王立晶,倪宏坤,朱占文(.國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司,新疆 烏魯木齊 800;.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司,新疆 烏魯木齊 8006;. 國(guó)網(wǎng)和田供電公司,新疆 和田 848000)
一種智能變電站備自投功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案
王立晶1,倪宏坤2,朱占文3
(1.國(guó)網(wǎng)烏魯木齊供電公司,新疆 烏魯木齊 830011;2.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司,新疆 烏魯木齊 830063;3. 國(guó)網(wǎng)和田供電公司,新疆 和田 848000)
傳統(tǒng)上變電站備自投功能大多采用的獨(dú)立備自投裝置完成,通過(guò)相關(guān)間隔的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)位置、電流、電壓等信息傳給備自投裝置,由備自投裝置完成運(yùn)行方式的識(shí)別和動(dòng)作邏輯判別,最終完成斷路器的分合閘。具體提出智能變電站備自投功能的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案。此方案能夠直接應(yīng)用到以IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)建立起來(lái)的智能化變電站中,可使備自投功能的實(shí)現(xiàn)更加靈活,在工程實(shí)踐中具有較大的實(shí)用價(jià)值。
智能化變電站;IEC 61850;備自投
當(dāng)前在電力系統(tǒng)中,備用電源自動(dòng)投入裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為備自投)作為提高供電可靠性的有效手段得到廣泛的應(yīng)用。在傳統(tǒng)變電站中備自投功能的實(shí)現(xiàn)通常由配置專(zhuān)門(mén)的微機(jī)備自投裝置加以完成。備自投裝置通過(guò)經(jīng)傳統(tǒng)信號(hào)控制電纜傳輸?shù)姆绞?,采集供電電源及備用電源的電流、電壓、斷路器位置、隔離開(kāi)關(guān)位置、合閘后狀態(tài)等交流輸入模擬量和輸入、輸出開(kāi)關(guān)量,再進(jìn)行相應(yīng)的一次系統(tǒng)運(yùn)行方式識(shí)別及備自投動(dòng)作邏輯判別,最后將動(dòng)作邏輯輸出信號(hào)經(jīng)控制電纜傳輸給相應(yīng)間隔的斷路器,完成斷路器的分合閘,達(dá)到維持供電,縮小停電范圍的目的[1]。
下面所論述的方案將基于網(wǎng)絡(luò)的GOOSE傳輸機(jī)制的理念應(yīng)用于智能變電站中的備自投功能的實(shí)現(xiàn)中,通過(guò)數(shù)據(jù)采集數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、獨(dú)立判斷,有效減少了變電站設(shè)備冗余而更加經(jīng)濟(jì),同時(shí)在繼電保護(hù)上又能達(dá)到備用電源自投的目的。
智能化變電站是以IEC 61850為通信標(biāo)準(zhǔn),在信息采集、傳輸、處理、輸出的過(guò)程完全數(shù)字化的變電站[2,3]。GOOSE機(jī)制在符合 IEC 61850的數(shù)字化變電站中具有廣闊的應(yīng)用前景,除了被應(yīng)用于傳送實(shí)時(shí)跳閘信號(hào)、間隔邏輯閉鎖、檢同期等功能外[4],也可以實(shí)現(xiàn)基于GOOSE機(jī)制的分布式母線保護(hù)、分布式備自投、分布式低周減載等功能的繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置。
由于在傳統(tǒng)上,變電站的間隔劃分通常以具有保護(hù)功能的斷路器設(shè)備為依據(jù),這樣備自投功能的所需信息來(lái)自三個(gè)間隔(兩條線路及分段)。通常對(duì)于獨(dú)立配置的微機(jī)備自投裝置,首先經(jīng)電纜傳輸?shù)姆绞酵瓿蓪?duì)Ⅰ、Ⅱ母線電壓、線路Ⅰ、Ⅱ電流、線路Ⅰ、Ⅱ和分段斷路器分、合閘位置及合閘后位置信息的采集;其次在備自投裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)Ⅰ、Ⅱ母線電壓有無(wú)電壓,線路Ⅰ、Ⅱ有無(wú)電流以及線路Ⅰ、Ⅱ和分段斷路器位置的相應(yīng)判別;最后根據(jù)邏輯判斷結(jié)果動(dòng)作后以裝置輸出開(kāi)關(guān)量節(jié)點(diǎn)的方式,通過(guò)信號(hào)控制電纜傳輸給對(duì)應(yīng)的斷路器完成跳、合閘操作[5]。
