通过改变备投运行方式实现35kV电力系统瞬间切换

通过改变备投运行方式实现 35kV电力系统瞬间切换

Realizing instant switching of 35kV power system by changing the operation mode of automatic switching device of backup power supply

刘家彤、黄海丽、卢晓惠、孟国栋、韩洪泽

IU Jiatong、HUANG Haili、LU Xiaohu、MENG Guodong、HAN Hongze

1. 
   

2. 国网山东电力公司潍坊市寒亭区供电公司 山东省潍坊市261100；2.国网山东电力公司潍坊供电公司 山东省潍坊市261000

3. 1.State Grid Shandong Electric Power Company Weifang Hanting district Power Supply Company,Weifang261100,China 2. State Grid Shandong Electric Power Company Weifang Power Supply Company,Weifang261000,China

摘要：为实现两个电压相等，且存在30°相角差的电力系统瞬间切换的目的，通过改变两个互为备用电力系统的备自投装置运行方式和现场操作流程，达到在电力客户几乎无感知的情况下，使得两个不能合环运行的电力系统实现了多样化灵活的瞬间切换方式，减少了由于遥控和现场切换电源的倒闸操作流程而造成的停电时间，从而提高了电力系统供电可靠性。

Abstract:In order to achieve the purpose of switching two power systems instantaneously that systems have equal voltage and the 30 degree difference of phase angle,by changing the two power systems operation mode of automatic switching device of backup power supply and operation process in field,switch this two power systems that unable to close the ring instantaneously without power customers perception.Reduced outage periord that cause of remote control and the field operation process of switching power supply,thus improved power supply reliability of power system.

关键词：相角差、备自投装置运行方式、供电可靠性

Keywords:difference of phase angle、the operation mode of automatic switching device of backup power supply、reliability of power supply

0引言

为减少对电力客户造成的停电时间，实现“不停电就是最好的服务”的目的，电力企业一般会采取各种技术措施来保证向电力客户连续可靠供电，其中在同一个输配电系统中，增加了多电源供电的运行方式是一种非常行之有效的措施。在一般情况下，电力调度控制中心通过遥控或运维检修操作部门现场倒闸操作，使得两个相同电压、相同相角电源的电力系统先期合环供电，然后停运需要检修的电源系统，实现对电力客户不停电的目的。但如何使电压相等，且存在30°相角差的两个不能合环运行的电源系统瞬间切换，达到对电力客户连续可靠供电的目的是摆在我们面前的问题。过去，我们按《电力调度运行规程》、《电力安全工作规程》有关操作步骤及技术规范标准，通过现场停运需要检修的电源系统，然后再将备用电源系统投入运行的倒闸操作来实现电源系统切换，该操作步骤繁琐，而且无疑增加了电力客户停电时间；还有的单位采用根据当前的运行方式，计算出两个电源的系统阻抗及短路电流，临时修改两个上级电源的保护定值和某需要检修线路进线的保护定值并退出相应的重合闸，在此之后将两个存在30°相角差的电源系统强行合环，造成“非故障短路电流”，使得某需要检修线路进线开关的保护跳闸，以达到不停电切换电源的方式，由于在切换的过程中产生“非故障短路电流”，使这该站产生30%～40%的压降，同时也使得上级电源的其他电力客户由于电压降低而造成脱扣停电。

通过国网山东省电力公司潍坊市供电公司及所属寒亭区供电公司电力调度控制中心继电保护及自动化、运行方式，以及运维部设备管理等各方技术人员多方论证，最终选择采用通过改变备自投的运行方式来实现两个不能合环运行的电力系统瞬间切换，保证了对电力客户的连续可靠供电。

1 35kV变电站两个电源进线存在电压30°相角差产生的原因

在一个独立的220kV电网系统中（图1），系统1通过220kV变电站的变压器将系统220kV降压110kV，再经过下一级110kV变电站的变压器将系统110kV降压35kV，通过35kV线路对35kV变电站供电，该降压系统变压器的接线方式全部为星/星形，电压发生变化，但相角没有改变，所以35kV变电站35kV#1电源进线电压的相角与系统1的220kV母线电压相角差为0°。系统2通过220kV变电站的变压器将系统220kV降压35kV，该系统变压器的接线方式为星/三角形，电压发生变化，同时相角滞后220kV电源侧30°，35kV变电站35kV#2电源进线与系统2的220kV母线电压相角差为30°，这就使35kV变电站两个35kV电源

