一種變電站站用交流系統(tǒng)的智能化設(shè)計和應(yīng)用

蘇鳳飛，原中東

（西安供電局，陜西西安710032）

一種變電站站用交流系統(tǒng)的智能化設(shè)計和應(yīng)用

蘇鳳飛，原中東

（西安供電局，陜西西安710032）

變電站站用系統(tǒng)為主變通風(fēng)、直流系統(tǒng)、UPS不間斷電源、照明等站內(nèi)設(shè)備提供380V交流電源。站用交流電源全停后，如果不能得到及時恢復(fù)，將會引起全站一、二次設(shè)備的全停，造成極大的損失。隨著設(shè)備的日益更新，自動化程度的提高，在減輕人員操作等工作量的同時，設(shè)備運行可靠性也越來越高，對站用交流系統(tǒng)的設(shè)計和實際應(yīng)用也提出了更高要求[1-2]。

1 典型接線形式

根據(jù)實際運行經(jīng)驗，變電站380V站用系統(tǒng)一種典型接線形式如圖1所示，其中1、2號站用變壓器高壓側(cè)進線電源Ⅰ、Ⅱ段由本站提供，3號站用變壓器高壓側(cè)進線電源由外接電源提供。正常運行方式下，本站主供兩路進線電源，分別經(jīng)1、2號站用變壓器帶380VⅠ、Ⅱ段母線運行，外接電源經(jīng)3號站用變壓器帶380V備用段母線運行，381、382開關(guān)在合位，3831、3832、380開關(guān)在分位[3-5]。

圖1380 V站用系統(tǒng)典型接線形式Fig.1 A typical connection form of the station 380V AC system

對于變電站內(nèi)重要負(fù)荷，如主變通風(fēng)、直流系統(tǒng)等使用的380V交流電源，分別從380V交流Ⅰ、Ⅱ段各引出一條饋路，其余生活、照明等用負(fù)荷從380V交流Ⅰ段或Ⅱ段引出。

當(dāng)380VⅠ段（或Ⅱ段）進線電源失去時，斷開381（或382）開關(guān)，合上3831（或3832）開關(guān)，由380V備用段母線帶380VⅠ段（或Ⅱ段）負(fù)荷運行；當(dāng)380VⅠ段（或Ⅱ段）和備用段母線進線電源同時失去時，合上380開關(guān)，由380VⅡ段（或Ⅰ段）帶380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有負(fù)荷運行。

2 智能化工作方式設(shè)計

按照前一節(jié)站用系統(tǒng)典型接線形式，確定站用系統(tǒng)智能化工作方式：

1）在380VⅠ段（或Ⅱ段）進線電源失去時，自動斷開381（或382）開關(guān)，然后合上3831（或3832）開關(guān)，由380V備用段母線帶380VⅠ段（或Ⅱ段）負(fù)荷運行；

2）當(dāng)380VⅠ段（或Ⅱ段）和備用段母線進線電源同時失去時，自動合上380開關(guān)，由380VⅡ段（或Ⅰ段）帶380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有負(fù)荷運行；

3）在380VⅠ段、Ⅱ段和備用段母線進線電源均失去時，斷開381和382開關(guān)；

4）在上述1）、2）、3）381（或382）開關(guān)斷開情況下，當(dāng)380VⅠ段（或Ⅱ段）進線電源恢復(fù)后，自動斷開備用開關(guān)，合上381（或382）開關(guān)，切回到系統(tǒng)正常運行方式；

5）在情況2）下，當(dāng)380V備用段母線進線電源恢復(fù)后，自動斷開380開關(guān)，合上3831（或3832）開關(guān)，由380V備用段母線帶380VⅠ段（或Ⅱ段）負(fù)荷運行[6-7]。

