實(shí)用備自投裝置測試儀的設(shè)計(jì)與研制

馬濤 武萬才 張曉磊

（寧夏電力公司吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

隨著電力負(fù)荷的增長，為了保證電力系統(tǒng)供電可靠性，在一些重要的110kV及以下的中、低壓變電站，設(shè)置了備用電源。當(dāng)工作電源因故障被斷開以后，備用電源自動(dòng)投入裝置能自動(dòng)而迅速地將備用電源投入工作，保證用戶連續(xù)供電，消除工作電源因故障被迫斷開造成用戶停電，提高變電站供電可靠性[1-4]。為了保證供電可靠性，保證備自投能正確動(dòng)作，對備自投裝置進(jìn)行定期檢驗(yàn)就變得尤為重要。

目前市場上的備自投校驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)通過中央處理器控制開關(guān)模擬單元，存在經(jīng)濟(jì)原因及測試方式的不足，基于繼電保護(hù)中的二次回路控制原理[5]，設(shè)計(jì)并研制了能夠測試母聯(lián)備自投和進(jìn)線備自投兩種最基本方式的實(shí)用備自投測試儀，克服了市場上備自投校驗(yàn)儀的不足，成功運(yùn)用于現(xiàn)場備自投裝置的檢驗(yàn)中，下面介紹其設(shè)計(jì)思想，供同仁參考。

1 備自投裝置試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 進(jìn)線備自投方式

進(jìn)線備自投方式如圖1所示。

圖1 進(jìn)線備自投方式

進(jìn)線備自投正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線并列運(yùn)行，1DL進(jìn)線電源帶負(fù)荷，當(dāng)1DL進(jìn)線電源因故障或其它原因被斷開后，2DL進(jìn)線電源開關(guān)應(yīng)自動(dòng)投入，且只允許動(dòng)作一次。

進(jìn)線備自投試驗(yàn)內(nèi)容有[6]：①斷路器互備試驗(yàn)；②手分/遠(yuǎn)方分閘閉鎖進(jìn)線備自投裝置動(dòng)作試驗(yàn)；③保護(hù)跳閘未重合備自投裝置動(dòng)作試驗(yàn)；④對側(cè)斷路器偷跳，全所失壓備自投裝置動(dòng)作試驗(yàn)；⑤進(jìn)線備自投裝置充電條件試驗(yàn)；⑥進(jìn)線備自投裝置放電條件試驗(yàn)；⑦進(jìn)線備自投裝置告警條件試驗(yàn)。

1.2 母聯(lián)備自投方式

母聯(lián)備自投方式如圖2所示。

圖2 母聯(lián)備自投方式

母聯(lián)備自投正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線分裂運(yùn)行，1DL進(jìn)線電源和2DL進(jìn)線電源各帶一段母線，當(dāng)某一進(jìn)線電源因故障或其他原因被斷開后，F(xiàn)DL分段開關(guān)應(yīng)自動(dòng)投入，且只允許動(dòng)作一次。

母聯(lián)備自投試驗(yàn)內(nèi)容有[6]：①斷路器互備試驗(yàn)；②手分/遠(yuǎn)方分閘閉鎖母聯(lián)備自投裝置動(dòng)作試驗(yàn)；③母聯(lián)備自投裝置充電條件試驗(yàn)；④母聯(lián)備自投裝置放電條件試驗(yàn)；⑤母聯(lián)備自投裝置告警條件試驗(yàn)。

2 備自投試驗(yàn)現(xiàn)狀與測試儀技術(shù)要求

2.1 備自投裝置試驗(yàn)現(xiàn)狀

備自投在檢驗(yàn)過程中為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，往往進(jìn)線斷路器（1DL或2DL）不能全停，母聯(lián)斷路器（3DL）檢修，這種狀況下進(jìn)線、母聯(lián)斷路器位置的開入量無法開入到備自投裝置，備自投裝置無法控制母聯(lián)斷路器正確合閘。傳統(tǒng)的方法是待母聯(lián)斷路器檢修結(jié)束后，靠人為短接相關(guān)斷路器位置開入的方法測試邏輯出口正確性，這種方法首先需要待母聯(lián)斷路器檢修結(jié)束方可進(jìn)行，備自投裝置保護(hù)校驗(yàn)不能與母聯(lián)斷路器檢修平行作業(yè)；其次需要多人配合，測試人員不易對順序準(zhǔn)確把握，試驗(yàn)失敗率高。傳統(tǒng)方法導(dǎo)致備自投裝置保護(hù)校驗(yàn)的周期較長，延長了備自投停運(yùn)時(shí)間，降低了供電可靠性。微機(jī)備自投測試儀雖然可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)線斷路器開入量模擬，但卻不能控制母聯(lián)斷路器分、合閘。

