舟山，地處我國(guó)東部沿海，擁有1390個(gè)島嶼,舟山電網(wǎng)是浙江省唯一的海島電網(wǎng)，受自然條件及海上架空線跨越技術(shù)不成熟的制約，原來(lái)各主要島嶼的供電電源主要通過(guò)與本島電網(wǎng)相連的海底電纜實(shí)現(xiàn)，但是海底電纜輸電容量相對(duì)較小，運(yùn)行工況惡劣、維護(hù)難度大，容易遭受外來(lái)力量主要是船錨的損害，供電可靠性較低。

近年來(lái)隨著舟山社會(huì)用電量的增大，并且對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高，依托舟山220kV大陸聯(lián)網(wǎng)工程海上架空線跨越技術(shù)的突破，現(xiàn)在主要島嶼多通過(guò)架空線與本島電網(wǎng)互聯(lián)，架空線與海底電纜相比，電壓等級(jí)更高，容量更大，供電可靠性更高。

但是由于舟山地處海上易受臺(tái)風(fēng)、雷擊等自然災(zāi)害的影響，尤其夏季臺(tái)風(fēng)期間架空線極易發(fā)生全停事故，而海底電纜受此類災(zāi)害影響相對(duì)較小。為了更好地保證供電的可靠性，我們提出了以架空線為輸電的主電源，以原來(lái)的電壓等級(jí)較低的海底電纜作為輸電備用電源，正常時(shí)由主電源供電,當(dāng)輸電架空線路因自然災(zāi)害損壞或其他原因同時(shí)跳閘時(shí)，則通過(guò)備用海底電纜確保重要負(fù)荷的供電避免出現(xiàn)全島停電的情況，于是形成了“高電壓等級(jí)架空線+低電壓等級(jí)海底電纜”供電海島電網(wǎng)的模式。

常規(guī)單一動(dòng)作邏輯的備自投裝置已經(jīng)不能滿足此種供電模式的要求,研制一種既能在正常運(yùn)行方式下發(fā)揮作用又能實(shí)現(xiàn)在高一級(jí)電壓主供電源同時(shí)失去的情況下快速投入低一級(jí)電壓備用電源的備自投動(dòng)作策略成為一個(gè)課題擺在我們面前。經(jīng)過(guò)仔細(xì)的研究論證，我們認(rèn)為通過(guò)改造現(xiàn)有備自投裝置來(lái)達(dá)到要求在技術(shù)上是可行的，于是一種適應(yīng)海島電網(wǎng)供電需求的新型備自投動(dòng)作策略在舟山電網(wǎng)得到了應(yīng)用。

1 設(shè)計(jì)思路

220kV PL變電站為地區(qū)樞紐變，主供電源均由本島電網(wǎng)通過(guò)跨海線路提供，其中110kV母線采用單母分段形式接有3個(gè)110kV變電站并裝有110kV母線保護(hù)。當(dāng)該變電站主供電源因故失去全站停電時(shí)會(huì)導(dǎo)致眾多島嶼失去電源，為避免此種情況發(fā)生，該變電站利用電網(wǎng)升壓前的海底電纜作為備用電源，以“架空線+海底電纜”的混合供電模式來(lái)提高供電可靠性。

“架空線+海底電纜”的混合供電的典型運(yùn)行方式如圖所示，1DL、2DL為主變中壓側(cè)或者低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，3DL為母線分段開(kāi)關(guān)，4DL為備用電源開(kāi)關(guān)。備用電源線路接在主變中壓側(cè)或低壓側(cè)任一段母線上。

圖1 220kV PL變電站一次系統(tǒng)接線示意圖

針對(duì)此變電站一次系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，綜合分析了各種特殊運(yùn)行情況，將備自投裝置的動(dòng)作邏輯分為兩類:一是主變中壓側(cè)或低壓側(cè)兩段母線任一段母線有壓,我們稱之為“正常運(yùn)行方式”；二是主變中壓側(cè)或低壓側(cè)所連兩段母線同時(shí)失去電壓,我們稱之為“特殊運(yùn)行式”。

根據(jù)這兩種運(yùn)行方式下的備自投裝置動(dòng)作要求， 我們?cè)O(shè)計(jì)出了一套跨電壓的備自投裝置，該裝置能適應(yīng)一次系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，既能在正常運(yùn)行方式下發(fā)揮備自投作用將備用電源投入，又能在主變高壓側(cè)電源因故失去導(dǎo)致中、低壓側(cè)母線失去電壓時(shí)，快速投入低一級(jí)的備用電源保證主變中壓側(cè)或者低壓側(cè)母線不失壓，從而避免出現(xiàn)全站失電情況的出現(xiàn)。

