臺(tái)州南部電網(wǎng)自動(dòng)切負(fù)荷裝置的研制

臺(tái)州南部電網(wǎng)自動(dòng)切負(fù)荷裝置的研制

摘要：分析了浙江臺(tái)州南部電網(wǎng)穩(wěn)定性問題，從仿真計(jì)算中得出了自動(dòng)切負(fù)荷裝置的設(shè)計(jì)原則，并對(duì)裝置的實(shí)現(xiàn)方案、判據(jù)要求和防誤動(dòng)等作了進(jìn)一步討論。

關(guān)鍵字：自動(dòng)切負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)原則防誤

1前言

隨著浙江電網(wǎng)負(fù)荷的日益增長，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上存在的缺陷逐漸暴露出來，在某些方式下已經(jīng)成為局部電網(wǎng)運(yùn)行的安全隱患，臺(tái)州南部電網(wǎng)就是其中的存在比較突出問題的局部電網(wǎng)之一。臺(tái)州南部電網(wǎng)由桔鄉(xiāng)、澤國、海門、龍門四個(gè)220kV變電所組成，向南通過臺(tái)桔2355、臺(tái)國2350、臺(tái)門2348與臺(tái)州電廠Ⅱ段母線相連，通過澤溫2365與溫州電廠相連，如圖1所示。近期，臺(tái)州、溫州地區(qū)負(fù)荷增長迅猛，在臺(tái)州電廠220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下，如發(fā)生Ⅱ段母線故障，臺(tái)南四個(gè)220kV變電所僅靠澤溫2365線單線通過溫州電廠轉(zhuǎn)供，而此時(shí)溫州地區(qū)與主網(wǎng)的聯(lián)系只剩臨溫2356線和溫麗2363線兩回，極有可能導(dǎo)致溫州、臺(tái)州地區(qū)的電壓崩潰和溫州電廠機(jī)組失穩(wěn)；同樣，在澤溫2365線檢修方式下，如發(fā)生臺(tái)州電廠220kVⅡ段母線故障，也會(huì)出現(xiàn)臺(tái)桔2355線一線帶四變運(yùn)行的局面，嚴(yán)重的過載情況將引起線路燒斷，從而造成大面積停電的惡性事故。

在對(duì)上述問題作了專題研究基礎(chǔ)上，提出了在臺(tái)州南部的桔鄉(xiāng)、澤國、海門三個(gè)220kV變電所增裝三套低壓、過流自動(dòng)切負(fù)荷裝置的可行性方案，作為臺(tái)州南部電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的近期對(duì)策。以下就方案實(shí)施過程中遇到的裝置設(shè)計(jì)、判據(jù)實(shí)現(xiàn)及裝置防誤等具體問題進(jìn)行探討。

2仿真計(jì)算結(jié)論與自動(dòng)切負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)原則

仿真計(jì)算考慮多種運(yùn)行方式，并且還考慮了浙南滿發(fā)方式下臺(tái)溫地區(qū)電壓較高及浙南欠發(fā)方式下溫州地區(qū)電壓偏低等因素，結(jié)論如下：（1）臺(tái)州220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下，母線故障跳閘后各變電所220kV母線電壓很低，無法維持穩(wěn)定運(yùn)行；增裝了自動(dòng)切負(fù)荷裝置，則母線故障跳閘后再切除部分負(fù)荷，能夠保住重要用戶的供電。

（2）澤溫2365線檢修方式下，臺(tái)州電廠220kVⅡ段母線副母故障跳閘，臺(tái)南各變電所220kV母線電壓下降有限，但聯(lián)絡(luò)線嚴(yán)重過載；臺(tái)桔2355線轉(zhuǎn)移功率將達(dá)到400MW左右，澤鄉(xiāng)2343線有功功率增加到300MW左右。