进线形成了30°的相角差。

图1 电力输配电系统图

2 强行将两个电源进线存在电压30°相角差合环产生的后果和影响

按实际运行系统接线方式，我们对国网山东省电力公司潍坊市寒亭区供电公司35kV泊子变电站存在电压相角差30°的两个35kV电源进线，在最大运行方式下合环运行时产生的“非故障短路电流”计算，如图2所示：

图2 35kV泊子变电站35kV母线电源系统图

电压相角差30°强行合环产生的环流

其中， 为系统1大方式等值阻抗、 为系统2大方式等值阻抗、 为线路35kV镇府Ⅱ线阻抗、 为线路35kV固泊线阻抗、 为线路35kV镇府Ⅱ线泊子支线阻抗，设线路最大负荷电流 ，则合环时35kV泊子站35kV母线及合环线路可能流经的最大“非故障电流”为

设两条母线电压幅值均为35kV：

电压差为

35kV镇府Ⅱ线阻抗 :1.8564Ω

35kV镇府Ⅱ线泊子支线阻抗 :5.863Ω

35kV固泊线线阻抗 :4.07Ω

220kV央港站35kV母线大方式标幺值：0.074 基准值：13.125Ω

220kV央港站35kV母线大方式有名值 ：0.97125Ω

110kV固堤站35kV母线大方式标幺值：0.3239 基准值：13.125Ω

110kV固堤站35kV母线大方式有名值 ：4.25Ω

大方式下环路阻抗：

合环时的环流

35kV固泊线最大负荷电流200A，35kV镇府Ⅱ线最大负荷电流250A,取

,即合环期间通过回路开关的可能最大电流为865A。

目前，主供上级电源110kV固堤站35kV固泊线出线保护定值一次值：速断：1289A 延时0S、延时速断：1200A 延时0.6S、过流：528A 延时1.5S，重合闸：2S。另一备用上级电源220kV央港站35kV镇府Ⅱ线出线保护定值一次值：速断：4800A 延时0S、延时速断：1200A 延时0.6S、过流：480A 延时1.5S，重合闸：2S

合环产生的“非故障短路电流”在865A左右，会造成两个电源的上级开关过流保护跳闸，35kV泊子变电站将全站失电。

“非故障电流”在35kV泊子站35kV母线的电压损失

电压损失率

有的单位采用临时将某需要停电线路进线的开关投入延时速断保护，其保护定值与两个电源的上级开关的过流保护定值配合，同时退出上级电源线路的重合闸之后，强行将两个存在30°相角差的电源系统合环，造成的“非故障短路电流”，使得某需要停电线路进线开关的延时速断保护跳闸，以达到不停电切换电源的方式。但是，由于在切换的过程中产生“非故障短路电流”，使这两个电源系统在泊子站产生30%～40%的压降，造成有些电力客户由于电压降低而脱扣停电。

优点：在连续不停电的情况下实现电源切换。

缺点：在切换的过程中产生“非故障短路电流”会造成35kV泊子变电站35kV母线电压降低，使更多的电力客户用电设备低压脱扣而停电，还会影响上级电源其他客户的用电安全，而且一旦进线开关的保护拒动跳闸会造成两个电源的上级开关过流保护跳闸，存在安全隐患。

3 将两个存在电压相角差30°且互为备用的35kV电源进线，通过备自投自动切换，实现两个不能合环运行的输电系统瞬间切换的运行方式

为了提高35kV变电站配电系统供电可靠性，实现两个互为备用的35kV电源进线在不能合环运行的情况下快速切换，我们对35kV变电站两个互为备用的35kV电源进线的备自投装置的运行方式进行了整改：

