10kV備自投裝置及可靠性提升

文/林佳

1 備自投裝置概述

1.1 基本原理

當(dāng)前，備自投裝置在電力系統(tǒng)中有著非常廣泛的應(yīng)用，其能夠起到提升電力系統(tǒng)供電可靠性的作用。當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者出現(xiàn)其它因素，造成供電電源消失的情況下，備自投裝置就會進(jìn)行動作，切斷工作電源，并將備用電源接入到系統(tǒng)中，使電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行，保障供電的穩(wěn)定性。當(dāng)前備自投裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是比較廣泛的，其在電網(wǎng)中的應(yīng)用方案包括變壓器備自投、橋斷路器備自投、進(jìn)線備自投等，能夠在不同場合滿足不同的要求，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)供電的可靠性。

1.2 備自投裝置應(yīng)用的基本邏輯

圖1是某變電站的10kV系統(tǒng)的實際接線圖。

以圖1中某變電站10kV系統(tǒng)中的Ⅰ、Ⅱ段母線為例，分析900備自投的動作情況：

（1）當(dāng)Ⅰ母線沒有壓力，91A進(jìn)線沒有電流，且Ⅱ母線有壓力的情況下，備自投裝置在經(jīng)延時后會跳開91A開關(guān)，并在確定91A開關(guān)完成跳開動作后閉合900開關(guān)。

（2）當(dāng)Ⅱ母線沒有壓力，91B無電流，且Ⅰ母線有壓力的情況下，備自投裝置在經(jīng)延時后會跳開91B開關(guān)，并在確定91B開關(guān)完成跳開動作后閉合900開關(guān)。

1.3 備自投裝置的使用原則

（1）備自投裝置只能夠動作一次。當(dāng)出現(xiàn)故障之后，備自投裝置會第一次啟動，將備用電源接入到電力系統(tǒng)之中，將故障位置切除出去，從而保證備用電源的安全。而如果再次投入備用電源或者設(shè)施，不僅不能夠解決電力系統(tǒng)的問題，還可能會造成備用電源、以及系統(tǒng)受到破壞。

圖1：10kV系統(tǒng)實際接線圖

圖2：一種電壓自適應(yīng)式備自投的啟動方法邏輯圖

（2）備用電源要在工作電源被斷開之后再啟動。當(dāng)系統(tǒng)電源出現(xiàn)故障之后，備用電源在接入之前會先確定工作電源的進(jìn)線電路器是否斷開，在其斷開之后備用電源才會開始工作。

2 10kV備自投裝置當(dāng)前存在的問題

根據(jù)長時間的工作經(jīng)驗和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前很多備自投設(shè)備使用了電壓從有壓到無壓衰減輔以上升沿延時作為備自投啟動和開放的條件，這一問題帶來的明顯的弊端就是，如果10kV電壓從有壓到無壓衰減的過程中需要比較長的時間的話，會給備自投裝置的啟動帶來比較大的影響，衰減時間的增加可能會導(dǎo)致備自投裝置出現(xiàn)拒動的問題。另外，10kV母線從有壓到無壓衰減時間具有一定的不確定性，會根據(jù)運(yùn)行方式的不同而發(fā)生變化，這就導(dǎo)致了備自投裝置存在拒動的可能性。

另外，在進(jìn)行傳統(tǒng)的備自投裝置的運(yùn)行邏輯制定過程中，必須要依據(jù)母線的運(yùn)行模式來編制針對性的運(yùn)行邏輯，同時要求當(dāng)備自投裝置開始啟動時，母線斷路器應(yīng)處在分閘位，這樣才能夠判定備自投裝置就緒，這種邏輯方式雖然能夠一定程度上提升備自投裝置的可靠性，但是其方法編輯是非常繁瑣的，影響備自投裝置的效率，同時不利于其動作行為的分析工作。

為了有效提升電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，提高供電的可靠性，往往在工作電源和備用電源之外設(shè)置一個應(yīng)急電源，將其作為備自投裝置的第三電源，用來保證備自投裝置的供電，值得注意的是，設(shè)置的備用電源在參數(shù)上和常用電源之間的差異通常都比較大，因此在設(shè)計過程中，為了保證備自投裝置能夠發(fā)揮出功能，需要避免非同期合閘就顯得尤為重要。

3 提高備自投裝置可靠性的方法探討

3.1 一種電壓自適應(yīng)啟動方法

本文通過研究設(shè)計了一種電壓自適應(yīng)的啟動方法，該方法的其中邏輯如圖2中所示。

在這一判別方法中，備自投裝置是否啟動要根據(jù)10kV母線是否有壓以及10 kV母線電壓是否低于電壓低定值這兩個信號條件，以及自保持回路的情況進(jìn)行判斷。根據(jù)這一判別條件，如果母線電壓正常，或者是母線電壓尚未下降到不正常之前，備自投都不會相應(yīng)；而如果當(dāng)母線電壓已經(jīng)低于所設(shè)定的值，那么其會立即啟動，在對開關(guān)位置進(jìn)行判斷之后，立即動作。

