CSB21A備自投裝置誤動作分析與改進

摘 要:從一次事故中找出了變電站主變壓器備用電源自動投入裝置發生誤動作的原因;一是10kV母線無壓判據取單相電壓不合理;二是自投裝置對電流的識別精度低。

關鍵詞:備用自投裝置 誤動作 單相接地

中圖分類號:TM7文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(a)-0025-03

在現代電力系統中，有些情況下為了節省設備投資、簡化電力網的接線及其繼電保護裝置的配置方式，在較低電壓等級的電力網(如10～35kV的電網)中或在較高電壓等級的電網(如110kV電網)中的非主干線，以及在大多數用戶的供電系統中，常常采用所謂放射型的供電方式。在這些系統接線方式中，為提高對用戶供電的可靠性，可采用備用電源自動投入裝置，簡稱BZT裝置，使系統自動裝置與繼電保護裝置相結合。這是一種提高對用戶不間斷供電的經濟而又有效的重要技術措施之一。

110kVxx變10kV備自投裝置采用北京四方繼保自動化有限公司生產的CSB-21A型數字式備用電源自動投入裝置。它以第三代微機保護通用硬件為基礎，采用可編程邏輯的設計思想，可以實現靈活設置各種運行方式，適用于380V-110kV各種電壓等級的備用電源自動投入的裝置。同時，作為CSC-2000綜合自動化系統的配套裝置，CSB-21A可以通過網絡報送豐富的信息，諸如每個出口的準確時間順序記錄、各開關量變化的準確時間順序記錄等，充分體現了裝置的優越性。

目前，xx供電公司所屬110kVxx變電站，擔負著xx鋼鐵公司的供電任務，一類負荷多，對供電可靠性要求高，因此，為滿足xx鋼鐵廠對供電可靠性的要求，在xx變電站的110kV進線裝設備自投裝置，10kV四段母線中，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ、Ⅳ母線分別裝設了一套備自投裝置(如圖1)。

該變電站10kV線路發生單相接地故障，幾秒鐘后，在#1主變壓器供電正常的情況下，主變壓器備用自投裝置動作，將運行中的#1主變壓器的低壓801斷路器跳開，#2主變投入運行。表面看在站內供電正常的情況下，10kV母線有電壓，而且變壓器低壓側斷路器有電流，備用自投裝置動作的條件都不滿足，為什么備用自投裝置會動作呢？

該站的主變壓器備用自投裝置采用的是CSB21A型數字式備用電源自動投入保護裝置。它提供:8路模擬量的輸入(4路電流量和4路電壓量)，可以任意接入所需的母線電壓(相電壓或線電壓)、線路電壓、主變壓器低壓側電流;9路通用的開關量輸入，可以接入主變壓器兩側的斷路器與母聯斷路器的位置繼電器的輔助觸點。

在定值中，可以利用這些資源，靈活定義裝置在各種條件下的動作行為，從而完成整個的備用電源自動投入過程?？蓪崿F手動跳閘閉鎖、備用電源過負荷聯切線路等功能，還可以引入如母線保護動作、主變壓器保護動作等信息作為閉鎖的條件。在CSB21A裝置中，共可以定義8個獨立的動作，其相互之間沒有任何聯系，可以分別整定它們的動作條件。同時，在該裝置中還固化了8組預置定值，分別對應母聯或橋斷路器備用自投、線路備投、變壓器備用自投，以及均衡負荷母聯備用自投等多種方案。

如前圖所示的運行方式，變電站10kV母線采用單母線分段的主接線方式。在正常情況下，采用110kV線路供110kVⅠ、Ⅱ號母線帶#1主變壓器運行，#1主變壓器供10VⅠ、Ⅱ號母線，#2主變壓器在熱備用狀態的方式。因此，該裝置采用了預置定值中的00定值區，在該定值區中，檢無壓的門坎值為17.3V(取10kV母線81TV或82TV的A相電壓)，檢有流的門坎值為0.4A。