2.2 備自投裝置測試儀技術(shù)要求

備自投裝置測試儀應(yīng)能滿足以下要求：①裝置能模擬母聯(lián)斷路器分、合閘。裝置能像斷路器一樣進(jìn)行分合置位，能模擬進(jìn)線斷路器合后繼電器（區(qū)分手動(dòng)分閘還是保護(hù)跳閘）動(dòng)作情況；②裝置能采用固定接線方式與備自投裝置連接代替人為短接進(jìn)行開入，能將相應(yīng)的斷路器位置，合后繼電器位置開入到備自投裝置，并且能與備自投裝置緊密配合，能根據(jù)備自投裝置動(dòng)作情況做出反應(yīng)，將相應(yīng)斷路器位置開入量反饋給備自投裝置，實(shí)現(xiàn)斷路器位置開入量自動(dòng)切換開入；③接線簡單易行；④不影響其他保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。

3 實(shí)用備自投裝置測試儀設(shè)計(jì)與研制

3.1 進(jìn)線備自投裝置測試儀設(shè)計(jì)原理

備自投裝置測試儀設(shè)計(jì)原理之一是進(jìn)線備自投，斷路器（1DL、2DL）分、合置位設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 進(jìn)線備自投測試儀設(shè)計(jì)原理圖

1）原理圖3各元件功能說明

（1）ZJ為帶動(dòng)作與復(fù)歸線圈的自保持繼電器，工作電壓為 220V直流電壓，當(dāng)其動(dòng)作線圈帶電常開接點(diǎn)閉合，可接入備自投保護(hù)裝置模擬斷路器合位，當(dāng)其復(fù)歸線圈帶電常閉接點(diǎn)閉合，可接入備自投保護(hù)裝置模擬斷路器分位，用于模擬進(jìn)線斷路器運(yùn)行狀態(tài)。

（2）KKJ為帶動(dòng)作與復(fù)歸線圈的自保持繼電器，工作電壓為220V直流電壓，當(dāng)其動(dòng)作線圈帶電其常開接點(diǎn)閉合，可接入備自投保護(hù)裝置模擬手動(dòng)合閘合后繼電器動(dòng)作開入，當(dāng)其復(fù)歸線圈帶電常閉接點(diǎn)閉合，可接入備自投保護(hù)裝置模擬手動(dòng)分閘合后繼電器復(fù)歸開入，用于模擬合后繼電器工作狀態(tài)，區(qū)分進(jìn)線斷路器是經(jīng)保護(hù)跳閘還是手動(dòng)分閘。

（3）D為二極管，耐壓大于 220V直流電壓，其特性為正向?qū)ǎ脕矸乐鼓M保護(hù)跳閘時(shí)3點(diǎn)正電串入2點(diǎn)。

（4）LD為綠燈，當(dāng)有 220V直流電壓作用于其兩端時(shí)點(diǎn)亮發(fā)綠光，用來模擬指示斷路器跳位。

（5）HD為紅燈，當(dāng)有 220V直流電壓作用于其兩端時(shí)點(diǎn)亮發(fā)紅光，用來模擬指示斷路器合位。

2）進(jìn)線備自投設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)

（1）保護(hù)跳閘按鈕采用復(fù)歸按鈕，當(dāng)此按鈕按下去之后，接點(diǎn)閉合，松開后自動(dòng)復(fù)歸斷開，當(dāng)保護(hù)跳閘按鈕按下去之后，3點(diǎn)帶正電，ZJ（模擬斷路器）復(fù)歸線圈尾部接負(fù)電，電壓作用于ZJ復(fù)歸線圈兩端，復(fù)歸線圈復(fù)歸失磁，對應(yīng)常閉接點(diǎn)閉合（ZJ1閉合，綠燈LD帶電點(diǎn)亮，KKJ常閉接點(diǎn)圖中未畫出），可以將其備用接點(diǎn)引入備自投裝置模擬斷路器跳閘位置。由于二極管反向截止，正電無法到達(dá)2點(diǎn)，KKJ（模擬合后繼電器）復(fù)歸線圈無法得到正電，所以KKJ保持原始狀態(tài)，其接點(diǎn)保持原態(tài)，此功能用來模擬實(shí)際保護(hù)跳閘時(shí)不驅(qū)動(dòng)合后繼電器狀態(tài)，用于區(qū)分保護(hù)跳閘還是手動(dòng)分閘。