我們?cè)诂F(xiàn)有備自投裝置的基礎(chǔ)上，對(duì)廠方軟件設(shè)計(jì)提出改進(jìn)要求，在充分考慮海島電網(wǎng)運(yùn)行方式、跳閘線路、備自投裝置閉鎖邏輯等的基礎(chǔ)上，通過(guò)裝置相關(guān)回路改造對(duì)220kV PL變電站的備自投裝置進(jìn)行了改造。經(jīng)過(guò)運(yùn)行檢驗(yàn)，改造后的備自投裝置運(yùn)行良好，證明該備自投動(dòng)作邏輯原理可靠。

2 裝置動(dòng)作原理分析

2.1 裝置端子接線分析

2.1.1交流模擬量輸入端子

a. Ⅰ段母線電壓輸入端子U1：接Ⅰ段母線電壓，Ua1,Ub1,Uc1；

b. Ⅱ段母線電壓輸入端子U2：接Ⅱ段母線電壓，Ua1,Ub1,Uc1；

c. 備用電源進(jìn)線電流輸入端子I1：接備用4DL進(jìn)線線電流；

d. 備用電源進(jìn)線電壓輸入端子U3：接備用4DL進(jìn)線電壓；

e. #1主變中壓側(cè)或低壓側(cè)相電流輸入端子I2：接1DL經(jīng)過(guò)的電流；

f. #2主變中壓側(cè)或低壓側(cè)相電流輸入端子I3：接2DL經(jīng)過(guò)的電流；

g. 母分開(kāi)關(guān)電流輸入端子I4~I6：接被保護(hù)3DL開(kāi)關(guān)電流Ia；Ib；Ic。便于實(shí)現(xiàn)母分開(kāi)關(guān)保護(hù)及手合加速保護(hù)等功能。

2.1.2開(kāi)關(guān)量輸入端子

a. “備自投方式1投入”輸入端子1：開(kāi)入高電平時(shí)，方式1投入

b. “備自投方式2投入”輸入端子2：開(kāi)入高電平時(shí)，方式2投入

c. “進(jìn)線電源1開(kāi)關(guān)位置”輸入端子3：接1DL跳位TWJ常開(kāi)觸點(diǎn)；

d. “進(jìn)線電源2開(kāi)關(guān)位置”輸入端子4：接2DL跳位TWJ常開(kāi)觸點(diǎn)；

e. “母分開(kāi)關(guān)位置”輸入端子5：接3DL跳位TWJ常開(kāi)觸點(diǎn)；

f. “備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)位置”輸入端子6：接4DL跳位TWJ常開(kāi)觸點(diǎn)；

g. 開(kāi)關(guān)量輸入端子7：接1DL的母差保護(hù)跳閘開(kāi)入回來(lái)中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)；

h. 開(kāi)關(guān)量輸入端子8：接2DL的母差保護(hù)跳閘開(kāi)入回來(lái)中間繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)；

i. 開(kāi)關(guān)量輸入端子9：接 #1主變后備保護(hù)動(dòng)作信號(hào)常開(kāi)觸點(diǎn)；

j. 開(kāi)關(guān)量輸入端子10：接 #2主變后備保護(hù)動(dòng)作信號(hào)常開(kāi)觸點(diǎn)；

k. 開(kāi)關(guān)量輸入端子11：備自投總閉鎖；

2.1.3跳閘輸出端子

a. 輸出端子1：接至3DL操作箱跳閘輸入（保護(hù)跳閘）；

b. 輸出端子2：接至3DL操作箱合閘輸入（備投合閘）；

c. 輸出端子3：接至1DL操作箱跳閘輸入（備投跳閘）；

d. 輸出端子4：接至2DL操作箱跳閘輸入（備投跳閘）；

e. 輸出端子5：接至4DL操作箱合閘輸入（備投合閘）；

2.2裝置動(dòng)作邏輯分析

為了防止母線PT斷線時(shí)備自投裝置誤動(dòng)作，取#1、#2主變中壓或低壓側(cè)相電流作為對(duì)應(yīng)母線失壓后的閉鎖判據(jù)。若某段母線PT斷線，但裝置判斷對(duì)應(yīng)的DL有流，則備自投不放電，在此狀態(tài)下，若另一段母線失壓或DL偷跳后，則仍可以保證備自投裝置動(dòng)作合上分段開(kāi)關(guān)。

