基于常規(guī)變電站備自投原理及應(yīng)用概述

張揚

摘 要：常規(guī)變電站備自投裝置的動作邏輯的控制條件可分為三類：充電條件、閉鎖條件、起動條件。即在所有充電條件均滿足，而閉鎖條件不滿足時，經(jīng)過一個固定的延時完成充電，備自投裝置就緒，一旦出現(xiàn)起動條件即動作出口，文章即對其工作原理及應(yīng)用作相對概述，對指導實踐具體一定參考意義。

關(guān)鍵詞：備自投；保護；動作

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）16-0165-02

Abstract： The control conditions of the operation logic of the spare power source automatic switch gear in conventional substation can be divided into three categories： charging condition， locking condition and starting condition. That is， when all the charging conditions are satisfied and the latching conditions are not satisfied， the charging is completed after a fixed delay， and the spare power source automatic switch is ready. Once the starting condition is present， the working principle and application of the device will be relatively summarized， which has reference significance to guiding the specific practice.

Keywords： spare power source automatic switch； protection； action

1 概述

電力系統(tǒng)是國民經(jīng)濟支柱，是社會生活運行的基礎(chǔ)。隨著我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展，西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)工程的實施，電網(wǎng)互聯(lián)已成為電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。電網(wǎng)互聯(lián)產(chǎn)生了巨大經(jīng)濟效益的同時，也使電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更為復雜，各區(qū)域電網(wǎng)之間的功率交換將越來越頻繁，輸電線路的負擔也日益加重。如果由于故障等因素，某些承擔重要負荷關(guān)鍵線路一旦被切除，隨之引起的潮流轉(zhuǎn)移與后備保護不合理動作的連鎖反應(yīng)，很有可能引發(fā)連鎖跳閘事件，甚至導致大停電事故，給社會和經(jīng)濟帶來難以估量的損失。

在工作電源因故障被斷開以后，能自動而迅速地將備用電源投入工作，使電能可以不間斷的向用戶供應(yīng)，同時還可以使電力系統(tǒng)的連續(xù)性得到大大的提高，通常這一裝置在110kV以下的系統(tǒng)中較為常見，這一裝置通常稱為備自投。經(jīng)過電力系統(tǒng)多年的運行實踐經(jīng)驗表明，在以下設(shè)備中，會經(jīng)常使用到備自投裝置。（1）裝有備用電源的發(fā)電廠，比如水電，小型火電等，一般主要作為廠用電電源部分。（2）在比較重要的環(huán)境中，一般要使用雙電源供電系統(tǒng)，其中一個電源如果因故障斷開，另外一個電源就可以作為備用電源投入。（3）比較重要的變電站內(nèi)的變壓器或有互為備用的母線段，通常會有兩段電源互相切換，這樣即可以保證負荷連續(xù)性。（4）某些重要的輔助電動機，要保證電動機不停轉(zhuǎn)的運行，必需要有兩段電源互相備用。

總結(jié)經(jīng)常出現(xiàn)的這些案例情況，我們可以得出，備自投裝置主要用于供電網(wǎng)、配電網(wǎng)中有兩個以上的電源供電，工作方式為主供電源、備用電源互相自動切換性，且這些負荷非常的重要，必須要不停電的供電運行才可以保證電能的連續(xù)性，在現(xiàn)有變電站的備自投配置中，高壓側(cè)多采用母聯(lián)自投或進線自投的備用電源方式，而中低壓側(cè)多采用變壓器自投或母聯(lián)自投。以下就備自投裝置的基本要求、工作原理及其特殊問題進行分析。

2 備自投裝置的基本要求

（1）應(yīng)保證在工作電源和設(shè)備斷開后，才投入備用電源或備用設(shè)備。因此在工作電源消失后，備自投邏輯先經(jīng)相應(yīng)延時跳開工作電源斷路器，確認其跳開后，備自投邏輯才可進行下去。這樣可防止將備用電源或設(shè)備投入到故障元件上，造成事故擴大，損壞設(shè)備。（2）工作母線和設(shè)備上的電壓不論何種原因消失時備自投裝置均應(yīng)啟動。因此備自投裝置有其獨立的低電壓起動部分。（3）備自投只能動作一次。當工作母線或引出線發(fā)生永久性故障且并未通過斷路器將故障點隔離，因母線電壓降低，備投裝置動作，備用電源投入；此時備用電源合于故障點，其保護裝置跳開備用電源開關(guān)，若此時備用電源繼續(xù)投入，不僅會進一步損壞備用電源設(shè)備，還會對系統(tǒng)產(chǎn)生再一次沖擊，并有可能造成事故擴大。（4）當兩段系統(tǒng)的電源同時消失，無電壓的情況下，此時備自投不會誤動作。（5）當出現(xiàn)過負荷過電流的情況下，系統(tǒng)備自投會自動識別，此時系統(tǒng)備自投不應(yīng)該動作，以防造成更多的故障后果，其嚴重性比較大。（6）經(jīng)常會出現(xiàn)系統(tǒng)的短路接地比較嚴重性的故障，此時當備自投裝置動作時，一旦重合到永久性的故障時，備自投應(yīng)保護加速動作跳開后，不再重合動作。（7）備自投裝置的動作時間以使負荷的停電時間盡可能短為原則。