上述結(jié)論表明，只要在臺(tái)州220kVⅡ段母線跳閘后，能及時(shí)切除臺(tái)南部分負(fù)荷，快速緩解低電壓程度，就能保證重要用戶持續(xù)供電；或者在澤溫2365線檢修方式下，出現(xiàn)臺(tái)桔2355、澤鄉(xiāng)2343線過載時(shí)，及時(shí)切除臺(tái)南電網(wǎng)部分負(fù)荷，快速降低線路事故后的潮流至相對(duì)安全的水平，就能為調(diào)度員進(jìn)行事故處理贏得寶貴的時(shí)間。正是基于這樣的考慮才確立了如下的自動(dòng)切負(fù)荷裝置設(shè)計(jì)原則：

（1）正常方式下，將裝置停用，因此，在裝置設(shè)計(jì)上就不考慮在正常方式下的防誤問題。

（2）裝置在設(shè)計(jì)上考慮兩種切負(fù)荷機(jī)理：1）低壓切負(fù)荷，用于臺(tái)廠220kVⅡ段母線單母差和母差停用方式；2）過載切負(fù)荷，用于澤溫2365線檢修方式。由于區(qū)調(diào)對(duì)裝置所切除負(fù)荷的性質(zhì)、特性比較了解，因此，裝置的投、停用操作，采用省調(diào)許可、區(qū)調(diào)發(fā)令形式。

（3）在低壓切負(fù)荷方式下，裝置選用的判據(jù)較多，具有很高的可靠性，除了將聯(lián)絡(luò)線功率、母線電壓作為主要判據(jù)外；還將采用電壓突變量作為輔助判據(jù)。由于在臺(tái)廠220kVⅡ段母線跳閘后，各變電所母線電壓很低，為避免引起電網(wǎng)瓦解，裝置的低壓切負(fù)荷動(dòng)作時(shí)間不宜太長。

（4）在澤溫2365線檢修方式下臺(tái)廠220kVⅡ段副母跳閘后，由于臺(tái)南電網(wǎng)電壓下降十分有限，因此，裝置過載切負(fù)荷可選用的判據(jù)只有線路負(fù)荷電流這一物理量，判據(jù)單一?？紤]到臺(tái)桔2355、澤鄉(xiāng)2343均為LGJQ－500導(dǎo)線，冬／夏季可載流量達(dá)1086／831A，在保證線路熱穩(wěn)定前提下，通過適當(dāng)延長過載切負(fù)荷動(dòng)作時(shí)間，確保過載切負(fù)荷的可靠性。

3自動(dòng)切負(fù)荷裝置實(shí)施方案

3．1裝置總體簡介（1）裝置硬件結(jié)構(gòu)

裝置采用南自院穩(wěn)定技術(shù)所的模塊組合型UFV－2C型產(chǎn)品，能在不同方式下監(jiān)測裝設(shè)地點(diǎn)的母線電壓、聯(lián)絡(luò)線潮流，如發(fā)現(xiàn)電壓、聯(lián)絡(luò)線潮流異常，根據(jù)判據(jù)判定是否切負(fù)荷。

裝置模擬輸入量6個(gè)，其中電壓量2個(gè)：UAB、UBC，當(dāng)用于雙母線時(shí)可用電壓自動(dòng)切換插件；電流量4個(gè)：I1a、I1c、I2a、I2c，即最多可測量二回線路的兩相電流，如變電所有超過二回以上線路的電氣輸入模擬量，則需增加一塊單元處理機(jī)板（DCJ），這樣又可增加四回線路的電氣量，依次類推，最終可完成多回線路比較復(fù)雜的判斷功能。本項(xiàng)目的三套裝置之中只有澤國變的裝置增加了1塊DCJ單元處理機(jī)板。開關(guān)輸入量4個(gè)，可用于某些邏輯判斷功能。

裝置的外圍回路接線簡單可靠，所用繼電器返回系數(shù)較高，有利于在過載切負(fù)荷方式下裝置及時(shí)可靠返回，防止過切負(fù)荷。

（2）裝置軟件結(jié)構(gòu)

