王一帆 童斯琦 樂洋

摘 要：備自投裝置能夠避免全站失壓、防止大面積停電事故的發(fā)生，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。針對最常見的進(jìn)線備自投，本文淺析其動(dòng)作邏輯，分析實(shí)際工作中出現(xiàn)的問題及風(fēng)險(xiǎn)，提出了相應(yīng)的管控措施。

關(guān)鍵字：備自投；邏輯；風(fēng)險(xiǎn)；管控

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1進(jìn)線備自投原理

1.1 進(jìn)線備自投原理和邏輯

以最常見的進(jìn)線備自投方式說明備自投裝置原理和邏輯。工作電源帶兩條母線運(yùn)行，另一電源在明備用狀態(tài)；當(dāng)工作電源失去，其斷路器在合閘位置，若備用電源有壓且分段斷路器在合閘位置，則跳開工作電源，經(jīng)一定延時(shí)后合上備用電源；若工作電源的斷路器發(fā)生偷跳。

線路Ⅰ帶全站負(fù)荷運(yùn)行，線路Ⅱ空載運(yùn)行備用，1DL及3DL在合閘位置，2DL在分閘位置。若工作電源線路Ⅰ發(fā)生故障等而斷開，備用電源線路Ⅱ應(yīng)自動(dòng)投入，并且備自投只允許動(dòng)作一次。當(dāng)閉鎖條件滿足時(shí)，備自投裝置應(yīng)放電，不能動(dòng)作。各個(gè)動(dòng)作邏輯如下：

（1）充電條件

1M、2M（線路Ⅱ）均有壓；線路Ⅰ有壓（投入“線路檢有壓”壓板時(shí)檢查）；1DL在合閘位置；3DL在合閘位置；2DL在分閘位置。若以上條件同時(shí)滿足，再經(jīng)15s延時(shí)后完成充電。

（2）放電條件

人工合上2DL；線路Ⅱ失壓；人工跳開1DL或著3DL；閉鎖條件開入；斷路器的TWJ發(fā)生異常；控制字整定線路2不自投；線路檢修壓板投入。任一條件滿足，則裝置立即放電。

（3）啟動(dòng)條件

1M、2M均無壓；線路Ⅰ無流；線路Ⅱ有壓。所有條件同時(shí)滿足，且已經(jīng)完成充電，則啟動(dòng)備自投裝置。

（4）動(dòng)作過程

完成充電后，啟動(dòng)條件全部滿足，備自投裝置啟動(dòng)，經(jīng)過延時(shí)T2，向1DL發(fā)跳閘命令，確認(rèn)1DL已斷開，最后向2DL發(fā)合閘命令。

2 備自投存在風(fēng)險(xiǎn)與管控措施

2.1 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：重合閘功能導(dǎo)致備自投失效

目前進(jìn)線備自投裝置的跳閘動(dòng)作，一般是通過保護(hù)跳閘回路實(shí)現(xiàn)。采用這種方式，應(yīng)當(dāng)考慮重合閘的閉鎖問題。如果沒有相應(yīng)的閉鎖功能，重合閘將會(huì)在工作線路開關(guān)跳開后動(dòng)作，又合上工作線路，導(dǎo)致工作線路不能被隔離，備自投裝置失效，不能繼續(xù)動(dòng)作。所以通過保護(hù)跳閘方式出口時(shí)，應(yīng)當(dāng)用單獨(dú)的跳閘輸出接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)閉鎖線路重合閘的功能。

某些線路未在本側(cè)設(shè)置重合閘，而是在線路對側(cè)設(shè)置重合閘，備自投裝置有兩種動(dòng)作方式。一是在線路跳閘后直接動(dòng)作，二是在線路對側(cè)重合閘失敗后再動(dòng)作。直接動(dòng)作方式不考慮對側(cè)的重合閘，適用于設(shè)備可靠性較高、重合閘成功率低、需要保證連續(xù)供電的重要負(fù)荷。重合閘后再備自投的方式，適用于設(shè)備可靠性較低、一般性負(fù)荷。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：進(jìn)線無PT導(dǎo)致備自投失效

在部分較早投產(chǎn)的變電站中，其110 kV電源進(jìn)線并未裝設(shè)線路PT。因此，檢備用電源線路有壓的條件，無法在此類變電站備自投裝置中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)工作電源線路因故障跳閘后，備自投動(dòng)作，合上備用電源線路。此時(shí)，若是備用線路已經(jīng)因某種原因失去電壓，則合上備用線路開關(guān)也不能恢復(fù)供電，備自投無效、失去意義。此外，如果在備投線路開關(guān)檢修期間，發(fā)生工作線路跳閘，備自投動(dòng)作合上備投開關(guān)，可能會(huì)造成安全事故。

