Researching, developing and application of the interactive remote reserve power supply auto-switching device based on the optical-fiber communication
Bu mingxin1,Wu jinwen2,Wu kongsong3 (1 Hebei Handan Power Supply Company, Hebei Handan 056002,2, Handan City Depu Electric Power Automation Equipment Co., Ltd. Hebei Handan 056002,3 Shanghai acrel Electric Co., Ltd,shanghai jiading 201801)
Abstract: 110kV power grid for the online contact one end of the blackout, the original substation devices prepared from the vote since the vote can not achieve the distance function, leading to some of 110kV substation and one end of the 220kV substation site-wide blackout. Study on a use of existing fiber-optic communication channel information transmission operation, fault information and jump Reclosing command standby power mode of the program since the vote. Prepared through the transformation of the original cast from the device, increasing the number of voting logic program, the installation of fiber optic communications modules, implementation of the interface with the fiber-optic network. Handan City in Hebei Province by the 110kV grid in the application and implementation, good implementation of the tandem distance standby power grid since the vote.
Key words: 110kV power grid The distance from the vote Fiber Since the distance preparing to vote
0、引言
目前，國內(nèi)電網(wǎng)部分110kV變電站沒有真正實現(xiàn)雙電源供電。即不是直接從220kV變電站引來，而是多座變電站串接在兩座220kV變電站中間，簡稱為“手拉手”式閉環(huán)連線開環(huán)運行結(jié)構(gòu)。正常時，兩端電源供電，中間的兩座變電站間聯(lián)絡(luò)斷路器斷開。如下圖1結(jié)構(gòu)。K1~K4，K6~K10閉合，K5斷開，假設(shè)左側(cè)220kV變電站停電，變電站1內(nèi)的備自投無法控制K5，導(dǎo)致變電站1，左側(cè)220kV變電站全站停電。如何解決這一問題，即檢測、判斷故障，通過何種方式傳遞、變換站間信息，以便隔離故障，提高供電可靠性，一直是一個難題。筆者針對這個問題，聯(lián)合邯鄲市德普電力自動化設(shè)備有限公司，上海安科瑞電氣有限公司研制了“基于光纖通信交互式遠方自投裝置”，很好的解決了這一問題。
圖1、“手拉手”式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
Fig 1.Hand in Hand Power Network Structure
1、高壓電網(wǎng)裝設(shè)該裝置的背景和意義
近階段，河北電網(wǎng)部分變電站采用“手拉手”式結(jié)構(gòu)，不能完全實現(xiàn)真正意義的雙電源供電，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，經(jīng)常造成220kV，110kV變電站全站失壓，造成負荷損失，極大地影響了我省部分地區(qū)的供電可靠性，但由于電網(wǎng)發(fā)展資金的限制，不可能在短時間內(nèi)通過改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)從根本上解決該問題，這種情況下，需要解決該問題，只能靠安裝安全自動裝置來補救，即基于光纖通信交互式遠方自投裝置。
2、幾種通信方式的比較
2.1、TCP/IP以太網(wǎng)
以太網(wǎng)通信的遠方備自投方案，是應(yīng)用了計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，通過建立以太網(wǎng)內(nèi)的TCP/IP協(xié)議完成裝置間的數(shù)據(jù)通信，從而實現(xiàn)在局域網(wǎng)內(nèi)備自投之間的相互通信。每個站的備自投裝置都需安裝發(fā)送和接收終端，各有自己的IP地址。這種方式的特點是：必須建立變電站之間的局域網(wǎng)，還需設(shè)計開發(fā)專用的備自投發(fā)送及接收終端，以太網(wǎng)服務(wù)器；通信易受干擾，通信交換信息時間過長，安全性能差，維護難度較大。