2.1 保護方式設(shè)計

對于圖1所示站用系統(tǒng)的保護：

1）從3臺站用變壓器高壓側(cè)Ⅰ、Ⅱ段及備用段進線電源開關(guān)至381、382、3831和3832開關(guān)間電氣設(shè)備分別由各自高壓側(cè)保護裝置進行保護，即當(dāng)Ⅰ、Ⅱ段及備用段進線電源開關(guān)至381、382、3831和3832開關(guān)間電氣設(shè)備有接地或相間短路故障時，跳開相應(yīng)的高壓開關(guān)，同時該保護作為下一級電氣設(shè)備的后備保護；

2）從381、382、3831、3832和380開關(guān)至各饋路開關(guān)間，由381、382、3831、3832和380開關(guān)本體過流保護及斷相保護作為主保護，動作時跳開相應(yīng)開關(guān)，并作為下一級各饋路開關(guān)的后備保護；

3）從各饋路開關(guān)往下，由各饋路開關(guān)本體過流保護作為各饋路負(fù)荷側(cè)設(shè)備的主保護。

2.2 工作方式設(shè)計

按照實際運行需要，站用系統(tǒng)設(shè)計為“手動”和“自動”2種工作方式，工作方式的切換由KK把手來實現(xiàn)，如圖2所示，KK把手切“自動”位置時1、2接點接通，切“手動”位置時3、4接點接通。正常運行中，各開關(guān)工作方式均切為“自動”，實現(xiàn)設(shè)備故障、進線電源消失、恢復(fù)等情況下，各開關(guān)之間的自動切換功能；在需對站用設(shè)備進行檢查、試驗、檢修等工作時，將各開關(guān)工作方式切為“手動”，由人工完成對相應(yīng)設(shè)備的停電操作及恢復(fù)工作。

圖2 KK把手切換回路圖Fig.2 The circuit of KK handle′s switching

2.2.1 控制電源的選取

對于381、382、3831、3832開關(guān)其交流控制電源分別取自各開關(guān)進線電源側(cè)380V交流電源，本文選取為U、W兩相，其具體位置分別如圖1所示①、②、③、④處。381開關(guān)控制電源監(jiān)視回路如圖3所示，其中，1ZJ為無延時繼電器，1SJ為帶時間延時繼電器，382開關(guān)控制電源監(jiān)視回路相類似，無延時和帶時間延時繼電器分別為2ZJ、2SJ；3831開關(guān)控制電源監(jiān)視回路如圖4所示，其中，3ZJ為無延時繼電器，3SJ為帶時間延時繼電器，3832開關(guān)控制電源監(jiān)視回路相類似，無延時和帶時間延時繼電器分別為4ZJ、4SJ。

圖3381 開關(guān)控制電源監(jiān)視回路圖Fig.3 The monitoring circuit of 381breaker′s control power source

圖43831 開關(guān)控制電源監(jiān)視回路圖Fig.4 The monitoring circuit of 3831breaker′s control power source

對于380開關(guān)，其交流控制電源按照實際運行情況，在381開關(guān)為合位時，選取381開關(guān)進線電源側(cè)380V交流電源①，在381開關(guān)為分位、382開關(guān)為合位時，選取382開關(guān)進線電源側(cè)380V交流電源②，其U相控制電源0U自動選取回路如圖5所示，W相控制電源0W自動選取回路相類似。380開關(guān)控制電源監(jiān)視回路如圖6所示，其中，0SJ為帶時間延時繼電器。另外，按照相繼動作時間的配合要求，0SJ延時時間比1SJ（2SJ、3SJ、4SJ）延時時間較長。

圖5380 開關(guān)U相控制電源自動選取圖Fig.5 The automatic selecting circuit of 380breaker U phase′s control power source

圖6380 開關(guān)控制電源監(jiān)視回路圖Fig.6 The monitoring circuit of 380breaker′s control power source

2.2.2 開關(guān)自動控制方式的實現(xiàn)

1）保護動作閉鎖合閘回路。在開關(guān)控制回路中加裝保護動作閉鎖開關(guān)合閘回路，當(dāng)保護動作跳開381、382、3831、3832或380開關(guān)時，閉鎖相應(yīng)開關(guān)自動合閘回路，防止此時誤合開關(guān)造成故障電流的再次沖擊，在檢查處理確認(rèn)相應(yīng)設(shè)備無異常后，需人工對其進行復(fù)位操作。381、3831、380開關(guān)控制回路加裝的保護動作接點分別如圖3、圖4、圖6所示，382、3832開關(guān)保護動作閉鎖合閘方式相類似。

