郁南电工培训学校,台州南部电网自动切负荷装置的研制

1 前言
　　随着浙江电网负荷的日益增长，电网网架结构上存在的缺陷逐渐暴露出来，在某些方式下已经成为局部电网运行的安全隐患，台州南部电网就是其中的存在比较突出问题的局部电网之一。台州南部电网由桔乡、泽国、海门、龙门四个220 kV变电所组成，向南通过台桔2355、台国2350、台门2348与台州电厂Ⅱ段母线相连，通过泽温2365与温州电厂相连，如图1所示。近期，台州、温州地区负荷增长迅猛，在台州电厂220 kVⅡ段母线单母差或母差停用方式下，如发生Ⅱ段母线故障，台南四个220 kV变电所仅靠泽温2365线单线通过温州电厂转供，而此时温州地区与主网的联系只剩临温2356线和温丽2363线两回，极有可能导致温州、台州地区的电压崩溃和温州电厂机组失稳；同样，在泽温2365线检修方式下，如发生台州电厂220 kVⅡ段母线故障，也会出现台桔2355线一线带四变运行的局面，严重的过载情况将引起线路烧断，从而造成大面积停电的恶性事故。

　　在对上述问题作了专题研究基础上，提出了在台州南部的桔乡、泽国、海门三个220 kV变电所增装三套低压、过流自动切负荷装置的可行性方案，作为台州南部电网稳定运行的近期对策。以下就方案实施过程中遇到的装置设计、判据实现及装置防误等具体问题进行探讨。
2 仿真计算结论与自动切负荷装置设计原则
　　仿真计算考虑多种运行方式，并且还考虑了浙南满发方式下台温地区电压较高及浙南欠发方式下温州地区电压偏低等因素，结论

　　 （1）台州220 kVⅡ段母线单母差或母差停用方式下，母线故障跳闸后各变电所220 kV母线电压很低，无法维持稳定运行；增装了自动切负荷装置，则母线故障跳闸后再切除部分负荷，能够保住重要用户的供电。
（2）泽温2365线检修方式下，台州电厂220 kVⅡ段母线副母故障跳闸，台南各变电所220 kV母线电压下降有限，但联络线严重过载；台桔2355线转移功率将达到400 MW左右，泽乡2343线有功功率增加到300 MW左右。
　　上述结论表明，只要在台州220 kVⅡ段母线跳闸后，能及时切除台南部分负荷，快速缓解低电压程度，就能保证重要用户持续供电；或者在泽温2365线检修方式下，出现台桔2355、泽乡2343线过载时，及时切除台南电网部分负荷，快速降低线路事故后的潮流至相对安全的水平，就能为调度员进行事故处理赢得宝贵的时间。正是基于这样的考虑才确立了如下的自动切负荷装置设计原则：
　　（1）正常方式下，将装置停用，因此，在装置设计上就不考虑在正常方式下的防误问题。
　　（2）装置在设计上考虑两种切负荷机理：1）低压切负荷，用于台厂220 kVⅡ段母线单母差和母差停用方式；2）过载切负荷，用于泽温2365线检修方式。由于区调对装置所切除负荷的性质、特性比较了解，因此，装置的投、停用操作，采用省调许可、区调发令形式。
　　（3）在低压切负荷方式下，装置选用的判据较多，具有很高的可靠性，除了将联络线功率、母线电压作为主要判据外；还将采用电压突变量作为辅助判据。由于在台厂220 kVⅡ段母线跳闸后，各变电所母线电压很低，为避免引起电网瓦解，装置的低压切负荷动作时间不宜太长。
　　（4）在泽温2365线检修方式下台厂220 kVⅡ段副母跳闸后，由于台南电网电压下降十分有限，因此，装置过载切负荷可选用的判据只有线路负荷电流这一物理量，判据单一。考虑到台桔2355、泽乡2343均为LGJQ－500导线，冬／夏季可载流量达1086／831 A，在保证线路热稳定前提下，通过适当延长过载切负荷动作时间，确保过载切负荷的可靠性。

