袁士超，張志雄，譚 智，羅 軼，朱 耿

（國網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010）

地區(qū)電網(wǎng)按電壓等級和供電區(qū)域分層分區(qū)[1]，其中，寧波地區(qū)500kV主干網(wǎng)架環(huán)網(wǎng)運行，220kV網(wǎng)架分供區(qū)環(huán)網(wǎng)運行，110kV網(wǎng)架閉環(huán)設計、開環(huán)運行。環(huán)網(wǎng)運行設備停役通過解環(huán)操作轉(zhuǎn)移潮流，不存在停電情況。但涉及110kV等電壓等級開環(huán)終端運行設備停役，同一供區(qū)內(nèi)可通過合解環(huán)操作轉(zhuǎn)移負荷，在不同供區(qū)情況下，考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響[2-3]，只能通過短時停電的冷倒方式轉(zhuǎn)移負荷，對用戶的供電可靠性存在較大影響。

如何通過理論創(chuàng)新和技術(shù)實現(xiàn)，減少或避免電網(wǎng)設備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生，是未來電網(wǎng)運行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實現(xiàn)基礎，該基礎從安全穩(wěn)定、繼電保護、合解環(huán)異常三個層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性，結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設計邏輯，將裝置技術(shù)實現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實際運行，取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟性方面顯著成效，值得全面推廣。

1 分區(qū)電源合解環(huán)實現(xiàn)基礎

分區(qū)電源合環(huán)相當于在電網(wǎng)原有設計運行方式中增加一種新的運行方式，該方式對電網(wǎng)穩(wěn)定運行存在一定影響［4］，該影響主要體現(xiàn)在電網(wǎng)合解環(huán)過程中的三個方面：

長時間電磁環(huán)網(wǎng)影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

運行方式改變會造成繼電保護失配，此時發(fā)生故障會導致事故范圍擴大。

合環(huán)成功、解環(huán)異常情況下處理時間較長，影響事故處理能力和應急處置水平。

以下分別就上述3方面情況做出分析并提出可行性方案。

1.1 安全穩(wěn)定情況分析

寧波電網(wǎng)設備均位于500kV主干網(wǎng)架下，接線角差相同情況下的合環(huán)電流屬于電磁環(huán)網(wǎng)下的過載電流，非短路電流，電流幅值遠小于短路情況，滿足設備動穩(wěn)定要求。同時，設備短路電流熱效應由于合環(huán)電流It遠小于短路電流Id，當取合環(huán)時間t接近于0，電流熱效應即可遠小于短路情況：

合環(huán)電流It?Id，取合環(huán)時間t→0，可得到

因此，只須合環(huán)時間t取0，實際為開關(guān)固有分閘時間（30ms左右），分區(qū)電源合解環(huán)過程即滿足各設備的動、熱穩(wěn)定要求。

1.2 繼電保護情況分析

理論上分區(qū)電源合環(huán)情況下會造成繼電保護失配，需要對保護進行調(diào)整［5-8］。實際分區(qū)電源合環(huán)點在線路末端下級變電站主變高壓側(cè)或低壓側(cè)，所涉及線路保護及主變后備保護均為非速斷類保護，據(jù)此特點，如合環(huán)時間取值為0，解環(huán)等效于速斷保護動作，不會引起其他保護誤動，保護的相關(guān)配合也無須調(diào)整。

1.3 合解環(huán)異常情況分析

在實際電網(wǎng)運行操作過程中，可能會遇到開關(guān)手動分閘失敗的情況，如該情況發(fā)生在分區(qū)電源合解環(huán)時，調(diào)度須根據(jù)實際場景綜合判斷后調(diào)整解環(huán)方式，期間合環(huán)狀態(tài)將保持，增加了電網(wǎng)運行風險。

此風險可通過預設合理的解環(huán)邏輯解決。合解環(huán)過程一般涉及3個開關(guān)，當目標解環(huán)開關(guān)分閘失敗后，可將合環(huán)開關(guān)作為第二解環(huán)開關(guān)再次解環(huán)，仍失敗則可用第三個開關(guān)進行解環(huán)。3個開關(guān)均操作失敗為設備N-3情況，實際運行不予考慮。