2）失壓跳閘回路。該回路實現(xiàn)381、382、3831、3832或380開關(guān)在其進線側(cè)電壓消失時，快速自動跳開該開關(guān)的功能。其控制回路設(shè)計如圖7所示，其中，SYTQ為失壓跳閘線圈。

3）備用開關(guān)合閘回路。當(dāng)主供電電源381（或382）開關(guān)進線側(cè)失壓跳閘后，備用3831（或3832）開關(guān)自動合閘，恢復(fù)失壓母線出線負(fù)荷用電。在3831、3832開關(guān)控制回路中，分別加裝381、382開關(guān)失壓跳閘后3831、3832開關(guān)延時自動合閘回路。3831開關(guān)延時自動合閘回路如圖8所示，其中，3HQ為3831開關(guān)合閘線圈。

圖7 失壓跳閘回路圖Fig.7 The breaker′s tripping circuit while it′s power source loses

圖83831 開關(guān)合閘回路圖Fig.8 The 3831breaker′s closing circuit

在主供電電源381（或382）開關(guān)進線側(cè)失壓跳閘后，備用3831（或3832）開關(guān)進線側(cè)電源也失壓的情況下，備用380開關(guān)自動合閘，由380VⅡ段（或Ⅰ段）帶380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有負(fù)荷運行，其控制回路如圖9所示，其中，0HQ為380開關(guān)合閘線圈。

圖9380 開關(guān)合閘回路圖Fig.9 The 380breaker′s closing circuit

4）運行方式自動恢復(fù)回路。該回路實現(xiàn)：①在主供電電源381（或382）開關(guān)斷開情況下，當(dāng)380VⅠ段（或Ⅱ段）進線電源恢復(fù)后，自動斷開備用開關(guān)，合上381（或382）開關(guān)，切回到系統(tǒng)正常運行方式；②在380VⅠ段（或Ⅱ段）和備用段母線進線電源同時失去，由380開關(guān)并聯(lián)380VⅠ段和Ⅱ段母線，由380VⅡ段（或Ⅰ段）電源帶380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有負(fù)荷運行情況下，當(dāng)380V備用段母線進線電源恢復(fù)后，自動斷開380開關(guān)，合上3831（或3832）開關(guān)，由380V備用段母線帶380VⅠ段（或Ⅱ段）負(fù)荷運行的功能。

在主供電電源381（或382）開關(guān)進線側(cè)無壓，381（或382）開關(guān)斷開情況下，381（或382）開關(guān)進線側(cè)電源恢復(fù)后，立即啟動3831（或3832）開關(guān)自動跳閘，然后延時啟動381（或382）開關(guān)合閘。381開關(guān)進線側(cè)電源恢復(fù)后，啟動3831開關(guān)自動跳閘回路如圖10所示，其中，3TQ為3831開關(guān)跳閘線圈；延時啟動381開關(guān)合閘回路如圖11所示，其中，1TQ為381開關(guān)合閘線圈。

在380VⅠ段和Ⅱ段只有一段有電，備用段電源無電，380開關(guān)在合位供電方式下，若380V無電的一段或備用段電源恢復(fù)供電時，立即啟動380開關(guān)自動跳閘，然后延時啟動原無電側(cè)主供電電源開關(guān)（或備用開關(guān)）合閘，使得站用系統(tǒng)按照3）所述智能化工作方式運行。380V無電的一段或備用段電源恢復(fù)供電時，立即啟動380開關(guān)自動跳閘回路如圖11所示；380VⅠ段電源恢復(fù)供電后延時啟動381開關(guān)自動合閘回路如圖12所示；380VⅠ段和備用段電源無電情況下，備用段電源恢復(fù)供電時，3831開關(guān)自動合閘回路如圖8所示。