伴隨變電站的智能化發(fā)展趨勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)化采樣技術(shù)及基于GOOSE機(jī)制的應(yīng)用,傳統(tǒng)的二次信號(hào)控制電纜逐漸為信息網(wǎng)絡(luò)所取代,由此智能化變電站的各過(guò)程層裝置、各間隔層裝置,即可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息共享,傳遞配置和控制命令,而采用此類(lèi)技術(shù)的備自投稱(chēng)為分布式備自投[6]。
GOOSE傳輸機(jī)制是分布式保護(hù)或分布式自動(dòng)化功能賴(lài)以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),不僅可用于間隔層與過(guò)程層設(shè)備之間的縱向聯(lián)系如跳閘信息等,而且還可用于間隔層設(shè)備的橫向聯(lián)系,保護(hù)和測(cè)控等智能IED設(shè)備之間可以互相交換信息,更好地滿足智能化變電站的互操作和功能自由分布的要求[7]。
分布式備自投可具備以下兩種實(shí)現(xiàn)方式[8]。
(1)基于過(guò)程層采樣值(SMV)傳輸?shù)姆植际絺渫?,此種方式要求接收采樣值由各裝置獨(dú)自完成,備自投邏輯功能判別由單一裝置獨(dú)立完成;
(2)基于間隔層GOOSE報(bào)文的分布式備自投,此種方式則將接收采樣值(SMV)和備自投邏輯判斷功能以不同的程度分散到各相關(guān)裝置中加以完成。
基于間隔層GOOSE報(bào)文的分布式備自投功能是由不同間隔設(shè)備的間隔層裝置共同完成,由各進(jìn)線保護(hù)測(cè)控裝置完成進(jìn)線有無(wú)電壓和有無(wú)電流判別,以及母線有無(wú)電壓判別;由分段智能接口單元完成分段斷路器分、合位置及合閘后位置采集;由線路智能接口單元完成線路斷路器分、合閘位置及合閘后位置采集;將獲得的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給主模塊,完成運(yùn)行方式識(shí)別和動(dòng)作邏輯判斷。
此方式開(kāi)入開(kāi)出信息采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)GOOSE報(bào)文,通過(guò)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸給主模塊,邏輯輸出結(jié)果也以GOOSE報(bào)文傳輸給分散執(zhí)行單元,完成斷路器的跳合。這樣使備自投功能的實(shí)現(xiàn)更加靈活,備自投可以存在于任意間隔的保護(hù)測(cè)控裝置中[9]。
如上所述,將智能變電站備自投功能改進(jìn)設(shè)計(jì)方案做出了具體配置設(shè)計(jì),如圖1所示。
圖1 基于GOOSE傳輸機(jī)制的分布式備自投的配置方案圖
2.1 各間隔保護(hù)測(cè)控裝置配置
各間隔保護(hù)測(cè)控裝置配置的備自投邏輯模塊可基本分為以下兩大類(lèi)。
(1)備自投功能主模塊
需配置此模塊的間隔:分段保護(hù)測(cè)控裝置。
分段間隔主模塊功能:識(shí)別分段斷路器的分合閘位置及合閘后狀態(tài),接收各從模塊發(fā)送至本模塊的有無(wú)電流、有無(wú)電壓、斷路器分合閘位置及合閘后狀態(tài)等相關(guān)信息,結(jié)合實(shí)時(shí)一次系統(tǒng)運(yùn)行方式及所采用的相應(yīng)備自投方案邏輯加以判別,最終將跳合閘出口邏輯以GOOSE報(bào)文形式發(fā)送至各從模塊執(zhí)行。
若現(xiàn)場(chǎng)需將主模塊獨(dú)立配置或集成于其他保護(hù)測(cè)控裝置內(nèi)部時(shí),僅需將上述分段斷路器的分合閘位置信息及合閘后狀態(tài),按照線路間隔從模塊傳輸方式上送主模塊即可。
(2)備自投功能從模塊
需配置此模塊的間隔:線路Ⅰ保護(hù)測(cè)控裝置、線路Ⅱ保護(hù)測(cè)控裝置、TV1測(cè)控裝置、TV2測(cè)控裝置。
