熱穩(wěn)定問(wèn)題,以及500 kV終端線路/聯(lián)變 N-1以上故障后的分區(qū)系統(tǒng)熱穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定問(wèn)題。在確保上海電網(wǎng)以及各分區(qū)電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下,對(duì)于超運(yùn)行限額的情況給出預(yù)警及輔助決策方案;對(duì)于超設(shè)備限額情況并視過(guò)載程度施行優(yōu)化切負(fù)荷自動(dòng)控制。

基于上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、預(yù)警與控制系統(tǒng)的核心控制思路,按照超高壓輸電網(wǎng)各個(gè)變電站電壓等級(jí)的不同,劃分為3個(gè)層次進(jìn)行分層控制:①控制主站,位于市調(diào)自動(dòng)化通信機(jī)房?jī)?nèi);②控制子站,位于幾個(gè)500 kV的變電站內(nèi);③執(zhí)行站,位于那些500 kV變電站所屬區(qū)域內(nèi)的一些220 kV變電站內(nèi)。

變電站兩個(gè)控制層面的作用:①控制子站監(jiān)控本站的各個(gè)出線以及主變的運(yùn)行狀態(tài),接收下屬各執(zhí)行站上傳的運(yùn)行信息以及其可切的負(fù)荷量,匯總之后上傳給控制主站。②執(zhí)行站作為切負(fù)荷執(zhí)行單位,接收控制子站的控制命令,向控制子站上傳自身的運(yùn)行狀態(tài)和可切負(fù)荷量等數(shù)據(jù)。

2 執(zhí)行站核心邏輯判據(jù)

2.1 負(fù)荷元件投停判據(jù)

1)220 kV負(fù)荷元件

|元件功率|≥10 MW并可持續(xù)100 ms,判為該元件投運(yùn);否則判為停運(yùn)。

2)110 kV及以下電壓等級(jí)負(fù)荷元件

|元件功率|≥5 MW并可持續(xù)100 m s,判為該元件投運(yùn);否則判為停運(yùn)。

2.2 過(guò)載動(dòng)作判據(jù)

過(guò)載動(dòng)作判據(jù)條件如下:

①至少兩相電流大于或等于設(shè)備運(yùn)行限額電流定值;

②|P|≥設(shè)備運(yùn)行限額功率定值;

③功率方向滿足要求;

④由執(zhí)行站采集的線路對(duì)側(cè)功率大于或等于設(shè)備運(yùn)行限額功率定值(只在對(duì)側(cè)信息有效的情況下添加此判據(jù));

⑤無(wú)電壓互感器(TV)或電流互感器(TA)斷線,而且電壓均值大于或等于50%Un;

⑥檢修壓板未投入。

上述過(guò)載動(dòng)作判據(jù)條件①至⑥全部滿足持續(xù)時(shí)間tdz,則過(guò)載動(dòng)作。過(guò)載容量等于動(dòng)作時(shí)刻P減輕設(shè)備運(yùn)行限額功率定值。

3 安全穩(wěn)定裝置的調(diào)試

3.1 單站調(diào)試

上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、控制系統(tǒng)的主要設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱“安穩(wěn)裝置”),由A柜內(nèi)的 SCS500E裝置和B柜內(nèi)的RCS992A裝置組成。單站調(diào)試部分以變電站為單位,對(duì)站內(nèi)的安穩(wěn)裝置A柜和B柜上的安穩(wěn)裝置進(jìn)行調(diào)試?？刂谱诱竞蛨?zhí)行站在單站調(diào)試方面的內(nèi)容比較相似,現(xiàn)以執(zhí)行站為例進(jìn)行說(shuō)明。

1)裝置采樣檢驗(yàn) 使用校驗(yàn)儀器分別輸入0.2 Un,0.2 In和Un,In,檢查裝置面板顯示的一次電壓值、電流值,以及功率、頻率是否正確,是否滿足1%的誤差范圍。

2)綜合功能檢查 檢查主機(jī)、從機(jī)各項(xiàng)開(kāi)入功能,裝置中央信號(hào)及遙信接點(diǎn)回路,各線路元件的出口回路,裝置告警功能,以及線路元件的投、停邏輯判據(jù)。

