考慮解合環風險與運維輔助決策的開關遙控功能檢測方法與流程
2023-10-09 10:17:39
本發明涉及配電自動化常規遙控功能計劃性檢測技術領域，特別是一種考慮解合環風險與運維輔助決策的開關遙控功能檢測方法。
背景技術：
當前用電量正在逐年增加，供電系統的安全與否已經成為電網工作中的首要問題，為了確保電壓質量以及保證其更加安全可靠的運行，城網供電多已提供雙向的供電措施或正在進行大規模的手拉手線路改造，實現負荷的雙側或多電源供電，在故障發生時縮小故障區段，快速恢復正常供電，在正常情況下便於負荷的轉移和設備的檢修和維護，從而減少電量損失、提高系統供電可靠性，提升電力企業的經濟效益與社會形象。
當前，負荷倒閘有二種操作方案，即所謂的「冷倒閘」和「熱倒閘」，冷倒是一條線路要借電時，先把該線路停電，然後合上二條線路間的聯絡開關，熱倒是二條線路在均不停電的情況下，合上聯絡開關，然後斷開借電線路的開關，由此可見「熱倒閘」是兼顧供電可靠性的有效倒閘手段。
在進行饋線電網開關遙控性能檢測時，為了最大限度減少對電網正常運行的影響，通常採用「熱倒閘」進行開關狀態切換的遙控操作。但「熱倒閘」過程中，若合環操作點選取不當，或操作不當，會引發很大的環流，環流衝擊有造成繼電保護動作的風險。合環後的穩定電流還有電壓越限和過載的風險，影響電網運行的可靠性和安全性。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題為：在考慮解合環風險因素的基礎上，對饋線中的開關進行遙控性能的檢測，避免檢測過程對電網帶來的風險和影響，以分析異常開關可能存在的原因；同時檢測得到的開關遙控性能結果能夠用於為異常開關提供檢修決策支持。
本發明採取的技術方案具體為：一種考慮解合環風險與運維輔助決策的開關遙控功能檢測方法，包括步驟：
(1)選擇轉供路徑並確定相應的轉供開關，對於各條轉供路徑，分別分析對相應轉供開關進行遙控操作時的風險因素：
所述風險因素包括合環操作前的原支路電流、合環點等效電壓源與上級電網等值阻抗組成的等值電路流過的合環衝擊電流，以及合環點等效電壓源與上級電網等值阻抗組成的等值電路流過的合環穩態電流；分別計算上述各因素對應的電流數據；
(2)基於計算得到的風險因素值，進行解合環操作的校核操作：
(2.1)計算解環後的系統潮流數據，以判斷是否會引起電壓越限或過載，若會，則不允許合環；若不會，則轉至步驟(2.2)；
(2.2)將步驟(1)計算得到的合環衝擊電流與解環後的系統潮流進行疊加，以判斷疊加後的結果是否會引起繼電保護動作，若會，則不允許合環；若不會，則轉至步驟(2.3)；
(2.3)將步驟(1)計算得到的和緩穩定電流與解環後的系統潮流進行疊加，以判斷疊加後的結果是否會引起電壓越限或過載，若會，則不允許合環；若不會，則允許合環；
(3)根據步驟(2)的校核結果，對允許合環的開關進行遙控操作和檢測判斷：
(3.1)主站向配電終端發送開關遙控操作指令，若配電終端出現工況退出則判斷為通信系統發生故障，遙控失敗，否則轉至步驟(3.2)；此時可將故障推送給通信網絡管理系統，並告警提醒；
(3.2)判斷終端是否返回報文，若無報文返回，則判斷為終端不能識別主站控制命令，遙控失敗；若有報文返回則轉至步驟(3.3)；
(3.3)判斷返回的報文是否為拒絕遙控報文，若是則判斷為開關拒動導致遙控失敗，然後轉至步驟(3.4)，若不是則繼續判斷是否因終端遙控處於就地位置導致失敗(即就地位置的終端值允許現場控制不接受遠方主站遙控)，若是則判斷為遙控失敗，若不是則繼續判斷是否因主站和配電終端對時異常導致失敗，若是則判斷為遙控失敗，若不是則判斷為開關位置主站與現場不一致導致遙控失敗；
