摘 要：针对110kV电网联络线上一端停电时，原有变电站备自投装置无法实现远方自投功能，导致部分110kV变电站和一端的220kV变电站全站停电。研究了一种利用已有光纤通信通道传递运行状态信息、故障信息和跳合闸命令方式的备用电源自投方案。通过改造原有备自投装置，增加自投逻辑程序，加装光纤通讯模块，实现与光纤网的接口。经在河北邯郸市110kV电网中的应用与实施，很好地实现了串联电网远方备用电源自投。
关键词：110kV电网 远方自投 光纤 远方备自投
0、引言
目前，国内电网部分110kV变电站没有实现双电源供电。即不是直接从220kV变电站引来，而是多座变电站串接在两座220kV变电站中间，简称为“手拉手”式闭环连线开环运行结构。正常时，两端电源供电，中间的两座变电站间联络断路器断开。如下图1结构。K1~K4，K6~K10闭合，K5断开，假设左侧220kV变电站停电，变电站1内的备自投无法控制K5，导致变电站1，左侧220kV变电站全站停电。如何解决这一问题，即检测、判断故障，通过何种方式传递、变换站间信息，以便隔离故障，提高供电可靠性，一直是一个难题。笔者针对这个问题，联合邯郸市德普电力自动化设备有限公司，上海安科瑞电气有限公司研制了“基于光纤通信交互式远方自投装置”，很好的解决了这一问题。
图1、“手拉手”式电网结构
Fig 1.Hand in Hand Power Network Structure
1、高压电网装设该装置的背景和意义
近阶段，河北电网部分变电站采用“手拉手”式结构，不能完全实现意义的双电源供电，当系统发生故障时，经常造成220kV，110kV变电站全站失压，造成负荷损失，极大地影响了我省部分地区的供电可靠性，但由于电网发展资金的限制，不可能在短时间内通过改善电网结构从根本上解决该问题，这种情况下，需要解决该问题，只能靠安装安全自动装置来补救，即基于光纤通信交互式远方自投装置。
2、几种通信方式的比较
2.1、TCP/IP以太网
以太网通信的远方备自投方案，是应用了计算机网络通信技术，通过建立以太网内的TCP/IP协议完成装置间的数据通信，从而实现在局域网内备自投之间的相互通信。每个站的备自投装置都需安装发送和接收终端，各有自己的IP地址。这种方式的特点是：必须建立变电站之间的局域网，还需设计开发专用的备自投发送及接收终端，以太网服务器;通信易受干扰，通信交换信息时间过长，安全性能差，维护难度较大。
2.2、GPRS技术
GPRS技术的特点是通过点对点或者中心对多点以及多点之间的无线IP连接，数据以“编码”的形式通过GPRS信道进行通信，利用其传输运行状态信息、故障信息和跳合闸命令信息。这种方式的特点是覆盖广，传输速度快，可长期在线运行。不足的是：安全性能差，信息交换实时性无法控制，安全性能差，整套设备投资较大。
2.3、光纤通信
目前，各个110kV变电站之间基本都实现了光纤通信，其光纤通信传输运行状态信息、故障信息和跳合闸命令信息，具有无误差，传输速度快，传输容量大，接口简便灵活，转换方便，基本不受外界电磁干扰等优势，是可靠的通信通信方式。在此基础上可实现远方备自投装置的任何通信需求。
这种方案投资小，基本无干扰，所以是目前实现远方备自投的通信方案。
3、备自投的软件功能设计
3.1、运行方式分析
针对图1中的问题，装设的该装置控制的相邻两个变电站四个开关的位置，图2为装置装设图。
图2、装置装设图
Fig 2.Device installation Diagram
见图2，根据电力系统运行规则，四个断路器至少有一个断路器处于分闸状态，分析出有运行价值的运行方式，如下所列：
方式一：1DL、3DL、4DL闭合，2DL断开。
方式二：1DL、2DL、4DL闭合，3DL断开。
方式三：2DL、3DL、4DL闭合，1DL断开。
方式四：1DL、2DL、3DL闭合，4DL断开。
方式五：1DL、4DL闭合，2DL、3DL断开。
根据功耗的要求，运行方式为方式五，联络线不存在损耗，但是系统以方式五运行时，线路3不带电，线路3的设备包括电缆、线杆易被盗，长时间不带电设备会老化;另外如果备自投动作，线路充电时间也很长，电源切换的时间也加长，因此一般不考虑。正常运行时选择方式一、方式二，电源1给A站供电，电源2给B站供电。如果电源1或者电源2故障停电，自动转向方式三或方式四。
方式三或方式四时，供电都被电源一或电源二承担，这点也不符合电力系统要求，只能作为临时供电模式。
2.3、系统正常运行方式下的特点
系统在正常运行方式下的特点是：三条线路均带电;有且仅有1个开关断开，处在断开状态的开关两侧均带电;4段母线均带电;当某有一线路发生故障或失电时，需将4段母线恢复带电状态;当母线或开关发生故障时，由相关保护装置切除故障设备。
2.4、变电站间远方备自投的要求
系统在方式一(方式二)运行时，假设电源2(电源1)突然停电，备自投装置需要断开4DL(1DL)，合上2DL(3DL);假设电源1(电源2)突然停电，备自投装置需要断开1DL(4DL)，合上2DL(3DL)，保证两个变电站的四段母线带电。两站之间的信息交换可以通过架设的光纤通道完成。
2.5、备自投的功能
备自投具有远方自投和就地自投功能，远方备自投就地功能在备自投主机/从机通信异常后，投入了“就地备自投功能”才会起作用。
在如图2所示的接线方式，只有在线路1、2、3均带电的情况下，该装置(包括远方功能及就地功能)才具有运行的价值。母线或开关发生故障时可以使用母差等保护装置动作来闭锁备自投，在设计该装置动作逻辑时，仅考虑线路失电(线路故障或电源失电)的情况。根据运行状态分析和可能发生的失电情况，可以构造出备自投动作及运行方式转换表。
表1、远方备自投远方功能动作及运行方式转换表
Table 1.Conversion table of remote function and working pattern of remote reserve power supply auto-switching device
Table 2.Conversion table of in-place function and working pattern of remote reserve power supply auto-switching device
4、备自投的硬件功能设计
该装置应包含有就地备自投功能，可以在常规线路备自投装置上进行改造。常规的备自投装置可以采集进线开关位置，两条进线的线路电压、进线电流及母线电压。通过在常规线路备自投装置上增加光纤通信模块、扩展备自投部分的逻辑功能来满足该装置的需要。
5、现场应用
利用这一方案设计的该装置在河北省邯郸市的两座变电站装设。两变电站直线距离15km，铺设有单模光纤通道，该装置使用这一通道完成数据交换，串接在河北电网的两座220kV变电站间，其中串接的还有4座110kV变电站，6座变电站主要供给多个县市的工业、农业用户，居民用户，停电时间过长会造成工业废品增加，影响农业生产，人民的生活。该装置投运后，运行正常。在一次电网倒闸操作中，该装置实现方式一向方式三的自动切换，操作在500mS内完成，达到了预期的效果。
6、结语
该装置很好的解决了“手拉手”式电网结构开环运行不能保证连续供电的问题，有一定的推广价值。
验收委员会认为“110kV系统远方备自投技术研究”项目研究方法合理，试验数据真实可信，装置的使用能提高串联互供接线方式下两个变电站供电的可靠性。
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