3 自动切负荷装置实施方案
3．1装置总体简介
（1）装置硬件结构
　　 装置采用南自院稳定技术所的模块组合型UFV－2C型产品，能在不同方式下监测装设地点的母线电压、联络线潮流，如发现电压、联络线潮流异常，根据判据判定是否切负荷。
　　 装置模拟输入量6个，其中电压量2个：UAB、UBC，当用于双母线时可用电压自动切换插件；电流量4个：I1a、I1c、I2a、I2c，即较多可测量二回线路的两相电流，如变电所有超过二回以上线路的电气输入模拟量，则需增加一块单元处理机板（DCJ），这样又可增加四回线路的电气量，依次类推，较终可完成多回线路比较复杂的判断功能。本项目的三套装置之中只有泽国变的装置增加了1块DCJ单元处理机板。开关输入量4个，可用于某些逻辑判断功能。
　　装置的外围回路接线简单可靠，所用继电器返回系数较高，有利于在过载切负荷方式下装置及时可靠返回，防止过切负荷。
　　（2）装置软件结构
　　 装置的微机部分对经过变换后的输入交流电压UAB、UBC的瞬时值进行采样，采样周期为T／12（当T为20 ms时，采样周期为1．666 ms），再计算出电压有效值。软件结构分为主循环程序和中断事故处理程序两大部分。中断程序主要完成电压瞬时值采样，电压、电流有效值计算、du／dt计算，启动低压、过载事故判断等等，输出控制及中央信号等，用压板切换方式完成中断程序相应功能的选择性。主循环主要完成面板显示、定值修改、回路自检、信号复归及整组试验、打印输出等功能。
　　（3）屏面布置设计要求
　　 因装置在电网正常运行方式下停用，只有在台州220 kVⅡ段母线单母差或母差停用时装置投低压切负荷方式、在泽温2365线检修时装置投过载切负荷方式，所以装置屏上设有方式投用闭锁式压板。根据电网运行方式要求，只能投放在“低压切负荷”位置或“过载切负荷”位置；另外，装置还设有出口总压板，只要取下出口总压板，切负荷命令就无法出口。由于选用的判据中包含有联络线电气量，因此装置的交流电压回路取自联络线保护屏和旁路保护屏的电压切换回路，并经过QK切换（QK有“本线”、“旁路代”两种状态），联络线和旁路的A、C相电流接入装置的电流回路，并通过切换开关辅助接点控制两个开关量输入回路，当联络线本开关运行时，切至“本线”，当旁路代联络线时切至“旁路代”。
3．2低压切负荷控制方式
　　（1）低压切负荷方案
　　 为防止在台州220 kVⅡ段母线单母差或母差停用方式下因母线故障跳闸，造成台南电网电压崩溃，稳定破坏，装置的低压切负荷功能首先应判断是否是系统故障？若是，则装置自行闭锁；其次应判定本变电所与台厂的联络线是否已经跳闸；较后才是判定母线电压是否低于低压启动值Uqs（桔乡变、泽国变皆200 kV，海门变为195kV。），若母线电压持续0．1 s低于低压启动值，则启动低压模块；若母线电压持续3s低于低压减载定值US1（桔乡变、泽国变皆200 kV，海门变为195 kV。），则装置动作切除近区部分负荷，否则装置返回。考虑到今后负荷发展，装置均具备两轮切负荷功能，其控制逻辑如图2所示。

（2）低压切负荷的判据与要求
低压切负荷判据
　　 联络线有功Pt≥功率定值Ps（约1 MW），联络线是指：桔乡变判台桔2355、泽国变判台国2350、海门变判台门2348。
　　 母线电压突变量ΔU≤电压变化量的定值（du／dt）b；
母线电压绝对值Ut≤低压启动定值Uqs；
母线电压绝对值Ut≤低压减载定值Us1；
母线电压绝对值Ut≤低压减载定值Us2；
　　当满足前三个条件且延时≥整定时间tvqs（0．1s），装置低压切负荷模块启动；当母线电压Ut≤电压定值US1且延时≥整定时间ttvs1（3 s），低压减载第一轮出口；当母线电压Ut≤电压定值Us2且延时≥整定时间ttvs2（0．7 s），低压减载第二轮出口。装置在判断联络线是否跳闸时，若旁路代用联络线压板为退出，则取用联络线本线功率判，否则取用旁路功率判。
3．3过载切负荷控制方式
（1）过载切负荷方案