線路間隔從模塊功能:根據(jù)繼電保護(hù)定值整定值判別線路所經(jīng)電流的實(shí)際狀態(tài),并轉(zhuǎn)化為“是”或“否”的GOOSE報(bào)文形式傳輸至主模塊;同時(shí)將線路所對(duì)應(yīng)的斷路器的分合閘位置信息及合閘后狀態(tài)轉(zhuǎn)化為“是”或“否”的GOOSE報(bào)文形式傳輸至主模塊。
接收主模塊傳輸?shù)膫渥酝禛OOSE跳、合閘命令,作用于線路所對(duì)應(yīng)的斷路器實(shí)現(xiàn)備自投出口的跳、合閘功能。
TV間隔從模塊功能:根據(jù)繼電保護(hù)定值整定值判別Ⅰ、Ⅱ母線所帶電壓的實(shí)際狀態(tài),并轉(zhuǎn)化為“是”或“否”的GOOSE報(bào)文形式傳輸至主模塊;同時(shí)結(jié)合繼電保護(hù)定值完成Ⅰ、Ⅱ母線TV斷線告警判別,進(jìn)而閉鎖備自投功能以及輸出告警信號(hào)值后臺(tái)監(jiān)控的功能。
2.2 采樣值(SMV)的獲取
Ⅰ、Ⅱ母線的電壓數(shù)字信號(hào)通過(guò)光纖傳輸至電壓合并單元,經(jīng)母線電壓擴(kuò)展裝置單元傳輸至兩條線路各自所對(duì)應(yīng)的合并單元,實(shí)現(xiàn)采樣值的合并處理。線路保護(hù)測(cè)控裝置從線路保護(hù)合并單元獲取本保護(hù)裝置判別采樣所需的實(shí)時(shí)電壓、電流信號(hào)。
2.3 分布式備自投邏輯功能的實(shí)現(xiàn)
如前所述,分布式備自投邏輯功能由分段保護(hù)測(cè)控裝置主模塊和線路保護(hù)測(cè)控裝置從模塊共同完成,而分布式備自投的動(dòng)作邏輯和常規(guī)備自投相同。各從模塊共同承擔(dān)完成備自投功能的分散執(zhí)行(判斷本間隔有無(wú)電流、有無(wú)電壓,再通過(guò)GOOSE報(bào)文將判斷結(jié)果發(fā)送至主模塊),同時(shí)主模塊結(jié)合由智能IED通過(guò)GOOSE報(bào)文傳輸?shù)臄嗦菲鞣?、合閘位置及合閘后狀態(tài),完成備自投功能的集中處理[7,10]。
備自投功能的動(dòng)作執(zhí)行由主模塊通過(guò)GOOSE報(bào)文實(shí)時(shí)傳輸至線路或分段斷路器的智能IED完成。
此外備自投功能還需引入一個(gè)閉鎖備自投信號(hào),此信號(hào)通過(guò)GOOSE報(bào)文得到。若現(xiàn)場(chǎng)需實(shí)現(xiàn)過(guò)負(fù)荷減載功能,則聯(lián)跳開(kāi)出信號(hào)也可通過(guò)GOOSE報(bào)文至相應(yīng)間隔智能接口單元IED設(shè)備予以實(shí)現(xiàn)。
3.1 采用GOOSE傳輸機(jī)制的分段備自投方式
采用GOOSE傳輸機(jī)制的分段備自投方式的邏輯框圖如圖2所示。
(1)分段備自投方式投入工作,即主單元相應(yīng)投退把手至“投入”位置且投退型定值為“投入”;
(2)工作電源和備用電源均正常,即符合有壓條件,TV間隔從模塊負(fù)責(zé)有無(wú)電壓邏輯判別,并將判別結(jié)果以GOOSE報(bào)文形式傳輸至分段間隔主模塊;
(3)工作和備用斷路器位置正常,即工作斷路器合位且處于合閘后狀態(tài),備用斷路器跳位。線路間隔從模塊檢測(cè)斷路器分合閘位置及合閘后狀態(tài),并將判別結(jié)果以GOOSE報(bào)文形式傳輸至分段間隔主模塊;
圖2 采用GOOSE傳輸機(jī)制的分段備自投方式邏輯框圖
(4)無(wú)閉鎖條件、放電條件。分段間隔主模塊接收母線有無(wú)電壓、線路間隔斷路器分合閘位置及合閘后狀態(tài)等GOOSE報(bào)文,結(jié)合自身斷路器分合閘位置信息及合閘后狀態(tài),判斷備自投功能是否處于正常工作狀態(tài);
(5)所有充電條件均滿足經(jīng)10 s,備自投充電正常,完成備自投動(dòng)作準(zhǔn)備。
當(dāng)備自投完成充電過(guò)程后,若發(fā)生線路Ⅰ失壓并無(wú)法對(duì)Ⅰ母線供電情況:
(1)TV1間隔從模塊判別Ⅰ母無(wú)電壓,發(fā)Ⅰ母母線無(wú)電壓GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊,TV2間隔從模塊判別Ⅱ母有電壓,發(fā)Ⅱ母母線有電壓GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊;
(2)線路Ⅰ間隔從模塊判別線路Ⅰ無(wú)流,發(fā)線路Ⅰ進(jìn)線無(wú)電流GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊;