2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置實現(xiàn)邏輯

由上述分析可見，分區(qū)電源合解環(huán)裝置只須將“合解環(huán)熱倒”極限化處理，通過開關(guān)的瞬時合分，將合環(huán)時間趨向于零，并對解環(huán)邏輯進行合理預設，即可滿足原有設備動、熱穩(wěn)定要求和保護配合，從而減少穿越潮流的影響、避免電磁環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)不停電操作。

以此為基礎，建立分區(qū)電源合解環(huán)裝置模型和實際操作邏輯。

2.1 典型模型建立

110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型如圖1所示，其中C站為110kV內(nèi)橋接線方式變電站，2條進線X、Y分別來自A、B2個不同電源供區(qū)，合解環(huán)涉及#1、#2開關(guān)和橋開關(guān)，分區(qū)電源合解環(huán)裝置通過同時對3路開關(guān)兩端的電壓和2路線路的電流進行高速測量，進行合解環(huán)的相關(guān)操作。在此過程中，須考慮所有可能發(fā)生被控制的開關(guān)拒分、拒合，裝置故障等因素，也要考慮控制過程中電網(wǎng)發(fā)生的異常。

圖1 110kV典型分區(qū)電源合解環(huán)模型

2.2 操作模式邏輯

以典型模型為基礎建立各種場景下的操作模式，裝置根據(jù)采用的操作模式狀態(tài)、當前位置信號和電氣量狀態(tài)進行操作模式判斷，實際操作時人工預設解環(huán)開關(guān)，裝置需根據(jù)當前電氣量及位置信號確定合環(huán)開關(guān)，而后確定具體操作模式，所有模式如表1所示。

表1 分區(qū)電源合解環(huán)裝置模式列表

2.2.1 合環(huán)、解環(huán)邏輯

以模式一為例，#1開關(guān)處于分位狀態(tài)、#2開關(guān)處于合位狀態(tài)、橋開關(guān)處于合位狀態(tài)。裝置動作行為是：合上#1開關(guān)，確認#1開關(guān)合環(huán)成功后，斷開#2開關(guān)，橋開關(guān)仍處于合位狀態(tài)，在此解合環(huán)的過程中，線路及母線不失壓、不斷電，并且在主變及母線上不產(chǎn)生環(huán)電流。

操作開始后裝置實時計算并捕捉合環(huán)點兩側(cè)不間斷變化的電壓差和角度差下最小沖擊電流的時間節(jié)點，以此節(jié)點發(fā)出指令進行#1開關(guān)合環(huán)操作，并立即確認#1開關(guān)是否合環(huán)成功，如成功則進行#2開關(guān)解環(huán)操作；#2開關(guān)解環(huán)操作后，立即檢測#2開關(guān)是否解環(huán)成功，若操作前#2開關(guān)有流，則判斷由有流變?yōu)闊o流，若操作前是輕載狀態(tài)則判斷位置信號是否為分位，若滿足條件并且電壓正常，經(jīng)確認延時后判斷操作成功。

2.2.2 操作成功后的邏輯

合環(huán)操作和解環(huán)操作后須立即判斷操作是否成功，以此建立3類判斷依據(jù)。

合環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù)：位置信號變?yōu)楹衔?，且開關(guān)電流大于40%有流定值，確認20ms。若合環(huán)開關(guān)合環(huán)成功，則對解環(huán)開關(guān)進行解環(huán)操作。

解環(huán)出口操作成功的判斷依據(jù)：若操作前開關(guān)有流，則判斷開關(guān)有流變?yōu)闊o流；若操作前開關(guān)無流，則判斷位置信號變?yōu)榉治弧?/p>

合解環(huán)操作成功判斷依據(jù)：若操作前線路電流大于有流定值，則判斷合環(huán)開關(guān)有流且解環(huán)開關(guān)無流；若操作前線路電路小于有流定值即輕載狀態(tài)，則判斷合環(huán)開關(guān)位置信號為合位且解環(huán)開關(guān)位置信號為分位，母線電壓正常，經(jīng)確認延時后，則認為合解環(huán)操作成功。

