一種雙變壓器自動投切方案

任力++程云祥++王曉梅++潘曰濤++郁章偉

摘 要：目前我國配電變壓器的切換大多通過人工操作完成。當(dāng)配電變壓器內(nèi)部發(fā)生故障、低壓側(cè)失壓分閘或過流故障分閘后，不能實(shí)現(xiàn)快速故障隔離和用戶供電恢復(fù)。本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案，當(dāng)系統(tǒng)檢測到變壓器低壓側(cè)發(fā)生失壓跳閘或收到過流故障信息后，以1#變壓器低壓開關(guān)為基準(zhǔn)，判斷分閘情況，延時△t時間后，進(jìn)行重合閘和備自投邏輯關(guān)系判斷，使變壓器進(jìn)行正常投切。經(jīng)PSCAD仿真驗(yàn)證，該控制方法能保證變壓器對負(fù)荷的持續(xù)供電，減少停電時間，提高供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；重合閘；備自投；失壓分閘

中圖分類號：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0118-02

隨著用戶用電需求增加，對供電可靠性等提出了更高要求。很多地方都是雙變壓器互為備用給用戶供電[1]，這些變壓器的切換都是通過人工操作完成，由于沒有采取智能控制措施，一旦變壓器內(nèi)部故障或其高壓側(cè)失壓后，低壓側(cè)斷路器會失壓跳閘，不能實(shí)現(xiàn)快速故障隔離和用戶供電恢復(fù)。此外，國內(nèi)在配電變壓器備自投和重合閘的投入較少，多數(shù)變壓器的重合閘和備自投功能單獨(dú)使用，不能相互配合[2]。本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案，該控制方法中重合閘和備自投功能相互配合，能在較短時間內(nèi)自動恢復(fù)供電，真正實(shí)現(xiàn)可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 總體方案

典型的10kV配電網(wǎng)雙變壓器運(yùn)行方式接線如圖1所示，1#為主變壓器，2#為備用變壓器。1#變壓器和2#變壓器分別設(shè)有高壓開關(guān)和低壓開關(guān)，雙變壓器低壓側(cè)由母聯(lián)開關(guān)相連。其中，1#變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)初始狀態(tài)為閉合的，處于正常工作狀態(tài)；2#變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)初始狀態(tài)為斷開的，作為備用。雙變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)裝有PT、CT來實(shí)時測量和監(jiān)控高低壓側(cè)電壓和電流。

以1#變壓器低壓開關(guān)為基準(zhǔn)，重合閘和備自投都以低壓開關(guān)分閘作為啟動條件，低壓分閘有三種情況：失壓分閘、過流故障分閘和手動分閘。重合閘裝置和備自投裝置都設(shè)有充放電邏輯，只有充滿電才能允許動作，且只允許動作一次，動作后只有手動復(fù)位才能重新投入運(yùn)行。此外，雙變壓器的監(jiān)控裝置具備低壓側(cè)開關(guān)失壓跳閘功能和故障檢測功能。同時還實(shí)時監(jiān)測采集高、低壓開關(guān)的電壓、電流信號以及開關(guān)的分合位置。

雙變壓器的1#變壓器正常帶負(fù)荷運(yùn)行，2#變壓器作為備用。在低壓側(cè)檢測到失壓跳閘后，根據(jù)失壓跳閘信號啟動邏輯關(guān)系檢測配電變壓器高壓側(cè)電壓，在設(shè)定的時間內(nèi)，若高壓側(cè)恢復(fù)供電并且低壓側(cè)投入重合閘功能，監(jiān)控裝置則啟動低壓側(cè)的合閘開關(guān)，恢復(fù)供電。

若1#變壓器高壓側(cè)長時間失電后，2#變壓器作為備用投入使用，通過母聯(lián)開關(guān)繼續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行，保證可靠持續(xù)供電。

若1#低壓重合閘未投入或者1#低壓重合閘投入了而沒有滿足重合條件，則投入2#變壓器和母聯(lián)開關(guān)的備自投功能，在2#變壓器的額定容量大于實(shí)際負(fù)荷數(shù)值的條件下，則啟動備用配電變壓器的高低壓開關(guān)合閘以及變壓器低壓側(cè)母聯(lián)開關(guān)的合閘命令，短時間內(nèi)恢復(fù)供電。

2 重合閘及備自投智能控制方案

2.1 失壓分閘情況

低壓開關(guān)失壓跳閘經(jīng)過△t時間后收到保護(hù)信息，分為以下兩種邏輯關(guān)系：

（1）若1#低壓開關(guān)重合閘功能投入，執(zhí)行1#重合閘邏輯關(guān)系。延時△t，判斷1#變壓器高壓側(cè)是否有壓。若有壓，重合1#低壓開關(guān)；若無壓且2#低壓開關(guān)備自投和母聯(lián)開關(guān)備自投功能均未投入，延時△t。若期間1#變壓器高壓側(cè)有壓，重合1#低壓開關(guān)。

（2）若1#低壓開關(guān)重合閘功能未投入或1#低壓開關(guān)重合閘功能投入但沒有滿足重合條件，且2#變壓器低壓開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)投入備自投功能，則由2#變壓器作為備用投入使用。2#變壓器備自投功能投入后，判斷2#高壓開關(guān)高壓側(cè)是否有壓。若有壓，則分開1#變壓器高壓開關(guān)；若無壓，退出備自投邏輯關(guān)系。分開1#高壓開關(guān)后，合閘2#高壓開關(guān)、合閘2#低壓開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)。