（2）分閘按鈕也采用復(fù)歸按鈕，當(dāng)此按鈕按下去之后，2點(diǎn)帶正電，由于二極管正向?qū)ǎ?點(diǎn)也帶正電，此時(shí)ZJ復(fù)歸線圈、KKJ復(fù)歸線圈同時(shí)帶電復(fù)歸失磁，它們所分別對應(yīng)的常閉接點(diǎn)閉合（ZJ1閉合，綠燈LD帶電點(diǎn)亮，KKJ常閉接點(diǎn)圖中未畫出），可以將這些對應(yīng)接點(diǎn)引入備自投裝置來模擬斷路器跳閘位置、手分閉鎖斷路器量開入。此功能用于模擬實(shí)際進(jìn)線斷路器手動(dòng)分閘狀態(tài)。

（3）合閘按鈕也采用復(fù)歸按鈕，當(dāng)此按鈕按下去之后，1點(diǎn)帶正電，此時(shí)ZJ動(dòng)作線圈、KKJ動(dòng)作線圈同時(shí)帶電動(dòng)作，它們所分別對應(yīng)的常開接點(diǎn)閉合（ZJ2閉合，紅燈HD帶電點(diǎn)亮，KKJ常開接點(diǎn)圖中未畫出），可以將這些對應(yīng)接點(diǎn)引入備自投裝置來模擬斷路器合閘位置、手合斷路器量開入。此功能用于模擬實(shí)際進(jìn)線斷路器手動(dòng)合閘狀態(tài)。

3.2 母聯(lián)備自投裝置測試儀設(shè)計(jì)原理

備自投裝置測試儀設(shè)計(jì)原理之二是母聯(lián)備自投，斷路器（3DL）分、合置位設(shè)計(jì)如圖4所示。+-

圖4 母聯(lián)備自投測試儀設(shè)計(jì)原理圖

1）原理4各元件功能說明

（1）ZJ1為中間繼電器，工作電壓為220V直流電壓，當(dāng)其線圈帶電常開接點(diǎn)閉合，配合ZJ動(dòng)作線圈動(dòng)作后常開接點(diǎn)閉合。

（2）ZJ2為中間繼電器，工作電壓為220V直流電壓，當(dāng)其線圈帶電常開接點(diǎn)閉合，配合ZJ復(fù)歸線圈動(dòng)作后常閉接點(diǎn)閉合。

（3）HQ為合閘電磁鐵，工作電壓為220V直流電壓，當(dāng)其線圈帶電驅(qū)動(dòng)合閘微動(dòng)斷路器，合閘微動(dòng)斷路器常開接點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)雙位置繼電器ZJ復(fù)歸線圈，ZJ常開接點(diǎn)打開，ZJ1常開接點(diǎn)打開。ZJ常閉接點(diǎn)閉合，ZJ2常開接點(diǎn)閉合。

（4）TQ 為分閘電磁鐵，工作電壓為220V直流電壓，當(dāng)其線圈帶電驅(qū)動(dòng)分閘微動(dòng)斷路器，分閘微動(dòng)斷路器常開接點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)雙位置繼電器ZJ動(dòng)作線圈，ZJ常閉接點(diǎn)打開，ZJ2常開接點(diǎn)打開。ZJ常開接點(diǎn)閉合，ZJ1常開接點(diǎn)閉合。

（5）HQWD為合閘微動(dòng)斷路器，配合HQ動(dòng)作后驅(qū)動(dòng)ZJ復(fù)歸線圈。

（6）TQWD為分閘微動(dòng)斷路器，配合TQ動(dòng)作后驅(qū)動(dòng)ZJ動(dòng)作線圈。

（7）R為240Ω電阻，控制分、合閘電流。

（8）其余和進(jìn)線備自投元件功能相同。

2）母聯(lián)備自投設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)

