论文部分内容阅读
【摘要】目前国内的备用电源投入装置主要针对于110kV及以下变电站的进线、母线、变压器等设备。而随着用户对用电质量要求越来越高，面向用户的10kV联络线也产生装设备自投装置的需求。本文针对该类问题，与河南许继智能控制技术有限公司合作研发了基于光纤通信的联络线备自投装置，并在继电保护实验室中搭建了联络线备自投屏，验证了该装置能够实现两条10kV联络线的相互备用，快速投切功能。该装置的投入使用，能够为供电公司提高供电可靠性，同时节约大量的社会成本及运营成本。
【关键词】备自投装置;联络线;光纤通信
ABSTRACT：The technologies of automatic throw-in instrument are mainly in connection with the lines，bus and transformers in substations with 110kV voltage level and below.As the power quality requirements of the users becoming higher and higher，the 10kV tie line，which faces the final users，generates demand of configuring automatic throw-in instruments.In order to settle this problem，Taizhou Electric Power Company corporates with Xuji Electric Company to developed 10kV tie line automatic throw-in instrument，and set up an automatic throw-in instrument cubicle in the relay laboratory.Experiments show that the automatic throw-in instrument achieved the alteration with each other and fast switching of two 10kV tie lines.In use of the instrument，it can improve the reliability，and save a lot of social costs and operating costs for the electric power company.
KEY WORDS：Automatic Throw-in;Tie Line;Fiber Communication Technologies
1.引言
随着社会经济的飞速发展，工厂生产，人民生活对电能的需求量也飞速的增加。不仅如此，一些重要用户，如政府、医院、学校、高科技企业等，也对供电的质量、连续性、可靠性提出了极高的要求。
台州供电公司现有的110kV变电站以无人值守站为主，其操作一般采取监控中心远方操作。一旦发生通讯中断，远动装置或备用线路的保护测控装置故障，无法实施遥控合闸，则需要值班员前往该变电站进行就地操作。若采用环网柜的10kV联络线“手拉手”方式，则还需增加环网柜开关的操作时间。这样势必延误更多的时间，造成用户更大的损失。
备用电源自动投入装置（以下简称备自投装置）是电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将備用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置[1，2]。该装置能够快速、可靠地投入备用电源，缩短停电时间。
现有的备自投针对范围较为狭窄，较少涉及220kV及以上的高压电网以及面向用户的终端10kV出线或用户设备。文献[3]阐述了对于220kV及以上的高压电网的备自投应用。而与可靠性指标以及用户满意度息息相关的10kV终端出线备自投装置的研究，却尚未深入。本文针对现有的双回联络线投切方式的缺点，引入了备自投概念对双回配电线路的备投进行控制。并在二次实验室搭建联络线备自投屏，进行功能测试，论证联络线备自投的可行性。
2.传统备自投原理
现有典型的传统备自投主要应用于110kV及以下变电站中，按功能分类有以下几种方式：
（1）桥断路器或母联备自投;
（2）进线备自投;
（3）变压器备自投;
（4）桥接线变压器备自投;
（5）均衡负荷备自投等。
上述几类备自投，动作原理简单，装置较为成熟，一般采用独立的微机装置或组合在变电站综合自动化系统中。
3.联络线备自投的功能设置
3.1 联络线备自投的适用范围
