110 kV三圈變變電站備自投過負荷閉鎖邏輯分析及改進

葉婷

(南京供電公司，江蘇南京210019)

備自投即備用電源自動投入裝置，是電力系統故障或其他原因導致工作電源斷開后，能迅速將備用電源或備用設備或其他正常工作的電源自動投入工作，使原工作電源所帶用戶能迅速恢復供電的一種自動控制裝置，對提高多電源供電負荷的供電可靠性，保證連續供電有重要作用[1]。備自投裝置動作有一個重要原則，即不應使動作后備用電源側的主變過載，一般規定110 kV兩圈變變二側（10 kV側或20 kV側）負荷電流之和如果超過1.2倍單臺主變額定電流就閉鎖備自投，以防止主變過載跳閘，擴大事故停電范圍。對于110 kV三圈變而言，負荷電流取決于35 kV和10 kV（或20 kV）兩側之和，因此只有當110 kV三圈變變二側和變三側負荷電流之和小于1.2倍單臺主變額定電流，才允許35 kV和10 kV（或20 kV）備自投動作[2-5]。

1事故經過

一起線路故障備自投拒動案例。

2011年4月27日，220 kV變電站B站燕萬1號線743開關接地距離Ⅰ段、零序Ⅰ段跳閘，A相接地，重合不成。110 kV變電站A站1號主變失電，35 kV備自投未動作，10 kV備自投動作跳開1號主變101開關、合上10 kV母聯110開關。調度員在確認A站2號主變不會過載的情況下，發令拉開A站1號主變301開關，合上35 kV母聯310開關。110 kV A站接線方式如圖1所示。

2事故分析

2.1 A站35 kV備自投拒動分析

圖1 A站接線示意圖

在本次事故中，由于A站35 kV備自投未動作，導致A站所供的一些35 kV重要用戶失電，且失電時間較長。通過分析A站35 kV備自投閉鎖條件和繼電保護定值單發現，35 kV備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值為0.45倍額定電流，而故障發生時A站301開關和302開關流過的負荷電流之和（254 A）的確超過了0.45倍額定電流（210 A），導致備自投閉鎖。按照備自投的動作邏輯分析是沒有任何問題的，但是由于事故發生時A站10 kV負荷較輕，調度員模擬35 kV備自投的動作過程拉開301開關、合上310開關后，A站2號主變并沒有出現過載，所以理想的結果是在事故發生時A站35 kV備自投和10 kV備自投均動作。要想在確保主變不過載的情況下盡可能多的利用備自投裝置恢復對用戶的供電就要研究35 kV備自投和10 kV備自投的過負荷閉鎖邏輯之間的配合整定。

2.2 110 kV三圈變變電站備自投過負荷閉鎖邏輯分析

110 kV A站35 kV備自投、10 kV備自投裝置型號均為RCS-9651（南瑞繼保），35 kV備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值為0.45倍額定電流，10 kV備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值為0.75倍額定電流。也就是說，當35 kV備自投和10 kV備自投均動作時一定能夠保證單臺主變不過載。通過縱向對比該地區所有110 kV三圈變變電站的備自投裝置，發現無論型號是PSP-691（國電南自）、PSP-642（國電南自）、RCS-9651（南瑞繼保）、DSA2364（國電南瑞）或是 DSA2363（國電南瑞），都分別規定了35 kV備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值和10 kV（或20 kV）備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值，兩者之和能夠保證備自投動作后運行主變變一側負荷電流不超過1.2倍額定電流。但是，由于負荷電流是隨時變化的，它受負荷特性、設備檢修、運行方式、季節氣候等多種因素的影響，因此110 kV三圈變的變二側和變三側的負荷電流也是不斷變化的，如果簡單地獨立設定35 kV和10 kV（或20 kV）備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值，就相當于分別規定了主變35 kV側和10 kV（或20 kV）側負荷電流的上限，一旦某側負荷電流超出上限就會導致備自投閉鎖。這種整定方法不能隨負荷的變化自動調整，實際上只要主變35 kV側和10 kV（或20 kV）側的負荷電流之和不會導致主變過載，那么35 kV和10 kV（或20 kV）備自投就都應該動作。

由此可見，想要避免上述A站發生的備自投拒動事故，就不能孤立地設定35 kV和10 kV（或20 kV）備自投過負荷閉鎖定值，而應該把它們看成一個整體去分析和設定過負荷閉鎖備自投的邏輯。

3改進措施

從上述分析中可知，為了合理地設定過負荷閉鎖備自投的邏輯，必須要將主變35 kV側和10 kV（或20 kV）側負荷作為一個整體綜合考慮，本文提出以下2種方法，可以避免備自投拒動。