2.2、GPRS技術(shù)
GPRS技術(shù)的特點是通過點對點或者中心對多點以及多點之間的無線IP連接，數(shù)據(jù)以“編碼”的形式通過GPRS信道進行通信，利用其傳輸運行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令信息。這種方式的特點是覆蓋廣，傳輸速度快，可長期在線運行。不足的是：安全性能差，信息交換實時性無法控制，安全性能差，整套設(shè)備投資較大。
2.3、光纖通信
目前，各個110kV變電站之間基本都實現(xiàn)了光纖通信，其光纖通信傳輸運行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令信息，具有無誤差，傳輸速度快，傳輸容量大，接口簡便靈活，轉(zhuǎn)換方便，基本不受外界電磁干擾等優(yōu)勢，是最可靠的通信通信方式。在此基礎(chǔ)上可實現(xiàn)遠方備自投裝置的任何通信需求。
這種方案投資小，見效快，安全準(zhǔn)確，基本無干擾，所以是目前實現(xiàn)遠方備自投的最佳通信方案。
3、備自投的軟件功能設(shè)計
3.1、運行方式分析
針對圖1中的問題，裝設(shè)的該裝置控制的相鄰兩個變電站四個開關(guān)的位置，圖2為裝置裝設(shè)圖。
圖2、裝置裝設(shè)圖
Fig 2.Device installation Diagram
見圖2，根據(jù)電力系統(tǒng)運行規(guī)則，四個斷路器至少有一個斷路器處于分閘狀態(tài)，分析出有運行價值的運行方式，如下所列：
方式一：1DL、3DL、4DL閉合，2DL斷開。
方式二：1DL、2DL、4DL閉合，3DL斷開。
方式三：2DL、3DL、4DL閉合，1DL斷開。
方式四：1DL、2DL、3DL閉合，4DL斷開。
方式五：1DL、4DL閉合，2DL、3DL斷開。
根據(jù)功耗的要求，最理想的運行方式為方式五，聯(lián)絡(luò)線不存在損耗，但是系統(tǒng)以方式五運行時，線路3不帶電，線路3的設(shè)備包括電纜、線桿易被盜，長時間不帶電設(shè)備會老化；另外如果備自投動作，線路充電時間也很長，電源切換的時間也加長，因此一般不考慮。正常運行時選擇方式一、方式二，電源1給A站供電，電源2給B站供電。如果電源1或者電源2故障停電，自動轉(zhuǎn)向方式三或方式四。
方式三或方式四時，供電都被電源一或電源二承擔(dān)，這點也不符合電力系統(tǒng)要求，只能作為臨時供電模式。
2.3、系統(tǒng)正常運行方式下的特點
系統(tǒng)在正常運行方式下的特點是：三條線路均帶電；有且僅有1個開關(guān)斷開，處在斷開狀態(tài)的開關(guān)兩側(cè)均帶電；4段母線均帶電；當(dāng)某有一線路發(fā)生故障或失電時，需將4段母線恢復(fù)帶電狀態(tài)；當(dāng)母線或開關(guān)發(fā)生故障時，由相關(guān)保護裝置切除故障設(shè)備。
2.4、變電站間遠方備自投的要求
系統(tǒng)在方式一（方式二）運行時，假設(shè)電源2（電源1）突然停電，備自投裝置需要斷開4DL（1DL），合上2DL（3DL）；假設(shè)電源1（電源2）突然停電，備自投裝置需要斷開1DL（4DL），合上2DL（3DL），保證兩個變電站的四段母線帶電。兩站之間的信息交換可以通過架設(shè)的光纖通道完成。
2.5、備自投的功能
備自投具有遠方自投和就地自投功能，遠方備自投就地功能在備自投主機/從機通信異常后，投入了“就地備自投功能”才會起作用。
在如圖2所示的接線方式，只有在線路1、2、3均帶電的情況下，該裝置（包括遠方功能及就地功能）才具有運行的價值。母線或開關(guān)發(fā)生故障時可以使用母差等保護裝置動作來閉鎖備自投，在設(shè)計該裝置動作邏輯時，僅考慮線路失電（線路故障或電源失電）的情況。根據(jù)運行狀態(tài)分析和可能發(fā)生的失電情況，可以構(gòu)造出備自投動作及運行方式轉(zhuǎn)換表。
表1、遠方備自投遠方功能動作及運行方式轉(zhuǎn)換表
Table 1.Conversion table of remote function and working pattern of remote reserve power supply auto-switching device
運行方式 A站母線失電 B站母線帶電
備自投動作情況 動作后方式 備自投動作情況 動作后方式
方式一 備自投跳1DL合2DL 方式三 備自投跳4DL合2DL 方式三
方式二 備自投跳4DL合3DL 方式四 備自投跳1DL合3DL 方式四
運行方式 A站母線失電 B站母線帶電
備自投動作情況 動作后方式 備自投動作情況 動作后方式
方式一 備自投跳1DL合2DL 方式三 不動作
方式二 不動作 備自投跳1DL合3DL 方式四
表2、遠方備自投就地功能動作及運行方式轉(zhuǎn)換表
Table 2.Conversion table of in-place function and working pattern of remote reserve power supply auto-switching device
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