对于一个重要的负荷来说，也需要引入备自投来保证其供电可靠性。为一个负荷供电的两条线路，可引自同一变电站，如图1所示，也可引自不同变电站，如图2所示。对于两种接线方式，备自投装置的功能设置与动作逻辑并无不同。但是对于同一变电站出线的装置，由于两条出线处于同一站内，所以数据的采集和信号的传送可采用传统的电缆的方式;然后当两条线路引自不同的变电站时，电缆的方式显然不适合，这时候就需要选定一种合理的通信方式来实现数据的采集和信号的传送。
图1 联络线备自投接线方式一
图2 联络线备自投接线方式二
3.2 联络线备自投的动作逻辑
如图2所示进线方式为例，为某重要负荷供电的两条出线，挂在变电站一的10kV II母上的出线一为负荷进行正常供电，另一条挂在变电站二的10kV I母上的出线II作为备用。当线路一发生故障跳开时，备自投需要将出线二自动投上。其动作的逻辑框图如图3所示。 比较传统的进线备自投与联络线备自投的逻辑框图，如图2、图3所示，显然联络线备自投的功能与线路备自投比较接近，其差别仅为，联络线备自投充电条件无需判定10kV母联开关3DL，4DL的位置，普通的备自投装置的硬件完全符合联络线备自投的要求，只需通过升级软件的方式实现。
图3 联络线备自投动作逻辑框图
联络线备自投的两种方式如下：
方式一：出线一运行，进线二备用：即1DL在合位，2DL在分位;当出线一电源因故障或其它原因被断开;备自投装置出口跳1DL，进线二备用电源自动投入，且只允许动作一次。
方式二：出线二运行，进线一备用：即2DL在合位，1DL在分位;当出线二电源因故障或其它原因被断开;备自投装置出口跳2DL，进线一备用电源自动投入，且只允许动作一次。
3.3 联络线备自投通信方式比较与选用
区别与传统的备自投装置，联络线备自投的两条出线可能位于不同的两个变电站，需要将两条出线及相应母线的数据送至一处，并将跳合闸命令发送到不同变电站。所以联络线备自投装置的开发需要考虑备自投通信方式的选择。
文献[5～7]阐述了采用公用网络（电力数据网）的备自投方案、采用GPRS技术的备自投方案以及采用光纤通信的备自投方案。如表1所示，基于几种通信方式的可行性，安全性，经济性比较，以及对台州地区现有的110kV站的站间通信方式的统计分析，决定选用光纤通信方式作为联络线备自投装置的站间通信方式。
表1 通信技术对照表
4.联络线备自投装置硬件及组屏介绍
根据本项目实际情况，采购方式拟申请单一来源采购，合作厂家为“河南许继智能控制技术有限公司”。该公司产品在电网中广泛应用。本项目所需的设备材料、安装、调试均由该单位负责。
联络线备自投的组屏图，遵循国家电网公司《电网安全稳定自动装置技术规范化Q/GDW 421-2010》[8]的规定，根据需配置联络线备自投的间隔的多少，可与110kV进线与10kV母线备自投同屏，或单独组屏。在继保实验室中搭建的联络线备自投屏采用单独组屏的方式。
图4 PMF700系列备自投装置背板图
5.实验结果与经济效益分析
5.1 实验结果分析
联络线备用电源投入装置投入运行后，相比原有的手动投入操作方式，其操作时间有了质的缩短，如表2所示。联络线备自投动作整定时间为7.0秒;而手动操作在不考虑通信中断的最优情况下，其平均操作时间也需要121.4s。每次操作所能节省的时间Ts=114.4s。
表2 操作时间对比表
5.2 效益分析
对于供电公司来说，一条线路的停电带来的损失，不仅仅是电量销售的减少，还会因为社会生产地停滞而产生巨大的GDP损失。而后者不论从经济上还是社会效益上都将对供电公司的社会形象造成重大损害。
5.3 综合分析
综合以上计算分析，联络线备自投装置的投入，可以缩短用户停电的时间，不仅减少了公司自身的运营损失，还显著减少了社会停电损失。能够为供电公司带来极高的社会效益和经济效益。
6.结语
开展对10kV联络线备自投装置的研究对提高供电可靠性有着十分重要的意义。10kV联络线备自投装置的研制成功，进一步完善了我国备用电源自动投入装置的系列产品。该产品直接面向10kV终端的重要用户对电能质量与供电可靠性的需求，其投入使用能够显著缩短操作时间，即用户的停电时间，挽回了社会经济损失;对供电公司有着十分显著的社会与经济效益。為解决电网薄弱，供电可靠性低的问题，提供了一种快速有效，安全可靠的解决方案。
参考文献
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994，DL/T 584-95.
[2]3～100kV电网继电保护装置运行整定规程[S]
[3]王悦，等.高压电网自适应式站间实时自控备自投装置的研制[J].继电器，2007，35（9）：45-49.
[4]李曼岭，黄芳.备用电源自动投入装置在电网中的多元化应用[J].电力系统保护与控制，2009，37（18）：147-150.
[5]程亮，等.基于TCP/IP以太网络技术的数字式变电站备用电源自投装置的研制[J]，电网技术，2004，22（11）：81-83.
[6]崔秀玉，等.GPRS技术在电力系统通信中的应用[ J].电力系统通信，2004，25（8）：3-4
[7]谷昕.利用光纤通信网络传送继电保护信号[J].电力系统通信，2004，25（7）：34-37.
