備用電源自投裝置的閉鎖與可靠性問題的探討

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展及人民生活水平的提高，人們對(duì)電力系統(tǒng)可靠性的要求也愈來愈高。備用電源自投裝置是保證供電電源安全、可靠和不間斷供電的重要手段之一，因此在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，并在其中發(fā)揮著極其重要的作用。本文主要分析了備用電源自投裝置的基本原理、基本要求以及閉鎖設(shè)計(jì)，并探討了其在變電站中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：備自投裝置;閉鎖方式;案例分析

1.前言

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，供電可靠性成為供電考核的重要指標(biāo)之一。因此各種電源的相互切換，保證電源的不間斷供電和供電的高可靠性成了電力系統(tǒng)的重要部分。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性并提升雙電源和以上供電負(fù)荷供電的可靠性、保證連續(xù)供電，一般使用備用電源自動(dòng)投入裝置。備自投裝置結(jié)合供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)裝置，是使供電網(wǎng)絡(luò)能夠持續(xù)供電的經(jīng)濟(jì)高效的重要設(shè)施，是使電網(wǎng)穩(wěn)定、安全、可靠運(yùn)行的重要手段。因此對(duì)備自投裝置的閉鎖與可靠性問題進(jìn)行深入研究成為了供電行業(yè)的重要課題。

2.備自投的基本原理

備自投裝置是假如工作電源由于故障而斷開后，可以自動(dòng)并且快速地讓備用電源開展工作或是將用戶切入到備用電源上，進(jìn)而避免用戶面臨停電狀況的一種自動(dòng)裝置。如圖1所示，正常工作時(shí)，主電源QF 1DL 開關(guān)合閘，主電源通過QF 1DL 開關(guān)帶用電設(shè)備負(fù)荷。當(dāng)出現(xiàn)主電源QF 1DL 開關(guān)跳閘時(shí)，用電設(shè)備停電，備用電源自投裝置動(dòng)作。QF 2DL 開關(guān)合閘，備用電源通過開關(guān)帶用電設(shè)備負(fù)荷。

2.1采用主電源缺相后自動(dòng)投入備用電源方式

在主電源回路中加裝零序電壓繼電器。正常工作時(shí)，因主電源三相均有電壓，零序電壓繼電器上無電壓，不起動(dòng)備用電源投入回路。當(dāng)主電源電壓消失或缺相運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生零序電壓，零序電壓繼電器起動(dòng)，主電開關(guān)跳閘，同時(shí)起動(dòng)備用電源動(dòng)作回路，使備用電源投入運(yùn)行。

2.2主電源開關(guān)位置變位后自動(dòng)投入備用電源方式

該方法即采用主電源開關(guān)的輔助接點(diǎn)控制備用電源自動(dòng)回路。當(dāng)主電源開關(guān)正常工作時(shí)，其備用電源起動(dòng)回路中串入常開接點(diǎn)斷開備用電源自起動(dòng)回路，主電源帶用電負(fù)荷。當(dāng)主電源開關(guān)變位后，常閉接點(diǎn)斷開主電源合閘回路，主電源輔助常開接點(diǎn)接通，起動(dòng)備用電源自投回路，備用電源開關(guān)合閘，備用電源帶全部用電負(fù)荷。

2.3采用其他備用電源投入方式

當(dāng)前用電設(shè)備普遍采用上述兩種備用電源自動(dòng)投入裝置。也有部分采取其他方式起動(dòng)備用電源自動(dòng)投入裝置。如采用在主電源負(fù)荷側(cè)加裝電壓繼電器，利用其主電源電壓作為判據(jù)，使用電壓繼電器輔助接點(diǎn)控制備用電源起動(dòng)回路;還有使用主電源負(fù)荷電流等。

圖1" 備用電源自動(dòng)投入裝置示意

3.備自投需滿足的條件

3.1 充電條件

變電站的主供電路以及備供線路上的電壓都不可以為零，前者主供電路的開關(guān)位于合位，備供線路電壓的開關(guān)位于分位，延長(zhǎng)5～8s的操作之后，讓備自投裝置整體都在充電，利用分合位上的母聯(lián)開關(guān)可以知道其運(yùn)行方式其正確與否，另外可以把各支路線的功率計(jì)算出來。