(3.4)判斷終端是否在遙控超時時間後返回變位信號，若是則判斷為開關慢動導致遙控失敗，若不是則遙控成功，遙控成功的開關即不需要檢修的開關。
為了提高本發明的開關檢測效率，本發明步驟一中，對於熱倒閘操作饋線中的所有允許合環的轉供開關，僅進行一次「分-合-分」或「合-分-合」開關狀態轉換的遙控操作。也即：在對各開關進行遙控檢測的整個過程中，各開關開始的運行方式保持和結束時相同，並通過對多個開關的操作順序進行合理規劃，從而保證用最少的開關操作次數達到所有開關狀態的測試。
本發明步驟(1)對於風險因素的計算包括：定義合環前電流I1、合環衝擊電流I2、合環穩態電流I3，建立電路的非其次微分方程為：
Emax sin(wt+α)＝Ri+Ldi/dt
其中Emax為合環點電壓幅值差，wt+α為Emax的初始相角疊加周期分量，i為合環暫態電流，R和L分別為饋線電網的總阻值和電抗值；上述方程的特解為合環電流的周期分量ipt和直流分量iat的和，
其中，為饋線電網的總阻抗，tan-1(wL/R)為電壓相角差，C1為合環電流的直流分量係數，C1e-(R/L)t為合環電流的直流分量，隨著時間的推移逐漸衰減；
合環前瞬間電感上沒有電流通過，可得：
合環衝擊電流I2＝i(t)，穩態電流I3＝i(t)|t＝∞。
綜上可知開關遙控操作風險因素分析包括以下2個方面：
(1)不論是合環衝擊電流的作用，還是合環穩態電流的作用，都要和開環運行時的潮流計算結果進行疊加，以此來判斷衝擊電流是否有造成繼電保護動作的風險，合環穩態電流是否有電壓越限和過載的風險。因此饋線負荷越大，轉供聯絡開關的剩餘容量就越小，完成負荷轉供即解環後電壓越限和過載的風險就越高；
(2)合環衝擊電流不僅和電網總阻抗近似成反比，和合環點兩側電壓的幅值差Emax近似成正比，電壓的相角差tan-1(wL/R)也是影響其大小的重要因素，隨著從π/2的偶數倍到奇數倍變化，i(t)在合環後0.01s達到的峰值將由0秒的1倍提升到1.8倍左右。
因此，為了實現開關的批量操作，針對以上幾個方面的風險，本發明提出了開關操作案例的制定規則：
(1)開關狀態檢測操作的最佳時段：進行開關遙控功能計劃性檢測的操作時間段為一天中的負荷低谷時段。如23點至凌晨3點之間，此時各條饋線的負載率高，轉供開關的剩餘容量大，完成負荷轉供即解環後電壓越限和過載的風險自然就低；
(2)開關狀態檢測操作的校核需求：在合環操作過程中按照合環衝擊電流和穩態電流的計算方法進行合環計算，嚴格進行包括步驟(2)的保護電流定值校核、線路載流量和變壓器負載係數校核、母線電壓校核過程。目前，合相裝置可以實時計算合環兩側的電壓差Emax和相角差α，藉助於合相裝置判斷合適的合相時機，可保證在30度以內合相，減小合環兩側電壓的幅值差和相角差可降低合環失敗的風險。
有益效果
本發明採用熱倒閘手段實現饋線電網中開關的遙控性能檢測操作，在進行開關狀態切換前，首先對合環點進行風險因素分析，根據風險因素與解環後的潮流相疊加的結果，判斷解合環操作是否會對電網安全正常運行帶來影響，從而得到合適的合環點轉供開關。然後基於合適的合環點進行對環網供電的線路進行不停電合環倒負荷操作，實現對每個轉供開關的遙控操作。在檢測操作時，本發明可通過制定最佳的開關操作順序，以達到檢測的高效率進行。同時，本發明利用合理的檢測結果分析依據，可分析得到遙控操作失敗的開關集合，並找出具體存在的問題的節點，從而有針對性地指導開關的檢修工作，有效提高開關遙控的成功，也為供電可靠性的提升率奠定基礎。
附圖說明
圖1所示為饋線合環電流分析示意圖；
圖2所示為解合環操作校核流程示意圖；
圖3所示為開關遙控功能檢測的操作順序示意圖；
圖4所示為開關遙控功能檢測結果分析流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例進一步描述。