[8]电网安全稳定自动装置技术规范Q/GDW 421-2010[S].
作者简介：
吴坚，男，高级技师，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
江宇明，男，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
黄镇，男，硕士研究生，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
方磊，男，硕士研究生，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
【关键词】备自投装置;联络线;光纤通信
ABSTRACT：The technologies of automatic throw-in instrument are mainly in connection with the lines，bus and transformers in substations with 110kV voltage level and below.As the power quality requirements of the users becoming higher and higher，the 10kV tie line，which faces the final users，generates demand of configuring automatic throw-in instruments.In order to settle this problem，Taizhou Electric Power Company corporates with Xuji Electric Company to developed 10kV tie line automatic throw-in instrument，and set up an automatic throw-in instrument cubicle in the relay laboratory.Experiments show that the automatic throw-in instrument achieved the alteration with each other and fast switching of two 10kV tie lines.In use of the instrument，it can improve the reliability，and save a lot of social costs and operating costs for the electric power company.
KEY WORDS：Automatic Throw-in;Tie Line;Fiber Communication Technologies
1.引言
随着社会经济的飞速发展，工厂生产，人民生活对电能的需求量也飞速的增加。不仅如此，一些重要用户，如政府、医院、学校、高科技企业等，也对供电的质量、连续性、可靠性提出了极高的要求。
台州供电公司现有的110kV变电站以无人值守站为主，其操作一般采取监控中心远方操作。一旦发生通讯中断，远动装置或备用线路的保护测控装置故障，无法实施遥控合闸，则需要值班员前往该变电站进行就地操作。若采用环网柜的10kV联络线“手拉手”方式，则还需增加环网柜开关的操作时间。这样势必延误更多的时间，造成用户更大的损失。
备用电源自动投入装置（以下简称备自投装置）是电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，能迅速将備用电源或备用设备或其他正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置[1，2]。该装置能够快速、可靠地投入备用电源，缩短停电时间。
现有的备自投针对范围较为狭窄，较少涉及220kV及以上的高压电网以及面向用户的终端10kV出线或用户设备。文献[3]阐述了对于220kV及以上的高压电网的备自投应用。而与可靠性指标以及用户满意度息息相关的10kV终端出线备自投装置的研究，却尚未深入。本文针对现有的双回联络线投切方式的缺点，引入了备自投概念对双回配电线路的备投进行控制。并在二次实验室搭建联络线备自投屏，进行功能测试，论证联络线备自投的可行性。
2.传统备自投原理
现有典型的传统备自投主要应用于110kV及以下变电站中，按功能分类有以下几种方式：
（1）桥断路器或母联备自投;
（2）进线备自投;
（3）变压器备自投;
（4）桥接线变压器备自投;
（5）均衡负荷备自投等。
上述几类备自投，动作原理简单，装置较为成熟，一般采用独立的微机装置或组合在变电站综合自动化系统中。
3.联络线备自投的功能设置
3.1 联络线备自投的适用范围
对于一个重要的负荷来说，也需要引入备自投来保证其供电可靠性。为一个负荷供电的两条线路，可引自同一变电站，如图1所示，也可引自不同变电站，如图2所示。对于两种接线方式，备自投装置的功能设置与动作逻辑并无不同。但是对于同一变电站出线的装置，由于两条出线处于同一站内，所以数据的采集和信号的传送可采用传统的电缆的方式;然后当两条线路引自不同的变电站时，电缆的方式显然不适合，这时候就需要选定一种合理的通信方式来实现数据的采集和信号的传送。