裝置的微機(jī)部分對(duì)經(jīng)過變換后的輸入交流電壓UAB、UBC的瞬時(shí)值進(jìn)行采樣，采樣周期為T／12（當(dāng)T為20ms時(shí)，采樣周期為1．666ms），再計(jì)算出電壓有效值。軟件結(jié)構(gòu)分為主循環(huán)程序和中斷事故處理程序兩大部分。中斷程序主要完成電壓瞬時(shí)值采樣，電壓、電流有效值計(jì)算、du／dt計(jì)算，啟動(dòng)低壓、過載事故判斷等等，輸出控制及中央信號(hào)等，用壓板切換方式完成中斷程序相應(yīng)功能的選擇性。主循環(huán)主要完成面板顯示、定值修改、回路自檢、信號(hào)復(fù)歸及整組試驗(yàn)、打印輸出等功能。

（3）屏面布置設(shè)計(jì)要求

因裝置在電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下停用，只有在臺(tái)州220kVⅡ段母線單母差或母差停用時(shí)裝置投低壓切負(fù)荷方式、在澤溫2365線檢修時(shí)裝置投過載切負(fù)荷方式，所以裝置屏上設(shè)有方式投用閉鎖式壓板。根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式要求，只能投放在“低壓切負(fù)荷”位置或“過載切負(fù)荷”位置；另外，裝置還設(shè)有出口總壓板，只要取下出口總壓板，切負(fù)荷命令就無法出口。由于選用的判據(jù)中包含有聯(lián)絡(luò)線電氣量，因此裝置的交流電壓回路取自聯(lián)絡(luò)線保護(hù)屏和旁路保護(hù)屏的電壓切換回路，并經(jīng)過QK切換（QK有“本線”、“旁路代”兩種狀態(tài)），聯(lián)絡(luò)線和旁路的A、C相電流接入裝置的電流回路，并通過切換開關(guān)輔助接點(diǎn)控制兩個(gè)開關(guān)量輸入回路，當(dāng)聯(lián)絡(luò)線本開關(guān)運(yùn)行時(shí)，切至“本線”，當(dāng)旁路代聯(lián)絡(luò)線時(shí)切至“旁路代”。

3．2低壓切負(fù)荷控制方式

（1）低壓切負(fù)荷方案

為防止在臺(tái)州220kVⅡ段母線單母差或母差停用方式下因母線故障跳閘，造成臺(tái)南電網(wǎng)電壓崩潰，穩(wěn)定破壞，裝置的低壓切負(fù)荷功能首先應(yīng)判斷是否是系統(tǒng)故障？若是，則裝置自行閉鎖；其次應(yīng)判定本變電所與臺(tái)廠的聯(lián)絡(luò)線是否已經(jīng)跳閘；最后才是判定母線電壓是否低于低壓啟動(dòng)值Uqs（桔鄉(xiāng)變、澤國變皆200kV，海門變?yōu)?95kV。），若母線電壓持續(xù)0．1s低于低壓啟動(dòng)值，則啟動(dòng)低壓模塊；若母線電壓持續(xù)3s低于低壓減載定值US1（桔鄉(xiāng)變、澤國變皆200kV，海門變?yōu)?95kV。），則裝置動(dòng)作切除近區(qū)部分負(fù)荷，否則裝置返回?？紤]到今后負(fù)荷發(fā)展，裝置均具備兩輪切負(fù)荷功能，其控制邏輯如圖2所示。

（2）低壓切負(fù)荷的判據(jù)與要求

低壓切負(fù)荷判據(jù)如下：

聯(lián)絡(luò)線有功Pt≥功率定值Ps（約1MW），聯(lián)絡(luò)線是指：桔鄉(xiāng)變判臺(tái)桔2355、澤國變判臺(tái)國2350、海門變判臺(tái)門2348。