（1）分閘按鈕采用復(fù)歸按鈕，當(dāng)此按鈕按下去之后，2點(diǎn)帶正電，分閘電磁鐵動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)分閘微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)常開接點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)雙位置繼電器ZJ動(dòng)作線圈，ZJ常閉接點(diǎn)打開，ZJ2繼電器失磁，其常開接點(diǎn)打開，紅燈熄滅；ZJ常開接點(diǎn)閉合，ZJ1繼電器勵(lì)磁，其常開接點(diǎn)閉合，綠燈點(diǎn)亮。

（2）合閘按鈕采用復(fù)歸按鈕，當(dāng)此按鈕按下去之后，1點(diǎn)帶正電，合閘電磁鐵動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)合閘微動(dòng)開關(guān)，微動(dòng)開關(guān)常開接點(diǎn)閉合，驅(qū)動(dòng)雙位置繼電器ZJ復(fù)歸線圈，ZJ常開接點(diǎn)打開，ZJ1繼電器失磁，其常開接點(diǎn)打開，綠燈熄滅；ZJ常閉接點(diǎn)閉合，ZJ2繼電器勵(lì)磁，其常開接點(diǎn)閉合，紅燈點(diǎn)亮。

3.3 備自投裝置測試儀的研制與效益

基于上述兩種備自投方式設(shè)計(jì)理念，研制并實(shí)現(xiàn)了實(shí)用備自投測試儀裝置，裝置面板與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 實(shí)用備自投測試儀設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

用實(shí)用備自投測試儀對多所變電站備自投裝置進(jìn)行效果檢查如表1所示。

表1 備自投測試儀使用前后效果對比

取得的效益如下：

（1）減少了與一次設(shè)備檢修、高壓試驗(yàn)等其他班組的交叉作業(yè)，縮短了備自投裝置校驗(yàn)時(shí)間，減少了備自投裝置停運(yùn)時(shí)間。

（2）實(shí)用備自投裝置測試儀費(fèi)用低廉；能模擬母聯(lián)斷路器分、合閘動(dòng)作行為；能將相應(yīng)的斷路器位置、合后繼電器位置的開關(guān)量開入到備自投裝置，并且能與備自投裝置緊密配合，能根據(jù)備自投裝置動(dòng)作情況做出反應(yīng)，將相應(yīng)斷路器位置開入量反饋給備自投裝置，實(shí)現(xiàn)了斷路器位置開入量自動(dòng)切換，減少了工作人員投入，降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）降低了人為因素導(dǎo)致的短路、誤動(dòng)等危險(xiǎn)點(diǎn)幾率，維護(hù)了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）在備自投裝置或線路保護(hù)裝置新安裝中，裝置保護(hù)校驗(yàn)與電纜敷設(shè)平行作業(yè)，縮短了備自投裝置或線路保護(hù)裝置新安裝時(shí)間。

4 結(jié)論

本文結(jié)合工程實(shí)踐，研制了可模擬3臺斷路器出口的實(shí)用備自投裝置測試儀已運(yùn)用到地區(qū)電網(wǎng)各變電站母聯(lián)或進(jìn)線備自投安裝檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)中并取得了國家實(shí)用新型專利，極大地提高了備自投裝置檢驗(yàn)效率。同時(shí)針對實(shí)用備自投測試儀的不足，繼續(xù)鉆研變壓器備自投、負(fù)荷均分備自投等自動(dòng)裝置的邏輯校驗(yàn)原理，為相應(yīng)的備自投測試儀功能的完善與實(shí)現(xiàn)做進(jìn)一步的探索。

[1]馬小珍.兩種備自投裝置的邏輯分析與改進(jìn)[J].現(xiàn)代電力,2010,27(1):53-55..

[2]姚棟.應(yīng)用綜合微機(jī)保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)備自投功能[J].電氣應(yīng)用,2007,4(3):26-27.

[3]國家電力調(diào)度通信中心.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京:中國電力出版社,2009:479-488.

[4]唐海軍,楊承衛(wèi),姚翔,等.電網(wǎng)備用電源自動(dòng)投入的實(shí)踐與思考[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2005,25(8):99-101.

[5]江蘇省電力公司.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理與實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2006:527-537..

[6]李七鑫,王小琪.備自投裝置調(diào)試探討[J].山西電力,2009,153(2):37-38.