【原】备自投自动投退系统在广州电网中的应用

电气技术杂志社 2020-11-18

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广东电网广州供电局、东方电子股份有限公司的研究人员李俊格、潘凯岩、戴慧芳，在2016年第10期《电气技术》杂志上撰文，从总体架构上介绍了广州电网的备自投自动投退系统（ABC）的设计原则，系统的介绍了备自投自动投退系统的功能、策略、投退规则等，从备自投的测试及维护等不同方面介绍了广州电网ABC的运行情况及经验。现场运行情况表明ABC可以大幅度地提高电网的供电可靠性。

国内大中型地区电网的网架特点是其管辖范围通常包括220kV及以下的主变、线路和部分500kV主变。其中220kV主变及其以下的主变和线路通常按辐射网供电方式运行。为保证供电可靠性，通常会在变电站内部装设备自投装置（BATS）。当电网发生故障从而导致母线停电时，满足条件的BATS就会动作，给停电母线供电，这样就大大减少了母线停电的概率，保证了供电的可靠性[1]。

对于电网实时运行中出现设备过载运行的情况，文献[2]通过负荷自动转移控制技术实现了330kV主变过载处理,文献[3]提出了自动负荷切除的方法来消除设备过载的处理，文献[4]提出了通过负荷转移的方法来消除电网中高电压等级的设备过载的方法，以上文献提出的方法均为对电网正常方式下设备出现过载情况的处理，不能有效处理电网在设备发生故障从而导致备自投动作时可能出现新的设备过载的情况。

为此文献[5]提出了基于EMS的智能备自投在线压板最优投退策略，文献[6]从备自投的一些特殊性质如时序及均分等特性的备自投的改进策略，可以有效地解决以上文献中存在的问题，但文献[5,6]对备自投自动投退系统的整体构架、系统中运行易出现的问题及解决方法等并未描述清楚。

为此本文从备自投自动投退系统的整体构架、备自投投退流程、备自投的测试等不同方面描述备自投自动投退系统的设计思想及应用。在文章的最后，给出了广州电网从2014年6月份来备自投自动投退系统的运行状况。

1 广州电网现状及特点

广州供电局是隶属于南方电网公司的特大型供电局，至2015年底，广州地区电网已运行的110KV及以上变电站总数296座，主变704台，其中500kV变电站6座，主变21台；220kV变电站49座，主变126台；110kV变电站241座，主变557台。电网自投装置总共485套，大部分110kV和220kV变电站安装了低压母联备自投装置，即10kV侧母联备自投，且具有均分功能的比较多；110kV备自投装置有102套。220kV变电站的10kV母联备自投具有方向判别功能，其余110kV变电站10kV母联备自投均无方向判别功能。

近年来，随着用电负荷的增加，部分220kV变电站的主变负荷率都均超80%，属重载运行，有时有的220kV变电站内的主变负载率甚至超过100%，要实行限负荷运行；110kV共有50台主变负荷都不能够满足N－1运行，其中有的110kV变电站内的主变负荷率均超过80%，属重载运行。

由此可以看出，当夏季负荷和气温都较高的情况下，特别是线路、主变“N－1”运行时，很容易出现线路或主变过载的情况。当夏季温度较高情况下出现线路或主变过载等情况时，很容易出现继续跳闸从而导致事故扩大的情况。

为此,有必要从全网的角度对电网发生N-1从而导致备自投动作后的电网进行分析,如果备自投动作后导致设备过载则应按一定规则闭锁相应的备自投,从而使电网运行在一个安全、稳定的状态下，最大限度地保证供电可靠性。

同时，广州电网SCADA/EMS系统连续多年运行稳定，因此完全具备在此基础上开发备自投自动投退系统的条件。

2 备自投自动投退系统的总体设计构架

备自投自动投退系统（ABC）是基于EMS系统开发的。根据实时采集的SCADA信息，充分考虑主变初始负载率、主变油温限值、电网设备的N-1校核、备自投动作时序参数、备自投动作优先级、过载联切、数据异常等因素，实时计算电网备自投的投退策略，利用二次设备远方控制技术，闭环实时控制备自投功能软压板，实现了备自投自动投退。

ABC的整体架构如下：

图1 ABC整体架构

从图1中可以看出，备自投自动投退系统基于SCADA/EMS基础上给出最终的执行策略，首先在获取备自投的实时投退状态，并在电网经过状态估计处理后的数据信息进行备自投投退策略的制订，给出策略的过程中首先进行异常数据检测，然后给出基于主变初始负载率及油温校核的策略，最终将备自投的投退策略通过遥控压板的方式下发遥控，从而达到备自投在线投退的功能。

3 备自投自动投退系统功能

3.1 全局控制参数设置

全局参数设置包括控制规则、检查规则及全局参数的设置。

1）控制规则信息

N-1规则：包括是否进行110kV主变N-1计算、是否进行110kV线路N-1计算及是否进行220kV主变N-1计算；其他规则：包括是否启动主变油温校核、是否启动主变负载率校核及重要用户是否强投，如果设置强投，指当备自投工作母线有重要用户时不退出备自投，强制投入。

2）检查规则信息

检查规则：检查规则针对N-1，是指N-1的校验对象，即是否需要对110kV主变过载进行校核,是否需要对110线路过载进行校核；是否需要对220kV主变过载进行校核。以任意组合的形式进行校验，缺省对三项都进行校验。