3.2 通道調(diào)試和線路接入

安穩(wěn)裝置通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)與主/從機(jī)通信,以及與控制子站之間的通信。該項(xiàng)試驗(yàn)要求保證主/從機(jī)之間、變電站與變電站之間安穩(wěn)裝置的通信正常,不出現(xiàn)故障。安穩(wěn)裝置本身功能以及通道調(diào)試完成之后,需要將安穩(wěn)裝置所監(jiān)控的電流、電壓回路,以及跳閘回路接入安穩(wěn)裝置屏內(nèi),以實(shí)現(xiàn)安穩(wěn)裝置對(duì)其控制。

3.3 與控制子站進(jìn)行邏輯功能的聯(lián)調(diào)

以變電站為單位組成專門(mén)的聯(lián)調(diào)小組,以控制子站為核心,其下屬的各執(zhí)行站與之相配合。調(diào)試內(nèi)容分為:

1)執(zhí)行站各個(gè)功能壓板的投退試驗(yàn) 投退時(shí),控制子站監(jiān)視其安穩(wěn)裝置上對(duì)應(yīng)線路的狀態(tài)是否和執(zhí)行站的狀態(tài)一致。

2)模擬執(zhí)行站過(guò)負(fù)荷的“切負(fù)荷”試驗(yàn) 執(zhí)行站試驗(yàn)人員向安穩(wěn)裝置輸入模擬的負(fù)荷量,模擬線路過(guò)負(fù)荷,驗(yàn)證控制子站是否按照其離線策略表順序進(jìn)行切負(fù)荷,各執(zhí)行站監(jiān)視本站安穩(wěn)裝置的出口脈沖以及裝置的告警報(bào)文是否正確,并通過(guò)專用線路向控制子站試驗(yàn)人員進(jìn)行匯報(bào)。

4 安穩(wěn)裝置的工作模式

4.1 雙套配置“二取二”模式

將安穩(wěn)裝置A柜和B柜內(nèi)的兩套安穩(wěn)裝置組成雙套配置,各自有單獨(dú)的電流、電壓采樣回路,以及通信回路和出口跳閘回路。兩套裝置的邏輯功能相互獨(dú)立,各自處理所接收的電流、電壓模擬量,以及響應(yīng)控制子站下發(fā)的各項(xiàng)控制指令。

執(zhí)行站中兩套裝置的同一個(gè)出口跳閘接點(diǎn)均串接,即必須兩套裝置都判定要切除某個(gè)負(fù)荷時(shí),這個(gè)切除負(fù)荷的命令才能真正傳達(dá)到最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。執(zhí)行站是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行終端,控制子站和中心站的穩(wěn)控措施都是由執(zhí)行站來(lái)實(shí)施,因此執(zhí)行站出口的“二取二”,也就意味著整個(gè)系統(tǒng)功能的“二取二”。只有控制子站或中心站切負(fù)荷的措施一致時(shí),負(fù)荷才能最終被切除,從而能夠有效地避免因?yàn)橐馔饣蚋蓴_等原因引起一套裝置誤判,導(dǎo)致誤切負(fù)荷事故的發(fā)生。

由于采用“二取二”模式,兩套安穩(wěn)裝置的出口跳閘接點(diǎn)相互串聯(lián),在保證了可靠動(dòng)作的同時(shí),也產(chǎn)生了要求這兩副接點(diǎn)必須同時(shí)動(dòng)作,才能夠?qū)崿F(xiàn)最終的出口跳閘的功能;任意一個(gè)接點(diǎn)拒動(dòng),或者兩副接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間不一致,都可能導(dǎo)致跳閘脈沖無(wú)法傳送到最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的弊端。

4.2 兩套安穩(wěn)裝置在旁路代時(shí)的區(qū)別

對(duì)于過(guò)載判斷功能,TA異常、TV異常告警等功能,兩套裝置的運(yùn)作方式基本相同,但在一些特殊情況,如“旁路代”時(shí),兩套裝置的運(yùn)行方式還是不同的。對(duì)于一些建造時(shí)間較早,已經(jīng)運(yùn)行很長(zhǎng)時(shí)間的老式變電站,還保留著雙母分段帶旁路的接線方式,在開(kāi)關(guān)檢修時(shí)可以通過(guò)“旁路代”的運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)在線路正常運(yùn)行的狀態(tài)下,對(duì)線路開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢修和維護(hù)。