增設(shè)線路電壓互感器，實(shí)現(xiàn)檢備投線路有壓條件，完善備自投邏輯，可有效避免空合備投線路；在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將其相應(yīng)線路的“備自投投入”壓板退出，保證安全、杜絕事故。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：本地小電源導(dǎo)致備自投不動(dòng)作

由于垃圾發(fā)電站等本地小電源會(huì)接入110kV母線上網(wǎng)供電，當(dāng)該變電站的工作電源線路因故跳閘后，變電站與主網(wǎng)解列，但本地小電源將會(huì)繼續(xù)供電，使得母線電壓不會(huì)立即降低。雖然工作線路已經(jīng)無電流，但是母線仍舊有電壓，備自投不會(huì)動(dòng)作。直至本地小電源有功功率不足，帶不動(dòng)本站負(fù)荷，母線電壓將會(huì)逐步下降，低至無壓定值后，備自投動(dòng)作。這種情況將導(dǎo)致兩方面的問題，一是本地小電源單獨(dú)供電期間電壓不穩(wěn)、電能質(zhì)量較差，甚至導(dǎo)致全站失壓；二是本地小電源在備自投動(dòng)作時(shí)，可能與備投線路發(fā)生非同期合閘事故。

為了盡量避免運(yùn)行方式因備自投動(dòng)作而改變，線路重合閘應(yīng)先于備自投動(dòng)作，增設(shè)線路保護(hù)聯(lián)跳本地小電源的功能，并閉鎖本地小電源的重合閘。對側(cè)線路重合閘投檢無壓、本側(cè)線路重合閘投檢同期，能夠快速復(fù)電、提高成功率。同時(shí)，備自投裝置增設(shè)聯(lián)跳本地小電源功能，在備自投動(dòng)作跳開工作線路時(shí)也跳開本地電源線路，并將其重合閘閉鎖，防止本地小電源倒供電導(dǎo)致備自投不動(dòng)作。如果必須帶本地小電源投入備用線路，應(yīng)為備自投增加“同期檢測”的動(dòng)作條件。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：雙回T接進(jìn)線備自投配置不合理導(dǎo)致全站失壓

110kV變電站作為末端站點(diǎn)，其110 kV母線多為開環(huán)運(yùn)行方式，接入的電源進(jìn)線配有備自投裝置，能有效保證供電可靠性，確保不會(huì)全站失壓。但有的終端站采用T 接進(jìn)線，并且僅有兩回進(jìn)線，其備自投裝置配置與一般變電站有所不同。如果雙回線為并列方式運(yùn)行，當(dāng)母線發(fā)生故障，則工作線路跳閘、備自投裝置將備投進(jìn)線合于故障母線上，隨之保護(hù)裝置動(dòng)作，加速切除故障，備投線路跳閘。這就使得雙回進(jìn)線都被切除，變電站全站失壓，停電范圍擴(kuò)大，供電可靠性降低。

為避免上述情況的發(fā)生，可在雙回T接進(jìn)線變電站母線增設(shè)分段開關(guān)，并配置相應(yīng)的母差保護(hù)。同時(shí)，增設(shè)母線故障判據(jù)，當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)閉鎖備自投，完善備自投裝置的邏輯功能。

2.5 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：缺少工作電源電流判據(jù)或無流定值設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致誤動(dòng)

一些較老的備自投裝置使用電磁型繼電器，缺少工作電源電流判據(jù)，僅使用低壓判據(jù)判斷母線失壓；而剛投產(chǎn)的新建變電站，計(jì)及將來負(fù)荷增長，其電流互感器額定電流較大，但實(shí)際負(fù)荷較低，可能出現(xiàn)小于無流門檻的情況。無工作電源電流判據(jù)，當(dāng)母線PT單相或兩相斷線時(shí)，能正確判斷PT斷線進(jìn)而閉鎖備自投；當(dāng)母線PT三相斷線或二次電壓空開跳閘時(shí)，其表象與母線失壓一致，將導(dǎo)致備自投誤動(dòng)。新建低負(fù)荷變電站，母線PT三相斷線時(shí)，若無流門檻設(shè)定大于負(fù)荷電流，也將導(dǎo)致備自投誤動(dòng)。