图1 联络线备自投接线方式一
图2 联络线备自投接线方式二
3.2 联络线备自投的动作逻辑
如图2所示进线方式为例，为某重要负荷供电的两条出线，挂在变电站一的10kV II母上的出线一为负荷进行正常供电，另一条挂在变电站二的10kV I母上的出线II作为备用。当线路一发生故障跳开时，备自投需要将出线二自动投上。其动作的逻辑框图如图3所示。 比较传统的进线备自投与联络线备自投的逻辑框图，如图2、图3所示，显然联络线备自投的功能与线路备自投比较接近，其差别仅为，联络线备自投充电条件无需判定10kV母联开关3DL，4DL的位置，普通的备自投装置的硬件完全符合联络线备自投的要求，只需通过升级软件的方式实现。
图3 联络线备自投动作逻辑框图
联络线备自投的两种方式如下：
方式一：出线一运行，进线二备用：即1DL在合位，2DL在分位;当出线一电源因故障或其它原因被断开;备自投装置出口跳1DL，进线二备用电源自动投入，且只允许动作一次。
方式二：出线二运行，进线一备用：即2DL在合位，1DL在分位;当出线二电源因故障或其它原因被断开;备自投装置出口跳2DL，进线一备用电源自动投入，且只允许动作一次。
3.3 联络线备自投通信方式比较与选用
区别与传统的备自投装置，联络线备自投的两条出线可能位于不同的两个变电站，需要将两条出线及相应母线的数据送至一处，并将跳合闸命令发送到不同变电站。所以联络线备自投装置的开发需要考虑备自投通信方式的选择。
文献[5～7]阐述了采用公用网络（电力数据网）的备自投方案、采用GPRS技术的备自投方案以及采用光纤通信的备自投方案。如表1所示，基于几种通信方式的可行性，安全性，经济性比较，以及对台州地区现有的110kV站的站间通信方式的统计分析，决定选用光纤通信方式作为联络线备自投装置的站间通信方式。
表1 通信技术对照表
4.联络线备自投装置硬件及组屏介绍
根据本项目实际情况，采购方式拟申请单一来源采购，合作厂家为“河南许继智能控制技术有限公司”。该公司产品在电网中广泛应用。本项目所需的设备材料、安装、调试均由该单位负责。
联络线备自投的组屏图，遵循国家电网公司《电网安全稳定自动装置技术规范化Q/GDW 421-2010》[8]的规定，根据需配置联络线备自投的间隔的多少，可与110kV进线与10kV母线备自投同屏，或单独组屏。在继保实验室中搭建的联络线备自投屏采用单独组屏的方式。
图4 PMF700系列备自投装置背板图
5.实验结果与经济效益分析
5.1 实验结果分析
联络线备用电源投入装置投入运行后，相比原有的手动投入操作方式，其操作时间有了质的缩短，如表2所示。联络线备自投动作整定时间为7.0秒;而手动操作在不考虑通信中断的最优情况下，其平均操作时间也需要121.4s。每次操作所能节省的时间Ts=114.4s。
表2 操作时间对比表
5.2 效益分析
对于供电公司来说，一条线路的停电带来的损失，不仅仅是电量销售的减少，还会因为社会生产地停滞而产生巨大的GDP损失。而后者不论从经济上还是社会效益上都将对供电公司的社会形象造成重大损害。
5.3 综合分析
综合以上计算分析，联络线备自投装置的投入，可以缩短用户停电的时间，不仅减少了公司自身的运营损失，还显著减少了社会停电损失。能够为供电公司带来极高的社会效益和经济效益。
6.结语
开展对10kV联络线备自投装置的研究对提高供电可靠性有着十分重要的意义。10kV联络线备自投装置的研制成功，进一步完善了我国备用电源自动投入装置的系列产品。该产品直接面向10kV终端的重要用户对电能质量与供电可靠性的需求，其投入使用能够显著缩短操作时间，即用户的停电时间，挽回了社会经济损失;对供电公司有着十分显著的社会与经济效益。為解决电网薄弱，供电可靠性低的问题，提供了一种快速有效，安全可靠的解决方案。
参考文献
[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，1994，DL/T 584-95.
[2]3～100kV电网继电保护装置运行整定规程[S]
[3]王悦，等.高压电网自适应式站间实时自控备自投装置的研制[J].继电器，2007，35（9）：45-49.
[4]李曼岭，黄芳.备用电源自动投入装置在电网中的多元化应用[J].电力系统保护与控制，2009，37（18）：147-150.
[5]程亮，等.基于TCP/IP以太网络技术的数字式变电站备用电源自投装置的研制[J]，电网技术，2004，22（11）：81-83.
[6]崔秀玉，等.GPRS技术在电力系统通信中的应用[ J].电力系统通信，2004，25（8）：3-4
[7]谷昕.利用光纤通信网络传送继电保护信号[J].电力系统通信，2004，25（7）：34-37.
[8]电网安全稳定自动装置技术规范Q/GDW 421-2010[S].
作者简介：
吴坚，男，高级技师，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
江宇明，男，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
黄镇，男，硕士研究生，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。
方磊，男，硕士研究生，工程师，研究方向：电力系统保护与控制。