進(jìn)行線路“旁路代”操作的流程為:合上對(duì)應(yīng)線路的旁路閘刀和旁路斷路器,然后停用線路保護(hù),將線路保護(hù)由本線改到旁路,最后拉開(kāi)線路自身的斷路器、線路閘刀以及母線閘刀。其中,一段旁路開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)均處于“并聯(lián)”運(yùn)行狀態(tài)的中間狀態(tài)。由于安穩(wěn)裝置上有相應(yīng)的線路進(jìn)行旁路代的切換壓板,在安穩(wěn)裝置正式投運(yùn)后,運(yùn)行人員在進(jìn)行“旁路代”操作時(shí),要在操作流程中添加安穩(wěn)裝置的操作內(nèi)容。

在進(jìn)行“線路旁路代”操作時(shí),雙套配置的安穩(wěn)裝置在功能上的差異如下:

1)SCS500E裝置 在進(jìn)行“線路旁路代”時(shí),投入安穩(wěn)裝置上該線路的“旁路代”壓板之后,裝置將本線路的電氣量清零,切換為旁路的電氣量。即該裝置在進(jìn)行“旁路代”時(shí),不體現(xiàn)出“旁路代”的中間過(guò)程中電流和負(fù)荷的變化情況,壓板投入之后,就將安穩(wěn)裝置切換到旁路運(yùn)行狀態(tài)下了。

2)RCS992A裝置 在進(jìn)行“線路旁路代”時(shí),投入安穩(wěn)裝置上該線路的“旁路代”壓板之后,裝置面板上該回路的電流值是本線路和旁路的和電流。即該裝置能夠很完整地體現(xiàn)從“旁路代”操作開(kāi)始,到“旁路代”切換完成的整個(gè)切換過(guò)程中,線路和旁路的電流以及負(fù)荷變換情況。

從之前“旁路代”的操作流程來(lái)看,其中會(huì)有一段時(shí)間是旁路開(kāi)關(guān)合閘,線路開(kāi)關(guān)也為合閘狀態(tài)的中間過(guò)程,此時(shí)旁路開(kāi)關(guān)支路和線路開(kāi)關(guān)支路處于“并聯(lián)”狀態(tài),所以會(huì)有分流情況存在。RCS992A裝置的“和電流”模式,保證在“旁路代”操作的中間過(guò)程中,安穩(wěn)裝置采樣得到的電流值始終為該線路的全部電流值,如果在“旁路代”的過(guò)程中發(fā)生線路過(guò)負(fù)荷,那么RCS992A裝置依然能夠可靠地檢測(cè)到線路過(guò)負(fù)荷的情況,進(jìn)而按照其內(nèi)置的過(guò)負(fù)荷邏輯進(jìn)行處理。

SCS500E裝置投入“旁路代”壓板之后,該線路電流即切換為旁路上的電流,在這個(gè)存在旁路開(kāi)關(guān)支路和線路開(kāi)關(guān)支路都處于合閘,旁路和線路“并聯(lián)”運(yùn)行中間過(guò)程中,安穩(wěn)裝置檢測(cè)到的電流,實(shí)際為旁路電流而非線路電流,如果在“旁路代”的過(guò)程中發(fā)生過(guò)負(fù)荷,而該安穩(wěn)裝置由于檢測(cè)到的線路電流小于實(shí)際值,可能就不動(dòng)作。

因?yàn)閮商装卜€(wěn)裝置的出口跳閘接點(diǎn)串聯(lián)在一起,所以在這個(gè)中間過(guò)渡階段,如果發(fā)生過(guò)負(fù)荷,由于上述原因,一套裝置判線路過(guò)載,而另一套裝置未判斷到過(guò)載,最終的結(jié)果就是安穩(wěn)裝置不出口,不進(jìn)行切負(fù)荷操作。不過(guò),“旁路代”的運(yùn)行情況在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中并不多,而且“旁路代”中的這個(gè)中間階段時(shí)間并不長(zhǎng),在這個(gè)過(guò)程中發(fā)生過(guò)負(fù)荷的概率比較小。

5 運(yùn)行操作和檢修工作

5.1 線路停服役操作

由于兩套安穩(wěn)裝置屏上都有相應(yīng)線路的功能壓板,所以在安穩(wěn)裝置投入運(yùn)行后,相應(yīng)線路的停服役操作的操作票中就需要添加對(duì)安穩(wěn)裝置上相應(yīng)壓板的操作步驟。

考慮到這兩套裝置在“旁路代”的中間階段有前文所述的不同處理邏輯,筆者認(rèn)為,針對(duì)這種不同邏輯,操作時(shí)應(yīng)注意在進(jìn)行“旁路代”操作的時(shí)候,對(duì)于這兩套安穩(wěn)裝置“旁路代”壓板投入的順序應(yīng)有所不同,即這兩套安穩(wěn)裝置的“旁路代”壓板不能同時(shí)投入操作。這是因?yàn)?