增設(shè)電流繼電器，增加工作電源電流判據(jù)，完善備自投裝置動(dòng)作邏輯，是較老變電站管控風(fēng)險(xiǎn)必要的措施。無流定值的設(shè)定應(yīng)躲過線路最小負(fù)荷電流，并在投產(chǎn)初期、中期、后期調(diào)整該定值以適應(yīng)負(fù)荷的增長，是較為可行的措施。

2.6 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：安穩(wěn)系統(tǒng)影響備自投動(dòng)作

安穩(wěn)系統(tǒng)即安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，其作用是在電力系統(tǒng)出現(xiàn)大擾動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)切除負(fù)荷等緊急控制功能，確保電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)能繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行，是電力系統(tǒng)的第二道防線。在變電站中，由220kV變電站的安穩(wěn)執(zhí)行站按照一定的次序進(jìn)行負(fù)荷的切除，斷開相應(yīng)110kV線路的開關(guān)。安穩(wěn)系統(tǒng)切除的負(fù)荷，備自投裝置不能夠再次將其投入同一系統(tǒng)，否則將導(dǎo)致安穩(wěn)系統(tǒng)失效。當(dāng)安穩(wěn)系統(tǒng)切負(fù)荷導(dǎo)致母線失壓時(shí)，備自投裝置應(yīng)能就地判斷并且不會(huì)誤動(dòng)。

為達(dá)到備自投不誤動(dòng)的目的，備自投裝置應(yīng)能正確區(qū)分是工作電源故障或者偷跳、保護(hù)跳導(dǎo)致母線失壓，還是安穩(wěn)裝置動(dòng)作切除工作電源導(dǎo)致母線失壓，可以通過由就地電氣量構(gòu)成的輔助判據(jù)來判斷；安穩(wěn)裝置動(dòng)作后，通過二次回路閉鎖相應(yīng)線路的備自投，也可以防止備自投的誤動(dòng)作。

2.7 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：特殊問題影響備自投動(dòng)作

備目前變電站低壓側(cè)基本都裝有并聯(lián)電容器組作為無功補(bǔ)償設(shè)備，以就地補(bǔ)償無功功率。部分變電站的電容器組并沒有配置低電壓保護(hù)，當(dāng)工電源失去，電容器組仍掛在母線上，備自投動(dòng)作后母線重新帶上額定電壓。如果此時(shí)電容器組放電不充分，仍殘留有較高的電壓，則電容器組將長期承受1.1倍額定電壓以上的過電壓，致使其損壞爆炸。因此，備自投裝置投入備投電源前，應(yīng)先切除電容器組。為電容器組增設(shè)低電壓保護(hù)，先于備自投動(dòng)作，是更好的選擇。

備自投裝置動(dòng)作投入備用電源之前，將會(huì)檢測備投電源是否有壓作為啟動(dòng)條件之一。如果電壓值大于無壓定值，且其他條件滿足，備自投動(dòng)作。如果電壓值小于無壓定值，則備自投裝置放電不會(huì)動(dòng)作。考慮主備電源來自同一上級變電站時(shí)，若工作線路故障導(dǎo)致上級變電站110kV母線短時(shí)電壓降低，那么在此期間下級變電站的備投線路檢有壓條件將無法滿足，致使備自投裝置放電。為避免該特殊情況下備自投失效，可以在檢有壓條件不能滿足時(shí)，增加一個(gè)延時(shí)，再次檢測是否有壓，若備投線路有壓則投入備投線路，若仍舊無壓則備自投裝置放電不動(dòng)作。

自投動(dòng)作后，投入備用電源，可能出現(xiàn)備用電源容量不足以支撐所有負(fù)荷的情況，導(dǎo)致母線電壓持續(xù)下降，備投線路也可能出現(xiàn)過載問題，影響用戶供電。為避免出現(xiàn)該不利情況，應(yīng)增加過負(fù)荷聯(lián)切的功能，在備自投裝置投入備用電源之前，根據(jù)備用電源的容量以及變電站當(dāng)前所帶負(fù)荷的大小，按一定的順序切除部分負(fù)荷，保證備用電源能夠穩(wěn)定可靠地為重要負(fù)荷供電。

結(jié)語

備自投裝置具有成本較低、動(dòng)作可靠、邏輯清晰及接線簡單等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中使用廣泛。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，分析存在的風(fēng)險(xiǎn)，采取相應(yīng)的管控措施，能夠更好的使用備自投裝置，使之與其他設(shè)備配合良好，充分發(fā)揮其作用，提高電力系統(tǒng)的可靠性、避免大面積停電事件。

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