3.2 啟動(dòng)條件

一是備用電源上一定要有電壓，并且要完全符合充電條件之后備自投裝置才可以被啟動(dòng)。二是主供電源的線路上沒有電壓同時(shí)當(dāng)備供電源線路上有電壓的時(shí)候，必須確保其運(yùn)行方式的正確性，才能啟動(dòng)備自投裝置。三是為了防止電氣元件的故障導(dǎo)致備用電源形成故障，提升其安全性，一定要切斷主供電源之后才能啟動(dòng)備自投裝置。四是主供電源線路上不存在電壓的時(shí)候，為了防止備自投裝置形成錯(cuò)誤動(dòng)作，造成設(shè)備故障，一定要利用無電流檢測(cè)主供電源之后才可以啟動(dòng)備自投裝置。

3.3 動(dòng)作原則

第一，一旦裝置運(yùn)行方式或是外部閉鎖信號(hào)的判斷存在異常狀況時(shí)應(yīng)停止備自投動(dòng)作。第二，當(dāng)電器元件出現(xiàn)永久性故障的時(shí)候，為防止故障元件讓備用電源遭受不利影響，備自投裝置只能夠動(dòng)作一次。第三，為防止備自投動(dòng)作的時(shí)間太長(zhǎng)導(dǎo)致故障元件嚴(yán)重破壞電網(wǎng)，備自投動(dòng)作必須要快速，用時(shí)短。第四，為避免事故不斷蔓延，假如母線產(chǎn)生故障，必須要加快其保護(hù)動(dòng)作，并且要閉鎖裝置。

3.4 閉鎖條件

一是進(jìn)行該裝置線路的檢修時(shí)，只需閉鎖檢修中的開關(guān)。二是在開關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作或是母差保護(hù)動(dòng)作狀況下，必須閉鎖該裝置，在完成人工操作之后，才可以解除閉鎖。三是利用人工操作閉鎖該裝置時(shí)，可使總壓板閉鎖進(jìn)行出口閉鎖。四是手動(dòng)操作某開關(guān)，同時(shí)會(huì)使另一開關(guān)的自投能力閉鎖。此外，備自投裝置存在異常時(shí)也應(yīng)閉鎖。

4.備用電源自投裝置的閉鎖設(shè)計(jì)

4.1電壓閉鎖

備用電源自投起動(dòng)的條件是主電源母線無電壓和備用電源線路有電壓。當(dāng)主電源開關(guān)跳閘時(shí)，母線電壓會(huì)變成備用電源的電壓，如果母線無壓的定值偏小，就會(huì)導(dǎo)致備用電源自投裝置無法啟動(dòng)，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高檢母線無壓定值，保證備用電源自投裝置能夠正常工作。

4.2電流閉鎖

當(dāng)主電源母線處于無電壓狀態(tài)時(shí)，如果遇上回路空氣開關(guān)誤分或短路跳開的情況，就容易造成備用電源自投裝置誤動(dòng)。本裝置最好選擇三相電流，這樣能保證備用電源自投裝置的安全性，負(fù)荷電流不應(yīng)過大，防止在輕負(fù)荷情況下電流閉鎖無法實(shí)現(xiàn)。

4.3保護(hù)閉鎖

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母線出現(xiàn)故障時(shí)，應(yīng)使備用電源自投裝置自動(dòng)閉鎖，防止再往發(fā)生故障的位置送電，進(jìn)一步加劇設(shè)備損壞，這樣不僅會(huì)給電力企業(yè)帶來?yè)p失，還會(huì)影響人們正常的生產(chǎn)和生活。當(dāng)在高壓側(cè)采用內(nèi)橋方式進(jìn)行接線時(shí)，其內(nèi)部故障時(shí)應(yīng)閉鎖內(nèi)橋備用電源自投裝置。對(duì)于進(jìn)線備用電源自投裝置，均要設(shè)置電流保護(hù)裝置，一旦發(fā)生供電事故，備自投裝置便能及時(shí)對(duì)供電裝置進(jìn)行保護(hù)，避免造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

4.4開關(guān)量閉鎖

備用電源自投裝置可以根據(jù)不同的開關(guān)量設(shè)置不同的閉鎖程序。線路備投時(shí)，主電源開關(guān)在合位，各電源開關(guān)在分位;橋、母聯(lián)自投時(shí)，主、備電源開關(guān)在合位，橋、母聯(lián)開關(guān)在分位;主變備投時(shí)，主電源主、變各側(cè)開關(guān)在合位、備電源主、變各側(cè)開關(guān)在分位。在這種情況下，當(dāng)所有條件滿足時(shí)就能啟動(dòng)閉鎖程序，保護(hù)供電裝置。