圖103831 開關(guān)跳閘回路圖Fig.10 The 3831breaker′s tripping circuit

圖11380 開關(guān)跳閘回路圖Fig.11 The 380breaker′s tripping circuit

圖12381 開關(guān)合閘回路圖Fig.12 The 381breaker′s closing circuit

5）主、備用開關(guān)互相閉鎖合閘回路。該回路實現(xiàn)在各開關(guān)自動切換過程中，防止380VⅠ段、Ⅱ段和備用段進線電源通過站用380V開關(guān)聯(lián)絡(luò)，而發(fā)生短路的功能。

381 和3831 開關(guān)，382和3832開關(guān)之間分別相互閉鎖，即當(dāng)381（或382）開關(guān)在合位時，3831（或3832）開關(guān)不能合閘，反之亦然。如圖11與圖8所示，在381和3831開關(guān)合閘回路中分別接入3831、381開關(guān)常閉輔助接點，實現(xiàn)其相互閉鎖功能。

對于380開關(guān)，按照工作方式可知，在380開關(guān)為合位時，381、382、3831、3832開關(guān)均可能為合位，其防止通過380開關(guān)將380VⅠ段、Ⅱ段或備用段進線電源聯(lián)絡(luò)發(fā)生短路由啟動開關(guān)跳合閘繼電器時間差來實現(xiàn)。如前所述，在380VⅠ段和Ⅱ段只有一段有電，備用段電源無電，380開關(guān)在合位供電方式下，若380V無電的一段或備用段電源恢復(fù)供電時，立即啟動380開關(guān)自動跳閘，然后延時啟動381（或382、3831、3832）開關(guān)合閘，防止了不同380V電源通過380開關(guān)聯(lián)絡(luò)發(fā)生短路的可能。

2.2.3 開關(guān)手動控制方式的實現(xiàn)

1）控制電源有電。在各開關(guān)控制電源有電情況下，將各開關(guān)工作方式切為“手動”，即可實現(xiàn)由人工對開關(guān)的分合閘操作。圖11、圖8、圖9分別可實現(xiàn)381、3831、380開關(guān)手動合閘操作，圖10、圖12分別可實現(xiàn)3831、380開關(guān)手動分閘操作，其他開關(guān)的手動分合閘回路圖相類似。

2）控制電源無電。在各開關(guān)控制電源無電情況下，由開關(guān)本體上強制分合閘按鈕即可實現(xiàn)對該開關(guān)的強制手動分合閘操作。由于此種操作各開關(guān)之間無任何操作閉鎖功能，因此，在合開關(guān)操作前要嚴(yán)格檢查各段電源和各開關(guān)分合位置情況，嚴(yán)防發(fā)生兩段不同電源并列運行現(xiàn)象。

3 運行維護注意事項

3.1 切換試驗

對前一節(jié)站用系統(tǒng)，在新投、檢修后，或正常運行必要時，需對其進行切換試驗，以檢查其自動切換功能完好與否。

1）試驗方式。381、3831、380開關(guān)間自動切換試驗操作順序：①拉開1號站用變壓器高壓側(cè)101開關(guān)，檢查是否按照邏輯順序，先是381開關(guān)斷開，然后3831開關(guān)合上；②拉開0號站用變壓器高壓側(cè)103開關(guān)，檢查是否按照邏輯順序，先是3831開關(guān)斷開，然后380開關(guān)合上；③合上0號站用變壓器高壓側(cè)103開關(guān)，檢查是否按照邏輯順序，先是380開關(guān)斷開，然后3831開關(guān)合上；④合上1號站用變壓器高壓側(cè)101開關(guān)，檢查是否按照邏輯順序，先是3831開關(guān)斷開，然后381開關(guān)合上；⑤在步驟②后，合上1號站用變壓器高壓側(cè)101開關(guān)，檢查是否按照邏輯順序，先是380開關(guān)斷開，然后381開關(guān)合上。