在該種備自投啟動方法中，所需要應(yīng)用的延時（包括上升沿延時t1和下降沿延時t2）都是通過定時器實現(xiàn)的，具體的判斷流程如下：

（1）上升沿延時。當(dāng)如數(shù)從0到1時，輸出延時t1s再判輸入為1后，輸出才從0到1。

（2）下降沿延時。輸入從1到0，輸出保持1狀態(tài)t2 s后才從1到0。

圖3

圖4：開放備自投時間整定方法邏輯圖

在這一備自投裝置啟動方法中，備自投裝置在母線電壓失壓時只會出現(xiàn)一次，在出現(xiàn)母線失壓的情況之后，其會在設(shè)定的時間內(nèi)瞬間開放啟動條件，如果電壓恢復(fù)正常則不需要進(jìn)一步動作，而如果在設(shè)定的時間內(nèi)，母線的電壓還既繼續(xù)下降，處于Ulow以下時，那么備自投裝置也會立即關(guān)閉，不會再次啟動，從而保障電力系統(tǒng)和用電負(fù)載設(shè)備的安全。通過應(yīng)用這種備自投裝置的啟動方法，不僅能夠有效的解決由于母線電源衰減緩慢導(dǎo)致的備自投拒動的問題，而且還能夠進(jìn)一步提高備自投動作的可靠性，從而更好的保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 備自投就緒條件判別方法

備自投就緒條件的判定需要具有可靠性，但是如果其方法編輯太過繁瑣的話，會對備自投裝置動作的分析和研究造成不利的影響。在在進(jìn)行傳統(tǒng)的備自投裝置的運(yùn)行邏輯制定過程中，必須要依據(jù)母線的運(yùn)行模式來編制針對性的運(yùn)行邏輯，同時要求當(dāng)備自投裝置開始啟動時，母線斷路器應(yīng)處在分閘位，這樣才能夠判定備自投裝置就緒，這一判斷邏輯的方法編輯十分繁瑣，因此本文對備自投就緒判別條件進(jìn)行了優(yōu)化。在設(shè)計過程中，考慮到上述判別方法中，備自投動作的前提條件是：母線上的所有開關(guān)需要處于分閘位，基于此進(jìn)行研究，認(rèn)為可以將備自投的啟動條件設(shè)置為：母線開關(guān)分位以及工作位情況。通過應(yīng)用這一判斷條件，備自投就緒時間的判斷就不需要在考慮各種運(yùn)行方式下斷路器的位置了，能夠極大的簡化備自投邏輯程序，不僅能夠有效的備自投裝置的運(yùn)行效率，而且還能夠更好的對備自投動作行為進(jìn)行后續(xù)的研究和分析，有助于進(jìn)一步對備自投進(jìn)行優(yōu)化。本文所建立的備自投就緒條件的判別方法邏輯圖如圖3所示。

3.3 開放備自投時間整定方法

如上文所提到的設(shè)置的備用電源在參數(shù)上和常用電源之間的差異通常都比較大，為了應(yīng)對這一因素所帶來的影響，就需要避免非同期合閘的情況出現(xiàn)，因此需要針對此進(jìn)行合理的設(shè)計。

本文提出的開放備自投時間整定方法的邏輯圖如圖4中所示。

在該邏輯中，當(dāng)母線出現(xiàn)失壓，滿足備自投啟動條件之后，輸入狀態(tài)為1。下降沿延時1.2s定時器，其到的作用是在輸入狀態(tài)1到0的條件下，輸出狀態(tài)要保持在1的狀態(tài)下1.2s的時間之后才會從1到0，下降2s的定時器作用原理和其一樣，在上述情況下保持2s之后才會從1到0。同時，此時間就是開放備自投的總時間，這一時間可以按照現(xiàn)場實際要求進(jìn)行整定。上升時間0.2s定時器的作用是，在輸入狀態(tài)從0到1的情況下，輸出延時0.2s之后在判輸入為1后，輸出才從0到1，上升沿延時1.3s定時器的應(yīng)用原理和其相同，輸出延時1.3s之后才會在判輸入為1后才會使輸出從0到1。通過應(yīng)用這一上升沿定時器模塊，能夠保證在開啟第三備電源時，也就是在輸出延時1.3s之后，由于其時間已經(jīng)超過了第一、二備電源備自投的最長時間，所以可以肯定的是此時第一、二備自投的動作已經(jīng)結(jié)束，能夠確定其不存在已動作的可能性，因此通過這樣的方式能夠有效的避免非同期合閘的風(fēng)險，從而有效的保證備自投的可靠性，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

在電力系統(tǒng)中，通過應(yīng)用10kV備自投裝置，能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為企業(yè)生產(chǎn)活動提供可靠穩(wěn)定的電能。通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前10kV備自投裝置在實際運(yùn)行中還存在一些問題，如母線電源衰減緩慢導(dǎo)致的備自投拒動的問題、就緒條件判別方法編輯繁瑣以及存在非同期合閘的風(fēng)險等，基于此本文提出了一種電壓自適應(yīng)的備自投啟動方法，并且對備自投就緒條件判別方法就行了優(yōu)化，簡化了邏輯程序，同時通過開放備自投時間整定方法，通過有效的進(jìn)行時間配合方案，實現(xiàn)了非同期合閘風(fēng)險的有效規(guī)避，提升了10kV備自投可靠性的提升。