5.備用電源自動(dòng)投入裝置相關(guān)問題處理

第一，備自投裝置的閉鎖問題：一般來說主變后備保護(hù)是相應(yīng)母線及出線的后備，此時(shí)如果是出線開關(guān)拒動(dòng)或母線發(fā)生故障，備自投不應(yīng)動(dòng)作;內(nèi)橋接線注意主變保護(hù)動(dòng)作要閉鎖對(duì)側(cè)的備自投，防止備投到故障主變上。第二，對(duì)中、低壓側(cè)有小電源接入變電站的備自投裝置，可以不聯(lián)切小電源，靠定值配合的方法來避免裝置動(dòng)作對(duì)小電源的沖擊，比如用低周、低壓解列。但對(duì)有大電源接入的變電站，可以采用主變保護(hù)聯(lián)切電源或備投聯(lián)切電源進(jìn)線開關(guān)的方法，防止非同期并網(wǎng)及對(duì)小電廠的沖擊。第三，當(dāng)變電站最大負(fù)荷大于單臺(tái)主變的額定容量時(shí)，若主變發(fā)生 N-1故障，備投投入時(shí)，可能使另一臺(tái)主變嚴(yán)重過載甚至跳閘。建議為了降低備自投的復(fù)雜程度，確保備自投裝置正確動(dòng)作，不用備自投裝置的過負(fù)荷聯(lián)切功能。

而采取變電站最大負(fù)荷超過單臺(tái)主變（小主變）額定容量的 1.6倍左右時(shí)停用相關(guān)備投裝置，避免備投后主變過載跳閘。

6.案例分析：高壓側(cè)母線故障

6.1 通過母差保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)使備自投閉鎖

以某地區(qū) 220 kV 變電站的自投裝置作為例子，假如在 220kV I母線或Ⅱ母線上產(chǎn)生故障，因其有兩套 220kV 微機(jī)母線保護(hù)裝置，因此可以用母差保護(hù)動(dòng)作來閉鎖備自投裝置。當(dāng)高壓側(cè)母線存在故障時(shí)，母差進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，使母差保護(hù)的動(dòng)作接點(diǎn)閉合之后使備自投裝置的放電回路得以接通，進(jìn)而閉鎖裝置。

6.2采取過流閉鎖備自投的方式

以高壓側(cè) I 母線發(fā)生故障為例，此時(shí)備自投應(yīng)可靠閉鎖，利用裝置的過流閉鎖功能，即通過檢測(cè)失壓前線路電流超過定值，接通備自投裝置的放電回路，備自投就被閉鎖。過流定值的整定必須依照高壓側(cè)母線故障含有充足的靈敏度進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而使高壓側(cè)母線產(chǎn)生故障的時(shí)候，可以安全閉鎖備自投裝置。

6.3利用分段開關(guān)的過流保護(hù)保護(hù)動(dòng)作跳閘，避免備用電源因誤投于故障而造成全站失電。

因?yàn)樵撜緵]有母線保護(hù)功能，假如在35 kV母線上存在故障時(shí)，可以通過分段開關(guān) 345 的過流保護(hù)功能進(jìn)行保護(hù)。一旦35V 母線上產(chǎn)生故障，備自投閉合分段開關(guān)之后，利用檢測(cè)分段開關(guān) 345 電流電壓值達(dá)到整定值而使分段開關(guān)跳開，這樣就防止了備自投由于誤投于故障而導(dǎo)致的全站失電。

7.結(jié)語(yǔ)

備自投裝置在電網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)取得了很多成功的經(jīng)驗(yàn)，但是隨著電力系統(tǒng)的不斷完善和復(fù)雜，日益提高的電網(wǎng)自動(dòng)化和堅(jiān)強(qiáng)程度要求，使得原來不太明顯的問題逐步顯現(xiàn)出來。備自投裝置是系統(tǒng)自動(dòng)裝置與繼電保護(hù)相結(jié)合，接線簡(jiǎn)單、可靠性高，是一種對(duì)用戶提供不間斷供電的經(jīng)濟(jì)而又有效的技術(shù)措施。我們要繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)備用電源自投裝置的閉鎖與可靠性的研究，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性以及可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋國(guó)堂，于海鵬，趙文靜，王莉.備用電源自動(dòng)投入裝置應(yīng)用中的誤動(dòng)問題分析及應(yīng)對(duì)措施叨.電力自動(dòng)化設(shè)備，2010，30（7）.

[2]劉華毅，何霖.淺析備用電源自投裝置應(yīng)用中應(yīng)注意的特殊問題[J].科技風(fēng)，2009（19）.

[3]王春成.備用電源自動(dòng)投入裝置在 配電網(wǎng)中的合理應(yīng)用叨.陜西電力，2010，38（7）