本發明考慮解合環風險與運維輔助決策的開關遙控功能檢測方法，包括步驟：
(1)選擇轉供路徑並確定相應的轉供開關，對於各條轉供路徑，分別分析對相應轉供開關進行遙控操作時的風險因素：
所述風險因素包括合環操作前的原支路電流、合環點等效電壓源與上級電網等值阻抗組成的等值電路流過的合環衝擊電流，以及合環點等效電壓源與上級電網等值阻抗組成的等值電路流過的合環穩態電流；分別計算上述各因素對應的電流數據；
(2)基於計算得到的風險因素值，進行解合環操作的校核操作，參考圖2所示：
(2.1)計算解環後的系統潮流數據，以判斷是否會引起電壓越限或過載，若會，則不允許合環；若不會，則轉至步驟(2.2)；
(2.2)將步驟(1)計算得到的合環衝擊電流與解環後的系統潮流進行疊加，以判斷疊加後的結果是否會引起繼電保護動作，若會，則不允許合環；若不會，則轉至步驟(2.3)；
(2.3)將步驟(1)計算得到的和緩穩定電流與解環後的系統潮流進行疊加，以判斷疊加後的結果是否會引起電壓越限或過載，若會，則不允許合環；若不會，則允許合環；
(3)根據步驟(2)的校核結果，對允許合環的開關進行遙控操作和檢測判斷：
(3.1)主站向配電終端發送開關遙控操作指令，若配電終端出現工況退出則判斷為通信系統發生故障，遙控失敗，否則轉至步驟(3.2)；此時可將故障推送給通信網絡管理系統，並告警提醒；
(3.2)判斷終端是否返回報文，若無報文返回，則判斷為終端不能識別主站控制命令，遙控失敗；若有報文返回則轉至步驟(3.3)；
(3.3)判斷返回的報文是否為拒絕遙控報文，若是則判斷為開關拒動導致遙控失敗，然後轉至步驟(3.4)，若不是則繼續判斷是否因終端遙控處於就地位置導致失敗(即就地位置的終端值允許現場控制不接受遠方主站遙控)，若是則判斷為遙控失敗，若不是則繼續判斷是否因主站和配電終端對時異常導致失敗，若是則判斷為遙控失敗，若不是則判斷為開關位置主站與現場不一致導致遙控失敗；
(3.4)判斷終端是否在遙控超時時間後返回變位信號，若是則判斷為開關慢動導致遙控失敗，若不是則遙控成功，遙控成功的開關即不需要檢修的開關。
實施例
本實施例中，方法具體包括以下四個部分的內容：開關遙控操作風險因素分析及開關狀態檢測最佳時段分析、開關操作的解合環方案校核、開關狀態批量檢測最佳步驟分析，和開關狀態檢測結果分析評估。
◆開關遙控操作風險因素分析及開關狀態檢測操作最佳時段分析技術
如圖1合環電流分析圖所示，所述開關遙控操作風險因素分析及開關狀態檢測最佳時段分析技術，其特徵在於：分析引起開關檢測時進行「熱倒閘」操作時的合環衝擊電流及合環穩態電流對配電線路供電安全性的影響，基於合環電流計算的疊加計算法，明確合環衝擊電流與合環穩態電流的組成包括：合環前電流I1、考慮合環點等效電壓源與上級電網等值阻抗的等值電路的衝擊電流I2、合環電等效電壓源及上級電網等值阻抗組成的等值電路的穩態電流I3。其中I2、I3的計算即為感性電路的電流計算，建立電路的非其次微分方程為：
Emax sin(wt+α)＝Ri+Ldi/dt
其中Emax為合環點電壓幅值差，wt+α為Emax的初始相角疊加周期分量，i為合環暫態電流，R和L分別為饋線電網的總阻值和電抗值；上述方程的特解為合環電流的周期分量ipt和直流分量iat的和，
其中，為饋線電網的總阻抗，tan-1(wL/R)為電壓相角差，C1為合環電流的直流分量係數，C1e-(R/L)t為合環電流的直流分量，隨著時間的推移逐漸衰減；
合環前瞬間電感上沒有電流通過，可得：
合環衝擊電流I2＝i(t)，穩態電流I3＝i(t)|t＝∞。
綜上可知開關遙控操作風險因素分析包括以下2個方面：