(3)經(jīng)Tt跳閘延時(shí)(若有加速開(kāi)入,則不經(jīng)延時(shí))后,分段間隔主模塊發(fā)跳線路Ⅰ斷路器GOOSE報(bào)文至線路Ⅰ間隔從模塊,令就地智能IED完成斷路器跳閘,同時(shí)就地智能IED發(fā)線路Ⅰ斷路器跳位GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊,判斷其是否跳開(kāi)。
若跳閘命令發(fā)出5 s后,線路Ⅰ斷路器未跳開(kāi),分段間隔主模塊即收回跳閘GOOSE報(bào)文,并終止備自投過(guò)程;
(4)分段間隔主模塊收到線路Ⅰ跳位GOOSE報(bào)文并經(jīng)Th合閘延時(shí)后,發(fā)合分段斷路器GOOSE報(bào)文至就地智能IED執(zhí)行合閘,備自投動(dòng)作成功,失壓母線恢復(fù)送電,整個(gè)備自投功能全部完成。
3.2 采用GOOSE傳輸機(jī)制的進(jìn)線備自投方式
采用GOOSE傳輸機(jī)制的進(jìn)線備自投方式的邏輯框圖如圖3所示。
(1)進(jìn)線備自投方式投入工作,即主單元相應(yīng)投退把手至“投入”位置且投退型定值為“投入”;
(2)工作電源和備用電源均正常,即符合有壓條件,TV間隔從模塊負(fù)責(zé)有無(wú)電壓邏輯判別,并將判別結(jié)果以GOOSE報(bào)文形式傳輸至分段間隔主模塊;
(3)工作和備用斷路器位置正常,即工作斷路器合位且處于合閘后狀態(tài),備用斷路器跳位。線路間隔從模塊檢測(cè)斷路器分合閘位置及合閘后狀態(tài),并將判別結(jié)果以GOOSE報(bào)文形式傳輸至分段間隔主模塊;
(4)無(wú)閉鎖條件、放電條件。分段間隔主模塊接收母線有無(wú)電壓、線路間隔斷路器分合閘位置及合閘后狀態(tài)等GOOSE報(bào)文,結(jié)合自身斷路器分合閘位置信息及合閘后狀態(tài),判斷備自投功能是否處于正常工作狀態(tài);
(5)所有充電條件均滿足經(jīng)10 s,備自投充電正常,完成備自投動(dòng)作準(zhǔn)備。
圖3 采用GOOSE傳輸機(jī)制的進(jìn)線備自投方式邏輯框圖
當(dāng)備自投完成充電過(guò)程后,若發(fā)生線路Ⅰ失壓并無(wú)法對(duì)Ⅰ、Ⅱ母線供電情況:
(1)TV1間隔從模塊判別Ⅰ母無(wú)電壓,發(fā)Ⅰ母母線無(wú)電壓GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊,TV2間隔從模塊判別Ⅱ母有電壓,發(fā)Ⅱ母母線有電壓GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊;
(2)線路Ⅰ間隔從模塊判別線路Ⅰ無(wú)流,發(fā)線路Ⅰ進(jìn)線無(wú)電流GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊;
(3)經(jīng)Tt跳閘延時(shí)(若有加速開(kāi)入,則不經(jīng)延時(shí))后,分段間隔主模塊發(fā)跳線路Ⅰ斷路器GOOSE報(bào)文至線路Ⅰ間隔從模塊,令就地智能IED完成斷路器跳閘,同時(shí)就地智能IED發(fā)線路Ⅰ斷路器跳位GOOSE報(bào)文至分段間隔主模塊,判斷其是否跳開(kāi)。
若跳閘命令發(fā)出5 s后,線路Ⅰ斷路器未跳開(kāi),分段間隔主模塊即收回跳閘GOOSE報(bào)文,并終止備自投過(guò)程;
(4)分段間隔主模塊收到線路Ⅰ跳位GOOSE報(bào)文并經(jīng)Th合閘延時(shí)后,發(fā)合線路Ⅱ斷路器GOOSE報(bào)文至就地智能IED執(zhí)行合閘,備自投動(dòng)作成功,失壓母線恢復(fù)送電,整個(gè)備自投功能全部完成。
(1)各相關(guān)間隔保護(hù)測(cè)控裝置所配置的從單元內(nèi)完成電壓、電流、斷路器位置及合閘后位置等信息的判別,并以GOOSE傳輸機(jī)制方式傳輸至主單元,邏輯處理結(jié)果再以GOOSE報(bào)文傳輸機(jī)制發(fā)送至各個(gè)間隔就地智能IED,故從變電站硬件配置方面簡(jiǎn)化了專(zhuān)門(mén)的備自投裝置。
(2)當(dāng)運(yùn)行變電站需要擴(kuò)建線路間隔時(shí),僅需將新增間隔設(shè)備相關(guān)信息接入備自投網(wǎng)絡(luò),再對(duì)原有備自投軟件做相應(yīng)修改調(diào)整即可,故無(wú)需改造或更換原有設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)減少建設(shè)投資、縮短調(diào)試周期及現(xiàn)場(chǎng)施工風(fēng)險(xiǎn)的目的。