1)對(duì)RCS992A裝置而言 可以按照原來(lái)的操作流程操作,只要在操作二次設(shè)備時(shí),即在將保護(hù)裝置從本線切至“旁路代”之后,添加操作該安穩(wěn)裝置的“旁路代”壓板的步驟即可(從“旁路代”改回本線運(yùn)行的操作順序與之相反)。

2)對(duì)SCS500E裝置而言 其“旁路代”壓板的操作步驟應(yīng)放在操作流程的最末尾,即一次狀態(tài)已經(jīng)完全切換到旁路運(yùn)行方式之后,最后再將SCS500E的“旁路代”壓板投入(從“旁路代”改回本線運(yùn)行的操作順序與之相反)。這樣,在“旁路代”操作的中間階段,此時(shí)由于安穩(wěn)裝置的“旁路代”壓板還未投入,故其采樣的電流值仍為線路自身的電流值,這樣可以保證兩套裝置在“旁路代”時(shí),如果意外遇到過(guò)負(fù)荷情況,依然能夠正確地響應(yīng),進(jìn)行動(dòng)作。

5.2 日常大小修工作

在許多變電站中,安穩(wěn)裝置的電流、電壓回路并非取自獨(dú)立的TA和TV,而是和保護(hù)設(shè)備共用,其電流回路在許多變電站中是串接在保護(hù)裝置的電流回路的后一級(jí)。這就使得TA和TV的二次回路接入了很多設(shè)備,負(fù)載增大,降低了可靠性。

由于安穩(wěn)裝置的電流回路串聯(lián)在保護(hù)的電流回路中,對(duì)于平時(shí)的大小修定期校驗(yàn)的工作,檢修工作人員就要注意做好電流回路的隔離措施,以防止在校驗(yàn)保護(hù)裝置,輸入模擬的故障電流時(shí),誤輸入與保護(hù)裝置相串聯(lián)的安穩(wěn)裝置內(nèi),導(dǎo)致安穩(wěn)裝置誤判線路過(guò)載或者誤判設(shè)備異常,引起安穩(wěn)裝置誤動(dòng)作。

此外,安穩(wěn)裝置作為二次設(shè)備,正式投入運(yùn)行之后可能也會(huì)有相應(yīng)的校驗(yàn)工作,校驗(yàn)時(shí)要求可靠隔離運(yùn)行線路的出口回路,防止在校驗(yàn)安穩(wěn)裝置時(shí)誤切正常的運(yùn)行回路。特別對(duì)于接入安穩(wěn)裝置的主變回路,安穩(wěn)裝置在主變過(guò)載時(shí),除切除主變的相應(yīng)開(kāi)關(guān)外,還會(huì)閉鎖自切裝置的動(dòng)作,所以,校驗(yàn)具有聯(lián)跳主變開(kāi)關(guān)回路的安穩(wěn)裝置時(shí),要格外注意,既要隔離主變開(kāi)關(guān)的跳閘回路,還要隔離閉鎖自切的回路,防止對(duì)運(yùn)行中的自切和主變裝置造成影響。

6 結(jié)語(yǔ)

目前,上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、控制系統(tǒng)的第一期調(diào)試任務(wù)已經(jīng)完成,但還存在一些不足,有待進(jìn)一步完善,如控制系統(tǒng)的策略表還處于離線狀態(tài),不能隨著電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化而實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整,安裝安穩(wěn)裝置的變電站還不多,估計(jì)在以后的調(diào)試中會(huì)得到進(jìn)一步地改進(jìn)和完善。

上海電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著國(guó)際化大都市的生產(chǎn)、生活供電的重任。日本東京電力公司核電站泄漏事故,再一次給我們敲響了的安全警鐘,電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行是人們正常生產(chǎn)、生活的先決條件之一。上海電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、控制裝置的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了集中管理,區(qū)域化、分布式的控制,能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài),對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)的緊急狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警,對(duì)線路過(guò)載情況可以按區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的處理,這對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,提供了強(qiáng)有力的保障。