(1)不論是合環衝擊電流的作用，還是合環穩態電流的作用，都要和開環運行時的潮流計算結果進行疊加，以此來判斷衝擊電流是否有造成繼電保護動作的風險，合環穩態電流是否有電壓越限和過載的風險。因此饋線負荷越大，轉供聯絡開關的剩餘容量就越小，完成負荷轉供即解環後電壓越限和過載的風險就越高；
(2)合環衝擊電流不僅和電網總阻抗近似成反比，和合環點兩側電壓的幅值差Emax近似成正比，電壓的相角差tan-1(wL/R)也是影響其大小的重要因素，隨著從π/2的偶數倍到奇數倍變化，i(t)在合環後0.01s達到的峰值將由0秒的1倍提升到1.8倍左右；
因此，為了實現開關的批量操作，針對以上幾個方面的風險，開關操作案例的制定規則為：
(1)開關狀態檢測操作的最佳時段：在全天的負荷低谷時段——凌晨進行批量的負荷操作，此時各條饋線的負載率高，轉供開關的剩餘容量達，完成負荷轉供即解環後電壓越限和過載的風險自然就低。
(2)開關狀態檢測操作的校核需求：在合環操作過程中按照合環衝擊電流和穩態電流的計算方法進行合環計算，嚴格進行圖2所示保護電流定值校核、線路載流量和變壓器負載係數校核、母線電壓校核流程。另外，合相裝置可以實時計算合環兩側的電壓差Emax和相角差α，藉助於合相裝置判斷合適的合相時機，減小合環兩側電壓的幅值差和相角差可降低合環失敗的風險。
◆開關操作的解合環方案校核技術
解/合環操作的校核流程如圖2所示。
首先，在進行轉供電操作前，採用拓撲分析的方法進行轉供路徑的搜索，考察自動開關當前的掛牌狀態，如操作禁止、故障掛牌、檢修掛牌、接地掛牌、告警掛牌等，從中優先選用可控的自動開關，得到合理的負荷轉供路徑；
其次，在具備多個可選轉供電源的情況下，根據各個電源點的負載能力選擇優化轉供電策略，即每個轉供電策略都要進行解環後的潮流安全性校驗，避免轉供操作後的不出現電壓越限和過載，保證安全性和可行性。
再次，在進行「熱倒閘」操作時，需要對合環衝擊電流、合環後的潮流分布進行電網安全校核。(1)合環衝擊電流可能影響I段保護或II段保護，而I段保護比II段保護整定值大，只要衝擊電流不超過II段保護整定值，就能保證衝擊電流就不會對繼電保護影響；(2)合環後潮流分布會發生變化，母線電壓可能會超過其電壓上下限，如果長期運行會導致設備的損壞，另外還需要對線路的載流量和變壓器負載係數進行校核，如果線路的輸送功率大於線路的最大負荷，引起III段保護動作，系統將無法正常運行。
◆開關狀態批量檢測最佳步驟
確定「熱倒閘」兩條饋線上饋線開關的動作順序和步驟，本發明設計了以下兩個原則，保證批量檢測的可行性和高效：1、開始的運行方式保持和結束時相同；2、各個開關只完成一次「分-合-分」或「合-分-合」操作，即保證用最少的開關操作次數達到所有開關狀態的測試。
參考圖3所示，有饋線中有S1-S9共9個開關，分別都符合解合環的校核過程的技術上，初始運行狀態為開關S5開關位於分位，當需要對S5進行遙控性能測試時，則將S5作為合環點，向S5發送合閘指令，向S2發送分閘指令；下一次的檢測就對開關S2進行遙控性能的監測，檢測時向S2發送合閘指令，向開關S8發送分閘指令，依次類推，直至饋線中所有開關皆完成檢測，且每個開關只參與了一次「分-合-分」或「合-分-合」的操作。
◆開關計劃性檢測結果分析方法
參考圖4所示，對於各種可能導致遙控失敗的原因皆與相應的檢測過程現象一一對應，以使得檢測過程中各種現象能夠作為檢測判斷的依據，實現全自動的開關狀態的一鍵式檢測，並及時發現遙控操作失敗的開關集合，評估出遙控操作過程中可能出現問題的環節，為開關檢修提供決策支持，針對不成功的遙控案例，找出具體存在的問題的節點，從而有針對性地指導開關的檢修工作，有效提高開關遙控的成功，也為供電可靠性的提升率奠定基礎。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護範圍。