(3)新增線路間隔或更換保護(hù)測(cè)控裝置時(shí),可利用智能化變電站已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),任何支持IEC 61850通信協(xié)議的設(shè)備均可接入備自投網(wǎng)絡(luò)[11],無(wú)需配置專(zhuān)用規(guī)約轉(zhuǎn)換軟硬件進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。
前面設(shè)計(jì)提出一種基于GOOSE傳輸機(jī)制的分布式備自投在智能化變電站的應(yīng)用方案。
本方案是由各相關(guān)間隔的保護(hù)測(cè)控裝置所配置的從模塊負(fù)責(zé)有無(wú)電壓、有無(wú)電流、斷路器位置及合閘后位置等采樣和邏輯判別,判別結(jié)果以GOOSE報(bào)文經(jīng)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至主模塊,輸出結(jié)果也以GOOSE報(bào)文形式通過(guò)數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)傳給相應(yīng)的保護(hù)測(cè)控裝置令智能IED完成整個(gè)邏輯功能。電壓電流模擬量采樣值采用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)SMV服務(wù)報(bào)文傳輸至保護(hù)測(cè)控裝置,斷路器位置、合閘后位置以及判別邏輯輸出的傳輸采用GOOSE通道。
該方案從設(shè)計(jì)理論方面對(duì)分布式備自投的深層次應(yīng)用做了全新的探索,具有很好的現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)用價(jià)值。
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An independent automatic throw-in equipment of emergency power supply is generally adopted to realize automatic throw-in function by the traditional substation. By means of sampling the information of the breaker, the disconnected switch, AC current and voltage and so on, the automatic throw-in equipment achieves the recognition of operating mode and the discrimination of action logic, and drives the breakers tripping. An improved design scheme of automatic throw-in function for smart substation is put forward. The proposed scheme can be directly applied to the smart substation established on the basis of IEC 61850, which can make the automatic throw-in function more flexible. And this scheme has the practical value for engineering application.
smart substation; IEC 61850; automatic throw-in equipment of emergency power supply
TM763
B
1003-6954(2015)02-0085-04
2014-12-16)
王立晶(1982),碩士研究生,工程師,從事電力系統(tǒng)方式及穩(wěn)定分析工作;
倪宏坤(1980),碩士研究生,工程師,從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運(yùn)行及管理工作;
朱占文(1987),大學(xué)本科,助理工程師,從事繼電保護(hù)定值整定計(jì)算工作。