　　 在电网出现泽温2365线检修方式时,为避免台州220 kVⅡ段母线副母故障跳闸,造成台桔2355、泽乡2343线过载，热稳定破坏。本项目的桔乡、泽国变的装置设有过载切负荷功能，现以桔乡变装置为例，简要介绍其动作方案；装置在判断台桔2355线是否过载时，首先判定台桔2355线负载电流是否大于告警电流定值，并持续10s，然后启动过载模块并同时发出线路过载告警信号；接着，再判定台桔2355线是否大于第一轮过流减载定值，并持续10 s，若是，则第一轮过流减载动作出口切除部分负荷；较后，再判定台桔2355线是否大于第二轮减载定值，并持续1 s，第二轮减载动作出口切除部分负荷，其逻辑图2所示。由于判据单一，为防止装置误动，除了延长装置判定的延时时间外，还采用线路的A、C相电流作为过流减载的判据。
（2）过载切负荷判据与要求

　　台桔2355线A、C相电流有效值≥告警电流定值（约600 A），满足上述条件且延时10 s，则发出线路过负荷告警信号，启动过载切负荷模块。
　　 台桔2355线A、C相电流有效值≥过流减载定值（约700 A），只有进入过载切负荷模块之后，才能判定台桔2355线满足上述两个条件且持续10s，装置第一轮过流减载动作切除负荷。
　　 台桔2355线A、C相电流有效值≥过流减载定值（约700 A），只有第一轮过流减载动作之后，才能进行第二轮的过流减载判据，若台桔2355线满足上述两个条件且持续1s，装置第二轮过流减载动作切除负荷。

　　装置在判断台桔2355线是否过载时，若旁路代用台桔2355线压板为退出，则用台桔2355线电流判，否则用旁路电流判；在判路代用压板刚投入而台桔2355线的功率绝对值又大于PS1（约10 MW）的时间段里认为是过渡过程，此时用台桔2355线与旁路的和电流判；当旁路代用压板刚退出而旁路功率绝对值又大于PS1的时间段里也认为是过渡过程，此时用台桔2355线与旁路的和电流判。
3 ．4装置防误
（ 1）低压切负荷判据防误闭锁

　　 本装置在台州220 kVⅡ段母线故障跳闸后，当台南各变电所母线电压恢复到30％Un时，进入低压切负荷模块，此时若母线电压低于Us1（桔乡、泽国变均为91％Un，海门变为89％Un），则装置切除第一轮负荷的时间为3．1s，切除第二轮负荷的时间为3．8s，动作时间短于主变或低压系统后备段时间定值，但由于装置在低压切负荷判据中皆有联络线功率判据（桔乡判台桔2355、泽国判台国2350、海门判台门2348），所以，即使出现变电所220 kV母线以下的主变或低压系统故障，装置也不会误动，因为在这种情况下台桔2355、台国2350、台门2348三条联络线仍正常运行，其输送功率均不会小于1 MW（或功率倒向）。

（ 2）过载切负荷防误措施
　　 在泽温2365线检修方式下，台州220 kVⅡ段副母故障跳闸后，当台桔2355、泽乡22343线电流大于台桔线600A、泽乡线500A并持续10s，进入过载负荷模块，若线路电流继续大于台桔线700A、泽乡线600A，则切除第一轮负荷所需时间为20s，这个时间大于系统上任何设备的继电保护后备段时间，所以，在系统出现任何故障时，在系统继电保护动作之前，装置过载切负荷是不会动作的。
（3）在负荷反馈、PT断线、电压回路接触不良等情况下的防误动措施
1）低电压闭锁当监测电压U≤20％Un时，装置判断为电压回路电压异常，不进行低压判断，闭锁出口。

2）电压突变闭锁当监测母线电压的变化率的绝对值≥（du／dt）b（约55％Un）时，装置判断为系统发生短路故障，不进行低压判断，闭锁出口；当电压再恢复至启动电压值以上时，装置自动解除闭锁。

3）PT断线闭锁当监测到电压｜UAC－UAB｜≥10％Un或｜UAC－UBC｜≥10％Un时，装置判断为PT回路断线，不进行低压判断，立即闭锁出口，延时5s发出PT断线告警信号。
4结论

　　UFV－2C型模块组合型装置，选用判据较完善，功能强，采用防误措施适当，硬件设计简单可靠。该装置的投运，实现了在台州电厂220 kVⅡ段母线单母差和母差停用方式下及在泽温2365线检修方式下对浙南地区的自动减负荷，在事故情况下，既能有效防止台南地区电压崩溃，又能有效减轻联络线过载，完成了电网方式由事故前限电至事故后自动切负荷的转变，为台南地区安全、稳定、经济供电提供了保证。

(整理：电工培训学校)