3 備自投裝置工作原理

微機型備自投裝置提供的模擬量輸入，開關(guān)量輸入與定值都可以成為控制備自投動作的可編程原件。為防止備自投裝置重復動作，借鑒重合閘邏輯的做法，在動作邏輯中設(shè)置了一個“充電”計數(shù)器。在傳統(tǒng)備自投上采用電容器充放電過程和瞬時動作延時返回的中間繼電器實現(xiàn)一次合閘；在微機備自投中，一般采用邏輯判斷和軟件延時代替充電過程。目前國內(nèi)生產(chǎn)的備自投裝置，主要的工作原是可以劃分三大類邏輯的控制條件，分別是充電條件、閉鎖條件、起動條件。即在所有充電條件均滿足，而閉鎖條件不滿足時，經(jīng)過一個固定的延時完成充電，備自投裝置就緒，一旦出現(xiàn)起動條件即動作出口。橋斷路器或母聯(lián)備投可見圖1所示，是橋斷路器或母聯(lián)備投的一次接線圖。正常運行時，其主要線路的母線斷路器處于斷開狀態(tài)，而當某一段母線因供電設(shè)備或線路故障跳開或偷跳時，則馬上進行另外一條線路上的斷路器自動重合，即3QF合上，從而實現(xiàn)備用功能，當然經(jīng)?？赡軙霈F(xiàn)過永久性的故障后，線路斷路器不能重合成功，即會再重合一次，不能再發(fā)生重合，否則更多的短路電流沖擊，對設(shè)備發(fā)生嚴重損壞。為防止TV斷線時備自投誤動，取線路電流作為母線失壓的閉鎖判據(jù)。下面以I母失壓分析其動作邏輯如下：

（1）充電條件（邏輯“與”）。a.1QF合位，2QF合位，3QF分位。b.I母有壓，II母有壓經(jīng)過10-15s后充電完成。（2）放電條件（邏輯“或”）。a.手跳1QF、2QF。b.3QF合位。c.I母、II母同時無壓。d.有其他外部閉鎖條件。e.備自投動作出口后。（3）起動條件（邏輯“與”）。a.I母無壓，進線I無流。b.II母有壓。備自投起動后經(jīng)延時跳1QF，確認1QF跳開后，合3QF。

4 備自投實際應(yīng)用及相關(guān)問題分析

在通二變電站中，110kV采用進線備自投方式，35kV及6kV采用母聯(lián)備自投方式。下面結(jié)合通二變電站的備自投運行方式進行相關(guān)問題分析。

4.1 輸入量分析

下面將結(jié)合通二站110kV側(cè)進線自投進行輸入量的分析。（1）交流量：a.I母電壓Ua1、Ub1、Uc1；II母電壓Ua2、Ub2、Uc2，用以判別母線有無電壓。b.線路1、2A相電流Ia1、Ia2，防止PT斷線使備投誤動。（2）開關(guān)量：a.1QF、2QF、3QF跳位TWJ常開觸點（通二站高壓側(cè)分段開關(guān)為死連接，3QF端子默認合位），用于系統(tǒng)運行方式判別。b.備自投閉鎖接點。

4.2 備自投閉鎖相關(guān)問題

（1）手跳閉鎖。在通二變電站中，備自投裝置通過接入手跳繼電器常開接點（STJ）以實現(xiàn)手跳閉鎖功能。（2）保護閉鎖。保護閉鎖分別有母差動作閉鎖、主變后備保護閉鎖母聯(lián)自投。如在通二變電站中，低壓側(cè)為單母線分段方式，兩條母線互為備用。當母線或主變引出線故障時，變壓器的主保護并未切除故障，主變后備保護動作將故障切除，造成相應(yīng)母線失壓，此時應(yīng)閉鎖母聯(lián)自投，以防止備自投動作，合閘于故障點，造成再次沖擊。（3）其他閉鎖輸入。

4.3 過負荷聯(lián)切問題

當備用電源不能滿足全部供電容量要求，則應(yīng)在備用電源投入前有選擇的切除部分負荷，同時閉鎖相應(yīng)線路的重合閘。同時，有電廠并網(wǎng)的變電站備投裝置應(yīng)具有防止非同期合閘的措施，即具備備自投裝置動作聯(lián)跳電廠線開關(guān)或檢無壓合閘回路的條件。通常情況下，在滿足無壓、無流的條件下才啟動動作，跳開主供電源后，再合備用電源。在通二變電站中，因為負荷較小，備自投裝置并未采用過負荷聯(lián)切的相關(guān)方式。

4.4 備自投裝置動作時間整定問題

對于單獨備自投裝置時間的整定要求：低電壓元件動作后延時跳開工作電源，其動作時間宜大于本級電源側(cè)后備保護動作時間與線路重合閘時間之和，一般整定時間為3-4s；備自投投入時間一般不帶延時，如需聯(lián)切部分負荷，投入時間可整定為0.1-0.5s。

4.5 備自投裝置在生產(chǎn)實際中的注意事項

（1）在備自投裝置的實際跳合試驗中，應(yīng)將其從其他運行裝置獨立出來，做好必要的安全措施，退出備自投跳運行開關(guān)的出口壓板，并拆除備自投跳運行開關(guān)的跳閘電纜，防止誤跳運行設(shè)備。（2）在備自投試驗前，應(yīng)區(qū)分運行PT與停電PT的電壓電纜，斷開備自投裝置中的電壓連片，防止PT短路。（3）備自投裝置試驗中，要進行實際傳跳工作，做好相應(yīng)的安全措施，明確備自投的實際動作邏輯，嚴格按照動作邏輯進行試驗，并注意驗證相關(guān)閉鎖邏輯。

5 結(jié)束語

備自投主要作用因此在工作電源消失后，備自投邏輯先經(jīng)相應(yīng)延時跳開工作電源斷路器，確認其跳開后，備自投邏輯才可進行下去。盡最程序上減少損失，最大的角度上避免造成事故擴大，損壞設(shè)備，是保證在工作電源和設(shè)備斷開后，才投入備用電源或備用設(shè)備。越來越受到高壓輸電線路，大型發(fā)電廠的使用。

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