母線電壓突變量ΔU≤電壓變化量的定值（du／dt）b；

母線電壓絕對(duì)值Ut≤低壓啟動(dòng)定值Uqs；

母線電壓絕對(duì)值Ut≤低壓減載定值Us1；

母線電壓絕對(duì)值Ut≤低壓減載定值Us2；

當(dāng)滿足前三個(gè)條件且延時(shí)≥整定時(shí)間tvqs（0．1s），裝置低壓切負(fù)荷模塊啟動(dòng)；當(dāng)母線電壓Ut≤電壓定值US1且延時(shí)≥整定時(shí)間ttvs1（3s），低壓減載第一輪出口；當(dāng)母線電壓Ut≤電壓定值Us2且延時(shí)≥整定時(shí)間ttvs2（0．7s），低壓減載第二輪出口。裝置在判斷聯(lián)絡(luò)線是否跳閘時(shí)，若旁路代用聯(lián)絡(luò)線壓板為退出，則取用聯(lián)絡(luò)線本線功率判，否則取用旁路功率判。

3．3過載切負(fù)荷控制方式

（1）過載切負(fù)荷方案

在電網(wǎng)出現(xiàn)澤溫2365線檢修方式時(shí),為避免臺(tái)州220kVⅡ段母線副母故障跳閘,造成臺(tái)桔2355、澤鄉(xiāng)2343線過載，熱穩(wěn)定破壞。本項(xiàng)目的桔鄉(xiāng)、澤國變的裝置設(shè)有過載切負(fù)荷功能，現(xiàn)以桔鄉(xiāng)變裝置為例，簡要介紹其動(dòng)作方案；裝置在判斷臺(tái)桔2355線是否過載時(shí)，首先判定臺(tái)桔2355線負(fù)載電流是否大于告警電流定值，并持續(xù)10s，然后啟動(dòng)過載模塊并同時(shí)發(fā)出線路過載告警信號(hào)；接著，再判定臺(tái)桔2355線是否大于第一輪過流減載定值，并持續(xù)10s，若是，則第一輪過流減載動(dòng)作出口切除部分負(fù)荷；最后，再判定臺(tái)桔2355線是否大于第二輪減載定值，并持續(xù)1s，第二輪減載動(dòng)作出口切除部分負(fù)荷，其邏輯圖2所示。由于判據(jù)單一，為防止裝置誤動(dòng)，除了延長裝置判定的延時(shí)時(shí)間外，還采用線路的A、C相電流作為過流減載的判據(jù)。

（2）過載切負(fù)荷判據(jù)與要求臺(tái)桔2355線A、C相電流有效值≥告警電流定值（約600A），滿足上述條件且延時(shí)10s，則發(fā)出線路過負(fù)荷告警信號(hào)，啟動(dòng)過載切負(fù)荷模塊。

臺(tái)桔2355線A、C相電流有效值≥過流減載定值（約700A），只有進(jìn)入過載切負(fù)荷模塊之后，才能判定臺(tái)桔2355線滿足上述兩個(gè)條件且持續(xù)10s，裝置第一輪過流減載動(dòng)作切除負(fù)荷。

臺(tái)桔2355線A、C相電流有效值≥過流減載定值（約700A），只有第一輪過流減載動(dòng)作之后，才能進(jìn)行第二輪的過流減載判據(jù)，若臺(tái)桔2355線滿足上述兩個(gè)條件且持續(xù)1s，裝置第二輪過流減載動(dòng)作切除負(fù)荷。裝置在判斷臺(tái)桔2355線是否過載時(shí)，若旁路代用臺(tái)桔2355線壓板為退出，則用臺(tái)桔2355線電流判，否則用旁路電流判；在判路代用壓板剛投入而臺(tái)桔2355線的功率絕對(duì)值又大于PS1（約10MW）的時(shí)間段里認(rèn)為是過渡過程，此時(shí)用臺(tái)桔2355線與旁路的和電流判；當(dāng)旁路代用壓板剛退出而旁路功率絕對(duì)值又大于PS1的時(shí)間段里也認(rèn)為是過渡過程，此時(shí)用臺(tái)桔2355線與旁路的和電流判。