3）全局参数信息

备自投是否投入

是否启动过载联切功能；

算法运行周期，缺省是10分钟。

动作次数限值：指单个备自投动作次数限值，缺省每天15次。

3.2 总体校核规则

在备自投自动投退系统中，要综合考虑主变油温、主变初始负载率及N-1校核等，一般来说，如果油温校核压板是需要退出的，则不再进行N-1校核，如果通过了油温校核，则需要继续进行N-1校核。

3.3 基于变压器油温及初始负载率的在线投退策略

基于变压器油温及初始负载率的在线投退策略可以按文献[6]中的给出，一般来说，如果备自投关联的设备为变压器，则基于变压器油温及初始负载率的投退规则对其有影响的包括这个备自投所关联的变压器及相应片网更高电压等级的变压器，即电源侧的变压器，通常为220kV变压器。

3.4 基于设备N-1的投退规则

基于设备N-1的总体流程如图2，从图2中可以看出，校核的故障设备的顺序为设备故障后引起动作的备自投的个数决定，引起动作的备自投的个数少的故障先校核，然后校核大的。

图2 N-1校核整体流程

单个故障设备引起的备自投的投退策略如下图：

图3 单个设备故障的备自投投退策略

从图3中可以看出，在通过N-1确定动作的备自投后，需要进一步确定过载设备与备自投的映射关系，从2个集合取交集，从而最终确定要投退的备自投集合，并根据备自投的优先级进行退出计算，最终消除设备的过载。

3.5 备自投动作后的过负荷联切功能

对电网实时状态进行检测，如果检测到有故障发生，同时有备自投启动并引起本级或上一级的主变过载，则启动过载联切功能，根据过载量的大小得到需要切除的开关数量及信息，最终消除设备的过载。

3.6 备自投测试

一般来说，备自投在投入闭环运行前都必须在开环状态下进行严格的测试，才能最终投入到闭环状态，需要进行测试的项目包括：1）检查数据库中备自投关联的压板点信号是否正确，是否取压板点状态；2）检查数据库中设置的策略标志是否设置成开环；3）检查厂站备自投信息图中图元关联的参数是否正确；4）检查全局控制参数中是否已经考虑负载率,N-1校核；5）站内所有可以控制的开关刀闸位置打到就地位置，除了备自投压板点信号；6) 核对备自投压板信号；7) 人工置入变压器的各侧电流（三卷变置入高压测），使其负载率大于0.85或其它的各种预想值；检测策略是否正确。

如果各项测试均正确，则可以将相应的备自投由开环改为闭环状态。

3.7 并发遥控处理

备自投投退策略通常每10分钟执行一次，在负荷高峰时通常会有几十个甚至上百个压板需要进行退出。而这些备自投大部分是属于不同的变电站的，如果采用顺序遥控处理，通常需要近10分钟，不能满足实时性的要求，这就要求采用并发遥控处理，不同变电站的备自投可以同时进行遥控，从而大大节省遥控时间。

3.8 异常情况处理

在备自投的压板投退执行过程中，需要考虑以下异常情况包括：1）SCADA遥测数据不刷新；2）状态估计不收敛；3）备自投每小时最大遥控次数；4）备自投每天最大遥控次数；5）相关变压器的主变油温异常，如果备自投设置考虑油温，则不改变备自投的压板的当前运行状态；6）如果在状态估计计算中检测到与备自投相关的220kV主变出现坏数据，则不对相应的220kV主变进行校核；7）如果在状态估计计算中检测到110kV主变或110kV线路出现坏数据，则不改变当前备自投的压板的当前运行状态。

4 应用情况分析

备自投是保障电力系统供电可靠性的重要设备，广州电网受一次网架结构和负荷特性影响，迎峰度夏或负荷高峰时段，部分重载变电站备自投动作会引起设备过载，按照传统的备自投投退管理方法，大量的备自投需要长期退出。

4.1 应用情况及其效率

系统投运前，方式科每季度定期耗费大量人力（每周一人次一天）对全网的备自投压板情况进行分析计算，并要到现场进行手工压板投退，系统投运后每季度减少了14（周）*8（小时）*1（人次）=112小时的人力投入，提高了工作效率，减少了人力成本，解决了人工投退压板不能解决计算的实时性、压板投退的快速性等问题，提高了软压板投退的准确率和精确率。

备自投自动投退系统已于2014年6月初在广州电网中投入闭环运行。目前已有46座变电站完成系统接入调试工作，32座变电站投入ABC自动控制功能，重载变电站备自投平均投入率提升超过60%，日均遥控次数超40次，遥控成功率100%，实现备自投运行精细化管理，进一步提高供电可靠性和资产利用率，同时改变了传统的备自投投退方法，减轻了调度值班人员的紧急复电压力，提高了工作效率。

4.2 应用实例

2015年01月28日21时17分，黄埔电厂110kV黄华线发生永久故障，南岗站#2主变、云埔站#2主变、荷村站#2主变失压，10kV备自投均正确动作，未造成用户失压。云埔站、荷村站10kV备自投分别于2014年10月15日、16日投入ABC自动控制功能，由系统实时完成备自投功能投退，ABC系统成功挽救云埔站10kV IIA、IIB母，荷村站10kV IIA、IIB母负荷，最大限度地保证了供电可靠性。