3.1在运行中的电源线路突发故障停电，35kV变电站两个互为备用的35kV电源进线备自投正常运行方式：

在两个35kV电源进线线路PT有压、某一进线开关合闸供电、35kV变电站35kV母线有压，另一备用35kV电源进线开关分闸开环热备用运行方式下，我们运行第一套定值；该定值是按《3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》关于继电保护及自动化整定计算配合要求进行整定，从而实现在运行中的电源线路故障停电，35kV电源进线的备自投短时间内将站内负荷切换到非故障备用电源线路上，达到35kV变电站配电系统不间断供电的效果。一般情况下，35kV变电站35kV进线备自投装置是通过躲过运行供电线路故障时保护动作最长的时间、重合闸时间，以及检进线无流、检进线无压、母线无压、检另一电源有压和检两个进线的开关位置时间的总和作为备自投装置的启动时间和条件，以及上级电网运行方式的配合要求，总的跳闸时间7.5S，备用电源合闸时间0.3S，如（表1 ）泊子站35kV进线分段备自投NSR-3641A_G保护定值单（摘要一）标红部分所示。

设备参数：

保护定值：

保护控制字

注：35kV固泊线、35kVⅡ镇府线进线保护动作闭锁35kV备自投。

批准：晋飞 审核：宋战慧 复核：徐锦辉 整定：韩洪泽 时间：2021.11.03

以下是2021年11月25日35kV泊子站35kV固泊线进线开关在运行时故障停电时，进线备自投正常切换前的负荷曲线，由于35kV固泊线故障停电，35kV泊子站进线备自投动作，将全站负荷短时间内切换到35kV镇府Ⅱ线泊子支线上的负荷曲线，从进线备自投动作切换两个电源进线开关负荷曲线分析，短时间内损失负荷1.5MW，负荷恢复到切换前也需要一段时间，大约需要一小时左右，说明用电客户在停电切换电源时是有感知的，如图3、图4所示。

图3 35kV泊子站35kV固泊线进线开关在运行时故障停电时进线备自投正常切换前的负荷曲线

图4 35kV泊子站35kV镇府Ⅱ线泊子支线进线开关在运行时进线备自投正常切换后的负荷曲线

我们也曾利用进线备自投切换电源的功能，将需要停电的某电源进线的上级开关遥控或就地分闸，造成站内无压、进线无流等进线备自投切换电源启动条件，通过进线备自投自动切换备用电源，同样也能实现35kV变电站进线电源之间的自动切换，作用效果与35kV变电站两个互为备用的35kV电源进线备自投正常运行方式相同，这种操作方式比就地倒闸操作切换电源方式的停电时间将大幅度缩短。

3.2在正常无故障运行方式下，将某一35kV电源进线的线路停电，35kV变电站需要瞬间切换到另一备用35kV电源供电时，两个互为备用35kV电源进线的备自投运行方式

因在正常运行方式下，某一35kV电源进线的线路为无故障检修停电，我们把两个35kV互为备用的电源进线备自投运行定值切换到第二套定值。该定值是

根据《3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程》关于备用电源自动投入装置关于动作时间之规定：电压鉴定元件动作后延时跳开工作电源，其动作时间应大于本级线路电源侧后备保护动作时间，需要考虑重合闸时，应大于本级线路电源侧后备保护动作时间与线路重合闸时间之和，同时，还应大于工作电源母线上运行电容器的低压保护动作时间。由于我们是利用备自投装置把运行中的电源在无故障的情况下快速切换到备用电源，该备自投装置跳闸时间定值就去掉躲过运行供电线路故障时的后备保护动作时间、重合闸时间，以及上级系统要求配合的时间，只检某一供电线路进线无流、检进线无压、检母线无压，检另一电源有压以及检两个进线的开关位置等时间作为备自投装置跳开运行中的电源开关启动时间的条件，而且上述启动条件无需延时检测，跳闸时间仅为一个时限级差的裕度0.3S即可。根据备用电源投入时间之规定：投入时间可整定为0.1S～0.5S。因为备自投首先切除的是无压、无流的开关，所以该开关无熄弧时间，因此我们取备用电源投入合闸时间0.3S，总的切换时间0.6S。