2.2.3 操作失敗后的邏輯

經(jīng)上述邏輯后未判出成功結(jié)論則進入操作失敗流程，該流程須區(qū)分出下面幾種情況：

若合環(huán)開關(guān)合環(huán)失?。捍_認時間為合環(huán)開關(guān)合環(huán)最大確認時間定值TPx，收回對合環(huán)開關(guān)的合閘出口操作，裝置報出操作失敗并返回。

解環(huán)開關(guān)解環(huán)失?。簷z測到解環(huán)開關(guān)有流或者位置信號為合位，確認時間為解環(huán)開關(guān)的最大動作時間Tpx定值，則認為解環(huán)開關(guān)解環(huán)失敗。

解環(huán)失敗后若任意一條線路電流大于電流解列定值，則直接進入電流解列判斷，不進行補救。

若線路電流小于電流解列定值則進入補救措施狀態(tài)。裝置立即收回發(fā)給解環(huán)開關(guān)的解環(huán)出口命令，并經(jīng)過等待時間后向解環(huán)開關(guān)再次發(fā)出解環(huán)出口命令，進行補救措施。

若解環(huán)補救措施失敗，如電流不滿足電流解列定值，裝置一直運行，直到人為復歸。

其中，電流解列判斷依據(jù)是任意一條線路電流大于過流解列電流定值，確認時間為過流解列時間定值。電流解列判斷成功，裝置對解列開關(guān)（事先預設，可選擇橋開關(guān)或者操作的合環(huán)開關(guān)）進行分閘出口操作，確認時間為定值JudgeT，裝置返回。

2.3 邏輯流程圖

結(jié)合上述各項邏輯，可得到分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖2所示。

圖2 分區(qū)電源合解環(huán)裝置操作邏輯流程圖

3 裝置投入運行后實際成效

3.1 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

根據(jù)上述原理與設計邏輯將分區(qū)電源合解環(huán)裝置技術(shù)實現(xiàn)后投入寧波電網(wǎng)實際應用，截至2020年底，寧波供電公司在寧波6個地區(qū)共安裝分區(qū)電源合解環(huán)裝置17套，后續(xù)根據(jù)分區(qū)變化，計劃陸續(xù)增加17套，總體情況如表2所示。

表2 寧波地區(qū)分區(qū)電源合解環(huán)裝置安裝情況

3.2 寧波電網(wǎng)分區(qū)電源合解環(huán)裝置使用效益

分區(qū)電源合解環(huán)裝置投入運行前，以往用冷倒停電切換供電方式，從停電到恢復一般需要15min，采用分區(qū)電源合解環(huán)的不停電轉(zhuǎn)供，只存在毫秒級的合環(huán)過程，保障了電網(wǎng)的持續(xù)供電，提高了電網(wǎng)供電可靠性。

對比裝置投入前后，一次110kV全站負荷轉(zhuǎn)移停電損失負荷按6萬kW，半站負荷轉(zhuǎn)移按3萬kW。2020年全年寧波電網(wǎng)每組分區(qū)電源合解環(huán)裝置平均使用次數(shù)為6.7次，負荷全轉(zhuǎn)與半轉(zhuǎn)各占一半，計算2020年可多供電量：

合計多供電量約128萬kWh，經(jīng)濟效益顯著，待后續(xù)全面安裝使用后，可提高寧波電網(wǎng)年供電了約300萬kWh，值得全面推廣。

4 總結(jié)與展望

在不同供區(qū)情況下，考慮穿越潮流和電磁環(huán)網(wǎng)的影響，負荷轉(zhuǎn)移需要通過短時停電的冷倒方式實現(xiàn)，對用戶的供電可靠性存在較大影響。如何通過理論創(chuàng)新和技術(shù)實現(xiàn)，減少或避免電網(wǎng)設備冷倒操作等影響用戶供電可靠性情況的發(fā)生，是未來電網(wǎng)運行的發(fā)展方向。本文提出了一種分區(qū)電源合解環(huán)的實現(xiàn)基礎，該基礎從安全穩(wěn)定、繼電保護、合解環(huán)異常三個層面分析了分區(qū)電源合解環(huán)的可行性，結(jié)合分區(qū)電源合解環(huán)裝置的設計邏輯，將裝置技術(shù)實現(xiàn)后投入到寧波電網(wǎng)的實際運行，取得了提高電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟性方面顯著成效，值得全面推廣。