382 、3832 、380 開關(guān)間自動切換試驗操作順序和381、3831、380開關(guān)間自動切換試驗操作順序相類似。

2）注意事項。在進行1）中所述切換試驗前，要先檢查該站用系統(tǒng)在正常運行方式，即381、382開關(guān)在合位，3831、3832、380開關(guān)在分位；同時，檢查380VⅠ段、Ⅱ段和備用段母線電壓均指示正常。

3.2 保護動作處理

1）區(qū)外保護動作。如圖1所示，當(dāng)故障發(fā)生在站用381、382、3831、3832開關(guān)電源側(cè)（區(qū)外），保護動作跳開101（或102、103）開關(guān)時，除了需檢查具體故障點和故障原因外，還應(yīng)檢查站用380V各開關(guān)是否按照設(shè)計邏輯順序進行相應(yīng)切換，保證站用380V負(fù)荷的正常用電。

2）區(qū)內(nèi)保護動作。當(dāng)故障發(fā)生在站用381、382、3831、3832、380開關(guān)至各出線負(fù)荷開關(guān)間（區(qū)內(nèi)），應(yīng)詳細(xì)檢查具體故障點、故障原因及保護動作、開關(guān)跳閘情況，根據(jù)實際檢查情況：①若故障能立即消除，復(fù)歸各保護動作信號，恢復(fù)站用系統(tǒng)正常運行；②若故障不能立即消除，將故障相鄰站用380V開關(guān)“手動/自動”控制方式切至“手動”位置，如對于381、3831、380開關(guān)至各出線負(fù)荷開關(guān)間故障，其相鄰開關(guān)即為381、3831和380開關(guān)，然后拉開相應(yīng)刀閘和出線負(fù)荷開關(guān)，將故障進行隔離，等待檢修處理。

3）注意事項。在區(qū)內(nèi)保護動作跳開開關(guān)后，需在將故障相鄰站用380V開關(guān)“手動/自動”控制方式切至“手動”位置后，才能復(fù)歸相應(yīng)保護動作信號，防止開關(guān)誤合閘，造成再一次的短路沖擊。

3.3 設(shè)備檢修

1）停電操作。在站用系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)異常等情況需對設(shè)備進行檢修時，需先將相應(yīng)設(shè)備停電，并做好安全措施后進行。

2）注意事項。在對設(shè)備進行停電檢修前，先將相應(yīng)需斷開開關(guān)“手動/自動”控制方式切至“手動”位置后，拉開相應(yīng)開關(guān)及刀閘，并檢查其他開關(guān)切換正確，運行開關(guān)已帶上了所有負(fù)荷。

4 結(jié)語

本文所述變電站站用交流系統(tǒng)實現(xiàn)了各供電電源之間的自動切換功能，并在部分設(shè)備故障情況下，能夠自動斷開相關(guān)開關(guān)，隔離故障區(qū)域，大大提高了站用交流系統(tǒng)的供電可靠性和安全性，其運行方式靈活，試驗、檢修方便，為電網(wǎng)的安全可靠運行提供了良好基礎(chǔ)[8]。

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An Intelligent Design and Application of the AC System in Substation Power

SU Feng-fei,YUAN Zhong-dong
（Xi’an Power Supply Bureau,Xi’an 710032,Shaanxi Province,China）

Based on a typical wiring of the AC system in substation power sources,this paper introduces the specific realization of the system′s intelligent working pattern.It also explores the related operation and maintenance services of the system such as the AC testing and inspection and repairing services.The study conduced in the paper can serve as reference to the design and application of the AC system in substation power sources.

power station system;intelligent;substation

從一種變電站站用交流系統(tǒng)典型接線形式出發(fā)，介紹了該種系統(tǒng)智能化工作方式的具體實現(xiàn)；在此基礎(chǔ)上，探討了該種站用交流系統(tǒng)試驗、檢修等運行維護注意事項，對變電站站用交流系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用有一定的參考作用。

站用系統(tǒng)；智能化；變電站

1674-3814（2011）11-0035-06

TM642

B

2011-07-02。

蘇鳳飛（1981—），男，碩士研究生，工程師，從事變電運行方面的工作。

（編輯 董小兵）