如果35kV系统母线或10kV系统母线有运行中的电容器，为防止在停送电过程中产生过压，在切换定值之前应先将电容器退出运行,如（表2）泊子站35kV进线分段备自投NSR-3641A_G保护定值单（摘要二）标红部分所示。

设备参数：

保护定值：

保护控制字

注：本备自投定值只适合于35kV固泊线和35kV镇府Ⅱ线切换倒电源，正常运行时仍执行定值单编号：H21-00168原定值。

批准：晋飞 审核：宋战慧 复核：徐锦辉 整定：韩洪泽 时间：2022.01.14

由此可见，此举将两个互为备用35kV电源进线的停电时间由7.8S缩短为0.6S。通过改变备自投装置运行方式，将35kV两个互为备用的电源进线实现瞬间切换。

图5 35kV固泊线在2022年01月15日切换前的35kV负荷曲线

图6 35kV镇府Ⅱ线在2022年01月15日切换后的35kV负荷曲线

图7 35kV镇府Ⅱ线在2022年01月18日切换后的35kV负荷曲线

图8 35kV固泊线在2022年01月18日切换前的35kV负荷曲线

以上是35kV泊子站2022年01月15日和2022年01月18日期间，由于35kV固泊线临时停电检修，现场运行操作人员在国网山东省电力公司潍坊市寒亭区供电公司调控分中心的指挥下，通过临时改变35kV泊子站进线备自投装置的运行方式，全站负荷两次在35kV镇府Ⅱ线泊子支线和35kV固泊线上瞬间互相切换的负荷曲线，我们从进线备自投动作切换两个电源进线开关负荷曲线分析来看，短时间内基本没有损失负荷。通过回访居民以及大小客户，在此期间的生活以及生产活动基本没有受到影响和停电感知，如图5-图8所示。

4 结语

由此可见，从停电倒恢复送电的时间越短，负荷恢复时间就越短。通过此方法，可以最大限度地达到将两个电压相等，且存在30°相角差的电力系统瞬间切换的目的，通过改变两个互为备用电力系统的备自投装置运行方式，达到在电力客户几乎无感知的情况下，使得两个不能合环运行的电力系统实现了多样化灵活的瞬间切换方式，减少对客户的停电时间，从而提高了电力系统供电可靠性。

参考文献

国家电网公司科技部.国家电网公司电力安全工作规程.国家电网公司企业标准Q/GDW1799.1-2013[s]，国家电网公司，2013.

中华人民共和国国家发展和改革委员会. 3kV～110kV电网继电保护装置运行整定规程.中华人民共和国电力行业标准:DL/T 584-2007[s]，中国电力企业联合会，2007.

崔家佩，孟庆炎，陈永芳，熊炳耀. 电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京：水利电力出版社，1993.

国家电力调度通讯中心，湖南电力调度通信局.电力调度技术标准汇编（第三分册）继电保护及自动装置技术标准[M].北京：中国电力出版社，1999.

国家电网公司.国家电网公司县供电企业安全性评价依据[M].北京：中国电力出版社，2005.

中国电力企业联合会标准化中心.供电企业技术标准汇编（第七卷）运行标准[M].北京：中国电力出版社，2005.

国家电力调度控制中心.配电网调控人员培训手册[M].北京：中国电力出版社，2016.

天津市电力公司.变电运行现场操作技术[M].北京：中国电力出版社，2004.

国家电力调度控制中心.电网调控运行人员实用手册[M].北京：中国电力出版社，2019.

汪永华，陈化钢，戴建新.电气运行与检修[M].北京：水利电力出版社，2008.

2022年01月21日

作者简介：

刘家彤（1991），女，工程师，从事继电保护及自动化管理工作

黄海丽（1985），女，副高级工程师，从事电网运行方式管理工作

卢晓惠（1987），女，副高级工程师，从事继电保护管理工作

孟国栋（1987），男，工程师，从事电网运行方式管理工作

韩洪泽（1965），男，工程师，从事继电保护及自动化管理工作

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