2.2 故障分閘情況

低壓開關(guān)過流故障跳閘后收到過流故障信息，分為以下兩種邏輯關(guān)系：

（1）若1#低壓開關(guān)重合閘功能投入，執(zhí)行1#低壓開關(guān)重合閘邏輯關(guān)系，重合1#低壓開關(guān)。延時判斷1#低壓開關(guān)重合是否成功。若成功，則由1#變壓器供電；若失敗，則閉鎖所有重合閘和備自投邏輯關(guān)系。

（2）若1#低壓開關(guān)重合閘功能未投入且2#變壓器低壓開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)投入備自投功能，則由2#變壓器作為備用投入使用。執(zhí)行2#變壓器備自投邏輯關(guān)系后，判斷備自投是否成功。若成功，則由2#變壓器供電；若失敗（此時2#變壓器低壓開關(guān)過流跳閘），則分開2#變壓器高壓開關(guān)和母聯(lián)開關(guān)，閉鎖所有重合閘和備自投邏輯關(guān)系。

2.3 手動分閘情況

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)開關(guān)手動分閘時，就是人為分開開關(guān)，此時是檢修狀態(tài)。在此狀態(tài)下，低壓開關(guān)分閘后，系統(tǒng)閉鎖重合閘和備自投邏輯，防止裝置誤動作，造成設(shè)備損壞和人身安全事故。

3 仿真驗(yàn)證

3.1 仿真模型

根據(jù)圖1所示的典型的10kV配網(wǎng)雙變壓器運(yùn)行方式接線圖，在PSCAD仿真環(huán)境下建立變壓器變比為10/0.4kV、容量為100kVA的配電線路仿真模型。

3.2 仿真結(jié)果分析

以失壓分閘情況下重合閘和備自投投切為例，設(shè)t=0時刻，1#變壓器高、低壓側(cè)開關(guān)K1、K3都處于閉合狀態(tài)，電源經(jīng)1#變壓器開始向負(fù)荷供電；2#變壓器高低壓側(cè)開關(guān)K2、K4及母聯(lián)開關(guān)K5都處于斷開狀態(tài)。

設(shè)t=0.2s時，1#變壓器高壓側(cè)失壓，以1#變壓器和2#變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)A相電壓信號作為開關(guān)開閉狀態(tài)的輸入信號，測得重合閘情況下變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的電壓波形；測得重合閘情況下變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分別為高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的A相電壓；k1、k2、k3、k4、k5分別為開關(guān)的開閉狀態(tài)，高電平為導(dǎo)通狀態(tài)；低電平為斷開狀態(tài)。經(jīng)分析可知，t=0.2s時，高壓側(cè)電壓Ua1瞬間降低，低壓側(cè)電壓Ua2相繼降低，延時△t=0.1后，1#變壓器低壓開關(guān)K3失壓跳閘。0.3s后高壓側(cè)來電，延時△t后低壓側(cè)重合閘動作，合閘K3，繼續(xù)向負(fù)荷供電。此時，2#變壓器作為備用未投入使用，因此Ua3、Ua4、Ua5為零。

設(shè)t=0.2s時，1#變壓器高壓側(cè)失壓，以1#變壓器和2#變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)A相電壓信號作為開關(guān)開閉狀態(tài)的輸入信號，測得備自投情況下變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的電壓波形；測得備自投情況下變壓器高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的開關(guān)狀態(tài)。設(shè)定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分別為高、低壓側(cè)及母聯(lián)側(cè)的A相電壓；k1、k2、k3、k4、k5分別為開關(guān)的開閉狀態(tài)，高電平為導(dǎo)通狀態(tài)；低電平為斷開狀態(tài)。經(jīng)分析可知，若高壓側(cè)長時間失壓，t=0.5s時高壓側(cè)電壓仍未恢復(fù)正常，延時2△t，1#變壓器高壓側(cè)開關(guān)K1斷開，延時△t，2#變壓器高壓開關(guān)K2合閘，經(jīng)△t后，低壓開關(guān)K4和母聯(lián)開關(guān)K5相繼合閘。此時，2#變壓器作為備用投入使用，1#變壓器斷開檢修。

當(dāng)處于故障分閘情況下，變壓器低壓側(cè)失壓分閘，系統(tǒng)收到失壓保護(hù)信息。經(jīng)仿真驗(yàn)證，重合閘和備自投功能相互配合，滿足運(yùn)行要求。

4 結(jié)語

本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案。當(dāng)變壓器高壓側(cè)短時失壓又恢復(fù)供電時，低壓開關(guān)分閘后，低壓側(cè)重合閘能在較短時間內(nèi)動作，恢復(fù)供電；若1#變壓器高壓側(cè)長時間失電或1#變壓器低壓側(cè)重合閘功能不能正常投入時，2#變壓器作為備用投入使用，通過母聯(lián)開關(guān)繼續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)行。

通過該方法，當(dāng)發(fā)生故障后，能夠在較短的時間內(nèi)自動恢復(fù)供電，且無需供電人員親自跑到現(xiàn)場進(jìn)行人工操作，真正實(shí)現(xiàn)了可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]徐丹.配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[2]駱群.配電變壓器自動投切裝置的研究[J].電工技術(shù)，2011，（7）：29-30.endprint