3．4裝置防誤

（1）低壓切負(fù)荷判據(jù)防誤閉鎖本裝置在臺(tái)州220kVⅡ段母線故障跳閘后，當(dāng)臺(tái)南各變電所母線電壓恢復(fù)到30％Un時(shí)，進(jìn)入低壓切負(fù)荷模塊，此時(shí)若母線電壓低于Us1（桔鄉(xiāng)、澤國變均為91％Un，海門變?yōu)?9％Un），則裝置切除第一輪負(fù)荷的時(shí)間為3．1s，切除第二輪負(fù)荷的時(shí)間為3．8s，動(dòng)作時(shí)間短于主變或低壓系統(tǒng)后備段時(shí)間定值，但由于裝置在低壓切負(fù)荷判據(jù)中皆有聯(lián)絡(luò)線功率判據(jù)（桔鄉(xiāng)判臺(tái)桔2355、澤國判臺(tái)國2350、海門判臺(tái)門2348），所以，即使出現(xiàn)變電所220kV母線以下的主變或低壓系統(tǒng)故障，裝置也不會(huì)誤動(dòng)，因?yàn)樵谶@種情況下臺(tái)桔2355、臺(tái)國2350、臺(tái)門2348三條聯(lián)絡(luò)線仍正常運(yùn)行，其輸送功率均不會(huì)小于1MW（或功率倒向）。（2）過載切負(fù)荷防誤措施

在澤溫2365線檢修方式下，臺(tái)州220kVⅡ段副母故障跳閘后，當(dāng)臺(tái)桔2355、澤鄉(xiāng)22343線電流大于臺(tái)桔線600A、澤鄉(xiāng)線500A并持續(xù)10s，進(jìn)入過載負(fù)荷模塊，若線路電流繼續(xù)大于臺(tái)桔線700A、澤鄉(xiāng)線600A，則切除第一輪負(fù)荷所需時(shí)間為20s，這個(gè)時(shí)間大于系統(tǒng)上任何設(shè)備的繼電保護(hù)后備段時(shí)間，所以，在系統(tǒng)出現(xiàn)任何故障時(shí)，在系統(tǒng)繼電保護(hù)動(dòng)作之前，裝置過載切負(fù)荷是不會(huì)動(dòng)作的。

（3）在負(fù)荷反饋、PT斷線、電壓回路接觸不良等情況下的防誤動(dòng)措施

1）低電壓閉鎖當(dāng)監(jiān)測電壓U≤20％Un時(shí)，裝置判斷為電壓回路電壓異常，不進(jìn)行低壓判斷，閉鎖出口。栗2熔）合電溉壓陶突晚變極閉連鎖羨當(dāng)煮監(jiān)她測乏母桃線號(hào)電朋壓霜的吸變破化綠率稻的娘絕紀(jì)對(duì)拋值腸≥唐（變d番u快／花d椅t充）爆b剩（霧約舒5許5笨％答U發(fā)n設(shè)）夠時(shí)睡，臘裝楊置才判醋斷巧為隸系蝴統(tǒng)乒發(fā)嫁生叫短葵路須故耳障沸，機(jī)不辭進(jìn)酒行確低濫壓箱判奶斷浩，小閉纖鎖三出浙口律；態(tài)當(dāng)劣電計(jì)壓絹再扁恢耍復(fù)喂至筍啟斬動(dòng)舌電窮壓閉值得以崗上枕時(shí)珍，湯裝如置稍自疤動(dòng)幸解濃除藍(lán)閉齡鎖紫。旋趁3嶼）案P皺T振斷憤線破閉騾鎖獸當(dāng)涉監(jiān)攔測犬到使電每壓叼｜陶U競A滑C草－侵U葡A士B減｜胸≥勝1飄0峽％造U凳n創(chuàng)或重｜臂U裹A薄C緞－有U持B傘C豈｜畝≥耐1仍0技％彈U點(diǎn)n庸時(shí)誓，咱裝偶置計(jì)判云斷據(jù)為膨P役T衫回債路冶斷蘭線賠，您不孕進(jìn)心行瞧低震壓注判暑斷綢，灶立蓋即黑閉猜鎖袍出聞口駕，提延陽時(shí)傾5尸s湊發(fā)紋出屑P曉T課斷鮮線擴(kuò)告譽(yù)警棕信夢(mèng)號(hào)私。

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