對(duì)于站內(nèi)中低壓母線裝有母線保護(hù)的樞紐變電站，裝置設(shè)有母線保護(hù)跳1DL、2DL動(dòng)作接點(diǎn)開(kāi)入7、開(kāi)入8。若任意一個(gè)動(dòng)作開(kāi)入并且對(duì)應(yīng)的1DL或者2DL開(kāi)關(guān)處在分位，表明存在母線故障導(dǎo)致母線保護(hù)動(dòng)作則閉鎖正常運(yùn)行方式下的母分備自投，這樣做可以防止母線發(fā)生故障跳開(kāi)所接主變開(kāi)關(guān)時(shí)，備自投裝置動(dòng)作合上母分開(kāi)關(guān)，避免系統(tǒng)再次遭受沖擊或故障擴(kuò)大。

當(dāng)兩個(gè)同時(shí)開(kāi)入或者任意一個(gè)開(kāi)入且1DL、2DL開(kāi)關(guān)同時(shí)分位時(shí)表明兩段母線均存在故障則應(yīng)同時(shí)閉鎖特殊運(yùn)行方式下的線路備自投。

另外，裝置設(shè)有#1、#2主變后備保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)開(kāi)入9、開(kāi)入10，主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)變電站內(nèi)中低壓母線不裝設(shè)母線保護(hù)，而通常情況下主變中低壓側(cè)后備保護(hù)方向指向母線，可以反應(yīng)主變所連接的母線故障，從而起到中低壓側(cè)母線保護(hù)的作用。開(kāi)入9、開(kāi)入10的閉鎖功能同開(kāi)入7、開(kāi)入8，缺點(diǎn)是當(dāng)主變中低壓保護(hù)不投入方向或者方向指向變壓器時(shí)，若非母線故障導(dǎo)致主變后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)主變開(kāi)關(guān)，會(huì)造成備自投裝置被閉鎖而拒動(dòng)。

同時(shí)充分考慮了備用電源進(jìn)線的輸電容量，為了防止備用電源進(jìn)線過(guò)負(fù)荷，跳閘回路接入了兩組重動(dòng)繼電器聯(lián)切站內(nèi)一部分負(fù)荷。其中，220kV PL變聯(lián)切兩臺(tái)主變的35kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)和相關(guān)110kV線路，同時(shí)對(duì)于所連接的相關(guān)110kV變電站投入具有負(fù)荷聯(lián)切功能的母聯(lián)備自投方式，當(dāng)110kV進(jìn)線過(guò)載時(shí)聯(lián)切部分負(fù)荷，來(lái)確保整個(gè)110kV系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 動(dòng)作邏輯的實(shí)現(xiàn)

該原理的備自投動(dòng)作邏輯主要考慮兩母線任一母線有壓和兩母線同時(shí)失壓時(shí)的動(dòng)作情況，故可分為兩套獨(dú)立的動(dòng)作邏輯方式：

方式1：1DL 2DL 3DL構(gòu)成常規(guī)原理的母分備投邏輯，該方式主要應(yīng)用于兩段母線任一段母線有壓的運(yùn)行情況。

方式2：由1DL 2DL 3DL 4DL構(gòu)成的，在兩段母同時(shí)失壓的情況下，合4DL 和合3DL的線路備投邏輯。

對(duì)于方式1和方式2，設(shè)計(jì)可通過(guò)各自切換把手實(shí)現(xiàn)“分段開(kāi)關(guān)備投方式”和“進(jìn)線備投方式”投退，當(dāng)兩切換把手同時(shí)投入時(shí)，兩種備投均投入。