如當一臺主變壓器運行，另一臺主變壓器熱備用，且10kV母聯斷路器處于合閘時，主變壓器備用自投投入運行。其備用自投的邏輯為:當10kV母線無壓(電壓<17.3V)，工作變壓器無后備保護動作，變壓器低壓側無電流，且該側斷路器處于合位，在備用變壓器高壓側有壓情況下，跳開工作變壓器低壓側斷路器、所有工作電容器斷路后，先合備用變壓器高壓側斷路器，再合備用變壓器低壓側斷路器;或當工作變壓器跳開時，先合備用變壓器高壓側斷路器，再合備用變壓器低壓側斷路器。為了防止TV斷線時裝置誤動，取主變壓器低壓側電流作為母線失電的閉鎖判據。

當時后臺發出10kV母線接地信號。同一時間，主變壓器備用自投動作，跳開#1主變壓器低壓側斷路器，合上#2主變壓器兩側斷路器。

經過檢查，發現該站的主變壓器備用自投裝置，所采用的電壓為10kV母線的A相電壓，其整定值為17.3V。根據保護所發出的信號，當時10kV線路單相金屬性接地時的接地相恰為A相，其接地電壓為零，小于裝置的整定值，從而裝置判定10kVⅠ號母線失壓。這時備用自投裝置應該檢測到運行主變壓器低壓側有電流，而啟動其閉鎖判據來閉鎖裝置，使其不動作。

查看備用自投裝置定值中的閉鎖電流定值為0.4A，該站#1、#2主變壓器低壓側的TA變比為3000/5，所以其閉鎖電流為600×0.4=240A。而該站當日有幾條10kV重載線路停電改造，使當天主變壓器的負荷比較輕，約只有1.4MVA，10kV側的負荷電流230A<240A，如此，備用自投裝置的閉鎖判據，實際上是不能起到閉鎖作用的，從而造成了這一次的裝置動作。

通過以上分析， 發現當線路發生某相接地故障，系統負荷較小時，CSB-21A會誤動作。

10kV母線無壓判據取單相電壓來實現不合理。10kV母線無壓判據采用單相電壓，在10kV線路發生金屬性接地時，接地相的電壓為零。這時接地相剛好是備用自投裝置采用的電壓相，使得裝置誤判斷為主變壓器低壓側無壓，符合啟動的條件，從而使自投裝置誤啟動。

我們選了兩套方案來改進檢無壓判據(如圖2)。

這是CSB-21A的原理接線，選取單相電壓做檢無壓判據，線路發生單相故障時，如果故障相恰為判斷相，備自投檢無壓就會啟動。

方案一(如圖3):

這是改進后的原理接線，選用相間電壓做為檢無壓判據，當線路發生單相接地故障時，相間電壓不會出現變化，備自投檢無壓不會啟動。

方案二(如圖4):

加裝電壓變送器后，直接將線電壓作為檢無壓判據，線路發生任何單相接地故障，備用自投裝置的輸入電壓始終能夠保持大于其啟動值，從而可以避免類似的情況再次發生。

自投裝置對電流模擬量的識別精度低，定值設定的下限過高。保護裝置的電流整定值下限為0.08In，而主變壓器低壓側的變比為3000/5，則其整定值為0.4A。只要主變壓器所帶的負荷較輕，達不到整定值時，就會使其閉鎖條件失去閉鎖作用。這時，由于電流的閉鎖判據不起作用，只要裝置檢測到10kV母線的電壓小于其整定值，無論正確與否，都會動作，這樣就容易造成自投裝置誤動作。

應該提高自投裝置精度，合理降低檢查進線電流的定值(此定值也不能無限減小，否則由于微機裝置漂零的存在，造成備用自投拒動)，

對改進檢無壓判斷后的CSB-21A裝置進行了檢驗，對試驗儀器模擬故障量，升級前試驗10次，保護裝置誤動作10次;改進后試驗10次，均可靠不動作。

通過上述分析可以看出，在小電流接地系統中備用自投裝置應該避免采用單相電壓輸入的接線方式，而采用線電壓輸入或兩相及三相電壓輸入。同時應該提高自投裝置精度，合理降低整定值的下限。設計人員在設計時，應該考慮到在各種運行方式及運行狀況時，所設計的接線方式是否合理，是否會使裝置誤動。