基于光纖通信交互式遠方自投裝置的研發(fā)與應用

卜明新¹武晉文²吳孔松³黃文鷹³
（1、河北邯鄲供電公司，河北 邯鄲 056002；2、邯鄲市德普電力自動化設(shè)備有限公司，河北 邯鄲 056002；3、上海安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801） 

摘    要：針對110kV電網(wǎng)聯(lián)絡線上一端停電時，原有變電站備自投裝置無法實現(xiàn)遠方自投功能，導致部分110kV變電站和一端的220kV變電站全站停電。研究了一種利用已有光纖通信通道傳遞運行狀態(tài)信息、故障信息和跳合閘命令方式的備用電源自投方案。通過改造原有備自投裝置，增加自投邏輯程序，加裝光纖通訊模塊，實現(xiàn)與光纖網(wǎng)的接口。經(jīng)在河北邯鄲市110kV電網(wǎng)中的應用與實施，很好地實現(xiàn)了串聯(lián)電網(wǎng)遠方備用電源自投。
關(guān)鍵詞：110kV電網(wǎng) 遠方自投 光纖 遠方備自投

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，是應用了計算機網(wǎng)絡通信技術(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，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；當某有一線路發(fā)生故障或失電時，需將4段母線恢復帶電狀態(tài)；當母線或開關(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

　　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

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 

3　 備自投的硬件功能設(shè)計
　　該裝置應包含有就地備自投功能，可以在常規(guī)線路備自投裝置上進行改造。常規(guī)的備自投裝置可以采集進線開關(guān)位置，兩條進線的線路電壓、進線電流及母線電壓。通過在常規(guī)線路備自投裝置上增加光纖通信模塊、擴展備自投部分的邏輯功能來滿足該裝置的需要。

4　 現(xiàn)場應用
　　利用這一方案設(shè)計的該裝置在河北省邯鄲市的兩座變電站裝設(shè)。兩變電站直線距離15km，鋪設(shè)有單模光纖通道，該裝置使用這一通道完成數(shù)據(jù)交換，串接在河北電網(wǎng)的兩座220kV變電站間，其中串接的還有4座110kV變電站，6座變電站主要供給多個縣市的工業(yè)、農(nóng)業(yè)用戶，居民用戶，停電時間過長會造成工業(yè)廢品增加，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，人民的生活。該裝置投運后，運行正常。在一次電網(wǎng)倒閘操作中，該裝置實現(xiàn)方式一向方式三的自動切換，操作在500mS內(nèi)完成，達到了預期的效果。

5　 結(jié)語
　　該裝置很好的解決了“手拉手”式電網(wǎng)結(jié)構(gòu)開環(huán)運行不能保證連續(xù)供電的問題，有一定的推廣價值。
　　驗收委員會認為“110kV系統(tǒng)遠方備自投技術(shù)研究”項目研究方法合理，試驗數(shù)據(jù)真實可信，裝置的使用能有效提高串聯(lián)互供接線方式下兩個變電站供電的可靠性。