2.3.1 母分備投方式動(dòng)作邏輯：

正常運(yùn)行時(shí)，進(jìn)線1開(kāi)關(guān)1DL、進(jìn)線2開(kāi)關(guān)2DL在合閘供電狀態(tài)，分段開(kāi)關(guān)3DL在熱備用狀態(tài)，當(dāng)某一進(jìn)線開(kāi)關(guān)偷跳或者某段母線失壓時(shí)，備自投裝置檢測(cè)到對(duì)應(yīng)段母線失壓且該進(jìn)線滿足無(wú)流閉鎖條件后動(dòng)作，以T1或T2延時(shí)跳開(kāi)該條進(jìn)線開(kāi)關(guān)，在確定開(kāi)關(guān)分閘位置后以T3延時(shí)合上分段開(kāi)關(guān)3DL。此方式下備自投裝置具有“跳#1主變中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)1DL”、“跳#2主變中、低壓側(cè)開(kāi)關(guān)2DL開(kāi)關(guān)”和“合分段開(kāi)關(guān)3DL”的出口功能，在跳1DL、2DL開(kāi)關(guān)時(shí)要考慮同上一級(jí)備自投裝置相配合，合理制定T1、T2定值。

2.3.2 線路備投方式動(dòng)作邏輯：

該方式主要應(yīng)用于當(dāng)變電站兩條主供電源線路因自然災(zāi)害同時(shí)跳閘，或者一條線路停電檢修另一條線路因外力損壞也跳閘時(shí)主變高壓側(cè)電源消失導(dǎo)致主變中低壓側(cè)母線失去電壓的情況。

動(dòng)作邏輯1：以Ⅰ、Ⅱ段母線電壓均失壓、電源進(jìn)線1電流小于電流定值Idz1、電源進(jìn)線2電流小于電流定值Idz2、備用電纜進(jìn)線線路有壓（此功能由控制字選擇）作為啟動(dòng)條件，1DL和2DL同時(shí)都在跳閘位置作為閉鎖條件，以T7延時(shí)跳開(kāi)1DL，2DL。

動(dòng)作邏輯2：以備用電纜進(jìn)線線路有壓、進(jìn)線開(kāi)關(guān)1DL和2DL均在跳閘位置、兩段母線均失壓作為啟動(dòng)條件，4DL在合閘位置、1DL或2DL所在線路有流作為閉鎖條件，以T8延時(shí)合4DL。

動(dòng)作邏輯3：以4DL合位、Ⅰ母失壓、Ⅱ母線有壓為啟動(dòng)條件，3DL在合閘位置作為閉鎖條件，以T3延時(shí)合3DL。 若3DL開(kāi)關(guān)已經(jīng)在合位，則不進(jìn)行3DL合閘的動(dòng)作邏輯3，若1DL或2DL開(kāi)關(guān)只要任一個(gè)在合位，則裝置均出口同時(shí)跳1DL和2DL開(kāi)關(guān)。因此，對(duì)于 3DL無(wú)論是分位或合位，均不影響線路備投方式的動(dòng)作邏輯1、動(dòng)作邏輯2的進(jìn)行。

當(dāng)母分備投方式1和線路備投方式2同時(shí)投入均起作用時(shí)，該動(dòng)作邏輯可根據(jù)各個(gè)斷路器的位置自動(dòng)適應(yīng)一次系統(tǒng)運(yùn)行方式，哪種方式的動(dòng)作條件滿足則該方式的動(dòng)作邏輯開(kāi)始延時(shí)。對(duì)于母分備投方式1其動(dòng)作的必要條件為：必須一段母線有壓，另一段母線失壓；而線路備投方式2的必要?jiǎng)幼鳁l件為：必須兩段母線均失壓；所以，方式1和方式2可通過(guò)不同的動(dòng)作條件區(qū)分不會(huì)相混淆。

3 備自投裝置的閉鎖(放電)邏輯

當(dāng)出現(xiàn)以下任何一種情況時(shí)，則閉鎖備自投裝置，防止誤動(dòng)作或合閘于故障母線。

a. 1DL、2DL手動(dòng)分閘位置開(kāi)入，則備自投裝置立即放電(接入備自投總閉鎖)。

b. 任意一母線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作開(kāi)入。

c. 4DL的母線刀閘和線路刀閘位置均為分位或者4DL手車在試驗(yàn)位置，則閉鎖備投方式2。

d. #1、#2變壓器后備保護(hù)動(dòng)作同時(shí)開(kāi)啟。

4 基于該策略的備自投裝置在電網(wǎng)中的應(yīng)用情況

4.1 裝置在舟山電網(wǎng)220kV PL 變電站的應(yīng)用情況

220 kV PL變電站接線方式如圖1所示，為提高220 kV PL變電站的供電可靠性，降低主變110 kV側(cè)失壓時(shí),將會(huì)造成本站110 kV母線及母線上所接的110 kV變電站全停的風(fēng)險(xiǎn)，安裝了基于該策略的備自投裝置。