3.1求和整組閉鎖法

常規備自投控制策略中，備自投的動作存在一定的延時時間，該延時是為了躲開故障的切除時限和自動重合閘等裝置的動作時間，在備自投啟動后的這段延時時間中，可以增加一個數據處理單元來替代備自投過負荷閉鎖電流閉鎖定值。以A站1號主變失電為例，數據處理單元主要完成的邏輯功能：將2臺主變故障前瞬間35 kV側和10 kV側的負荷電流統一歸算后求和，若兩側負荷電流之和小于1.2倍單臺主變額定電流，則允許35 kV和10 kV備自投動作。若大于1.2倍單臺主變額定電流，假設A站1號主變35 kV側有重要雙電源用戶或重要負荷較多 （與10 kV側相比），則先選擇將1號主變（失電主變）35 kV側負荷電流與運行主變兩側負荷電流歸算后求和，如果小于1.2倍單臺主變額定電流，則允許35 kV備自投動作，閉鎖10 kV備自投；如果大于1.2倍單臺主變額定電流則再將1號主變10 kV側負荷電流與運行主變兩側負荷電流歸算后求和，如果小于1.2倍單臺主變額定電流，則允許10 kV備自投動作，閉鎖35 kV備自投；如果仍大于1.2倍單臺主變額定電流，則閉鎖35 kV和10 kV備自投。其邏輯流程如圖2所示。

顯然，利用數據處理單元來替代備自投過負荷閉鎖電流定值后，可以使備自投裝置靈活地根據故障時的負荷情況作出正確的動作決策，優化了備自投過負荷閉鎖邏輯。

3.2先投后切法

這種方法與上述第一種方法相同的是都增加了數據處理單元來替代備自投過負荷閉鎖電流定值，不同的是將失電主變35 kV側和10 kV側饋供負荷分成3級，其中第1級負荷最為重要，第2級次之，如果35 kV和10 kV備自投均動作后會造成主變過載，就會按負荷重要程度計算需要切除的負荷 （從失電主變第3級負荷開始），在35 kV和10 kV備自投均動作后切除經計算得出的部分饋線負荷。以A站1號主變失電為例，數據處理單元完成后的邏輯功能：將2臺主變故障前瞬間35 kV側和10 kV側的負荷電流統一歸算后求和，若兩側負荷電流之和小于1.2倍單臺主變額定電流，則允許35 kV和10 kV備自投動作。若大于1.2倍單臺主變額定電流，則從失電主變第3級負荷開始計算需要切除的負荷，待35 kV和10 kV備自投動作后，直接切除計算出的負荷。其邏輯流程如圖3所示。

圖3數據處理單元邏輯流程圖

采用先投后切法，不僅可以避免備自投拒動，而且可以使備自投裝置根據負荷的重要程度盡可能多地恢復失電負荷，從而減少故障對重要用戶的影響，優化了備自投過負荷閉鎖邏輯。

3.3實現方法

為了實現“求和整組閉鎖法”或“先投后切法”，需要增加一個備自投過負荷閉鎖裝置，該裝置包含了上文提到的數據處理單元并且獨立于35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置之外，能夠根據實時的負荷情況對35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置的動作做出正確決策，用于替代35 kV和10 kV（或20 kV）備自投裝置中利用過負荷閉鎖定值來閉鎖或開放備自投的邏輯。要實現“求和整組閉鎖法”，以主變變二側電壓等級為35 kV，變三側電壓等級為10 kV為例，該備自投過負荷閉鎖裝置需要輸入每臺主變變二側 （35 kV側）、變三側（10 kV側）的負荷電流值，當35 kV和10 kV備自投裝置啟動后，便啟動該裝置進行計算和邏輯判斷，然后將得出的備自投動作決策 （即閉鎖或開放35 kV和10 kV備自投）分別輸出至35 kV備自投和10 kV備自投裝置。

要實現“先投后切法”，以主變變二側電壓等級為35 kV，變三側電壓等級為10 kV為例，該備自投過負荷閉鎖裝置需要輸入每臺主變變二側 （35 kV側）、變三側 （10 kV側）的負荷電流值以及每臺主變1級、2級、3級負荷電流值，當35 kV和10 kV備自投裝置啟動后，便啟動該裝置進行計算和邏輯判斷，然后將得出的備自投動作決策（即開放35 kV和10 kV備自投，以及在35 kV和10 kV備自投動作成功后，35 kV側和10 kV側需要跳開哪些開關）分別輸出至35 kV備自投和10 kV備自投裝置。當然，“先投后切法”在實現的時候較為復雜，而且原35 kV和10 kV備自投裝置也要做較大改動（包括二次接線，動作邏輯等等）。

4結束語

隨著經濟的發展和科技的進步，人們對于電力系統的可靠性要求越來越高，而備自投裝置邏輯功能的完善是保證供電連續性和可靠性的必要條件。針對該地區110 kV三圈變變電站備自投過負荷閉鎖邏輯存在的不足，本文提出了“求和整組閉鎖法”和“先投后切法”，這2種方法不僅能夠根據實際負荷情況作出正確的備自投動作決策，有效避免備自投拒動，而且能夠在主變不過載的情況下盡可能多地恢復失電負荷，優化了現有備自投過負荷閉鎖邏輯，提高了地區電網的供電可靠性。

[1]余 濤，胡細兵，黃煒，等.地區電網廣域備自投控制系統研制[J].電力自動化設備，2011，31（3）：121-125.

[2]范壽忠.備自投過負荷聯切功能的實現[J].電力系統保護與控制，2010，38（5）：139-141.

[3]王 穎.220 kV備自投裝置程序優化分析[J].廣西電力，2011，34（2）：30-32.

[4]李雪明，秦文韜，胥 鳴，等.基于穩控裝置平臺的電網雙向備用電源自投功能的實現[J].電力系統保護與控制，2009，37(14)：77-81.

[5]馬小珍.一種改進的備自投邏輯[J].電力系統保護與控制，2010，38(8)：149-151.