該備自投裝置按前文所述的策略要求接入所需的各電氣量和開(kāi)入量，具有常規(guī)母分備自投和雙母失壓時(shí)合備用電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)的線路備投兩套獨(dú)立的動(dòng)作邏輯。正常方式下, #1、#2主變中壓側(cè)110 kV系統(tǒng)分裂運(yùn)行，110kV備用電源通過(guò)電網(wǎng)升級(jí)前的海纜進(jìn)線和舟山本島110 kV系統(tǒng)連接，但是不與220 kV PL變電站的110 kV母線合環(huán)運(yùn)行，此時(shí)常規(guī)母分備自投邏輯動(dòng)作。

在雙母失壓的情況下，合4DL、3DL的線路備投動(dòng)作。目前,該備自投裝置已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行一年多的時(shí)間,經(jīng)歷了迎峰度夏、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)期和鐵塔檢修線路輪停等各種考驗(yàn)，運(yùn)行狀況良好，220 kV PL變電站沒(méi)有發(fā)生因天氣等外力原因?qū)е碌娜珝u停電事故。

4.2 裝置在單變單線變電站應(yīng)用情況的分析

在電網(wǎng)升級(jí)改造和建設(shè)中,由于技術(shù)、資金等原因在地區(qū)終端負(fù)荷供電變電站內(nèi)常存在單臺(tái)變壓器單條進(jìn)線電源供電的情況。單變單線運(yùn)行的變電站的典型接線方式如圖2所示，1DL為#1主變中壓側(cè)斷路器, 2DL為備用線路斷路器, 3DL為母分（聯(lián)）斷路器。

圖2 單變單線變電站典型接線示意圖

單變單線的運(yùn)行變電站,由于主變高壓側(cè)系統(tǒng)通常是環(huán)網(wǎng)運(yùn)行,為避免形成電磁環(huán)網(wǎng)該主變的中壓側(cè)系統(tǒng)就不能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電源點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)運(yùn)行。則在正常運(yùn)行運(yùn)行方式下，只能由本變電站的主變高壓側(cè)單電源供電,因此,當(dāng)某種原因引起#1主變中壓側(cè)失壓時(shí),將會(huì)造成本站中壓側(cè)兩段母線及母線上所接的地區(qū)變電站全停。

針對(duì)這類單變單線變電站的運(yùn)行特點(diǎn),為避免變電站全停事故，可以應(yīng)用基于該策略的備自投裝置。按照策略要求接入電壓、電流等交流電氣量，接入1DL跳閘回路，接入2DL、3DL合閘回路，裝置可通過(guò)判別#1主變中壓側(cè)兩段母線有無(wú)電壓和相關(guān)斷路器的分合接點(diǎn)來(lái)決定是否啟動(dòng)備自投邏輯。

當(dāng)判別#1主變中壓側(cè)兩段母線任一母線有電，且1DL合閘位置，2DL分閘位置時(shí)，則備自投裝置充電；當(dāng)某種原因引起#1主變中壓側(cè)兩段母線均失壓時(shí),則啟動(dòng)備自投裝置的線路備投邏輯，經(jīng)T7延時(shí)跳開(kāi)1DL，經(jīng)T8延時(shí)合上2DL、3DL，通過(guò)#1主變中壓側(cè)備用線路對(duì)主變中壓側(cè)母線進(jìn)行供電，避免全站停電事故，可以極大地提高單變單線變電站的供電可靠性。

5 結(jié)束語(yǔ)

海島電網(wǎng)由于其自然環(huán)境的原因，電力系統(tǒng)主接線運(yùn)行方式有其獨(dú)特的特點(diǎn)，而繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置通過(guò)回路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)均可以實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜多變的需要，但是備自投的動(dòng)作邏輯必須與電網(wǎng)運(yùn)行相適應(yīng)，只有通過(guò)實(shí)踐積累備自投的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),并對(duì)其不斷加以修正改進(jìn),才能達(dá)到并保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的目的。

本文提出的備自投動(dòng)作策略除可滿足海島變電站供電可靠運(yùn)行的需求外，還可應(yīng)用于分期建設(shè)的單變單線供電狀態(tài)下電網(wǎng)的可靠運(yùn)行管理，具有比較廣泛的應(yīng)用前景。

本文編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“基于架空線與海纜供電的海島電網(wǎng)變電站備自投實(shí)現(xiàn)方式”，作者為劉會(huì)勇。