典型接線方式下備自投閉鎖方法的分析研究

宗小紅+臧玉龍+毛祥飛

摘 要：隨著電力系統(tǒng)對(duì)供電可靠性和連續(xù)性要求的不斷提高，備自投裝置得到了廣泛的使用，為防止備自投裝置合于故障，必須對(duì)其進(jìn)行一定條件下的閉鎖。本文通過對(duì)110kV變電所的兩種典型接線方式下備自投閉鎖方法進(jìn)行了分析和研究，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：備自投；母線故障；閉鎖；改進(jìn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.157

0 引言

備用電源自動(dòng)投入裝置是電力系統(tǒng)中為提高供電可靠性與連續(xù)性而廣泛使用的一種裝置。當(dāng)工作電源因故障被斷開以后，它能迅速自動(dòng)的將備用電源投入工作，主要應(yīng)用于110 kV 及以下電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)中。雖然備自投裝置可以增加供電的可靠性與連續(xù)性，但如果在設(shè)備故障時(shí)備自投裝置動(dòng)作，將會(huì)合閘于故障設(shè)備從而對(duì)系統(tǒng)形成沖擊，反而有可能擴(kuò)大故障范圍，這對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行顯然是很不利的。為此，實(shí)際運(yùn)行中的備自投裝置都設(shè)有各種閉鎖回路。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)跳開斷路器并同時(shí)閉鎖備自投，不使備自投合閘于故障設(shè)備，避免了事故的擴(kuò)大。本文對(duì)幾種典型接線方式下備自投的閉鎖方法進(jìn)行了分析和探討。

1 備自投動(dòng)作原理及基本要求

根據(jù)備自投裝置的動(dòng)作原理，要使備自投裝置正確動(dòng)作，必須是在裝置已充電，且滿足動(dòng)作條件而又無閉鎖條件的情況下。充放電條件包括開關(guān)狀態(tài)、備自投控制字狀態(tài)等；動(dòng)作條件包括母線（或線路）無壓、主供開關(guān)無流等；閉鎖條件包括主供開關(guān)有流、備自投控制字退出、過流閉鎖等。因此只要不滿足充電條件（也即滿足放電條件）或滿足閉鎖條件就會(huì)使備自投閉鎖。實(shí)現(xiàn)閉鎖功能的做法有兩種，一種是引入外部開入量實(shí)現(xiàn)閉鎖，另一種是檢測(cè)電流、電壓等模擬量實(shí)現(xiàn)內(nèi)部閉鎖，如檢過流閉鎖、檢備用線路無壓閉鎖等。正確地使用好這些功能就能實(shí)現(xiàn)備自投裝置正確可靠的動(dòng)作。

一般而言，備自投裝置基本要求如下：

（1）應(yīng)保證在工作電源或設(shè)備斷開后才投入備用電源或設(shè)備。

（2）工作電源或設(shè)備上的電壓不論何種原因，除有閉鎖信號(hào)外，自動(dòng)投入裝置均應(yīng)動(dòng)作。

（3）自動(dòng)投入裝置應(yīng)保證只動(dòng)作一次。

（4）當(dāng)自動(dòng)投入裝置動(dòng)作時(shí)，如備用電源或設(shè)備投于故障，應(yīng)有保護(hù)加速跳閘。

（5）手動(dòng)斷開工作電源斷路器時(shí)備用電源自動(dòng)投入裝置應(yīng)可靠被閉鎖。

（6）應(yīng)具有閉鎖備自投裝置的功能，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。

（7）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自投裝置不應(yīng)動(dòng)作。

2 備自投閉鎖在典型接線方式下存在的問題及分析

2.1 單母分段接線方式下的備自投閉鎖

圖1所示為單母分段接線方式，它可以有以下三種運(yùn)行方式：①711、712開關(guān)各帶一臺(tái)主變運(yùn)行，700分段開關(guān)熱備用；②711開關(guān)帶兩臺(tái)主變運(yùn)行；712開關(guān)熱備用；③712開關(guān)帶兩臺(tái)主變運(yùn)行，711開關(guān)熱備用。

（1）對(duì)于方式①，配置的備自投通常稱為橋自投，有兩種自投邏輯：1）110kVI母無壓，II母有壓，711開關(guān)無流，備自投跳711開關(guān)后合700分段開關(guān)；2）110kVII母無壓，I母有壓，712開關(guān)無流，備自投跳712開關(guān)后合700分段開關(guān)。

（2）對(duì)于方式②，配置的備自投通常稱為進(jìn)線自投，其邏輯為110kVI、II母均無壓，712開關(guān)線路側(cè)有壓，711開關(guān)無流，備自投跳711開關(guān)后合上712開關(guān)。

（3）對(duì)于方式③，也是進(jìn)線自投，其邏輯為110kVI、II母均無壓，711開關(guān)線路側(cè)有壓，712開關(guān)無流，備自投跳712開關(guān)后合上711開關(guān)。

110 kV單母分段的接線方式一般用于終端變電站，其特點(diǎn)是線路和母線不配置保護(hù)。與內(nèi)橋接線方式不同的是，由于主變高壓側(cè)開關(guān)CT的存在，主變保護(hù)的范圍是不包括母線的。因此如果此時(shí)110 kVI段母線故障的話，必須靠對(duì)側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作來隔離故障。顯然，當(dāng)對(duì)側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作后，無論處于哪種運(yùn)行方式下均滿足備自投動(dòng)作邏輯，備自投將會(huì)合閘于故障元件。因此，必須增加母線故障閉鎖備自投的條件。

為了解決母線故障閉鎖備自投的問題，通常的做法是進(jìn)線配置方向過流保護(hù)，其方向?yàn)榫€路指向母線，這樣當(dāng)故障在線路上時(shí)，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作，而由對(duì)側(cè)切除故障，當(dāng)故障在母線上時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)閉鎖備自投，以防止備自投合閘于故障母線。值得注意的是進(jìn)線的方向過流保護(hù)雖然投入，但保護(hù)跳閘出口壓板應(yīng)取下，即該保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作于跳閘，因?yàn)樵摫Ｗo(hù)的方向?yàn)榫€路指向母線，站內(nèi)其它設(shè)備若發(fā)生故障，線路保護(hù)也會(huì)動(dòng)作，將造成越級(jí)跳閘。

由線路保護(hù)動(dòng)作判定母線故障來閉鎖備自投也存在一定的問題。如圖1，在進(jìn)線自投方式中，711開關(guān)帶兩臺(tái)主變運(yùn)行，712開關(guān)熱備用，此時(shí)，若110 kV母線發(fā)生故障，711開關(guān)線路保護(hù)動(dòng)作閉鎖備自投，712開關(guān)不能投入，從而導(dǎo)致全所失電。也就是說在進(jìn)線自投的方式中一旦母線有故障就會(huì)導(dǎo)致全所負(fù)荷丟失。這是不能滿足對(duì)供電可靠性的要求的。然而僅憑線路保護(hù)動(dòng)作信號(hào)是無法區(qū)分哪段母線故障的，為了解決這個(gè)問題，必須在進(jìn)線自投的動(dòng)作邏輯中增加母線故障選擇性判據(jù)，即增加判斷是哪段母線故障的邏輯條件。顯然，若110 kVI段母線故障，則700分段開關(guān)不會(huì)流過故障電流，若110 kVII段母線故障，則700分段開關(guān)中將流過故障電流，因此，700分段開關(guān)中是否流過故障電流可以用來作為判斷哪段母線故障的依據(jù)。而分段開關(guān)中的過流保護(hù)則可用來判定是否流過故障電流，但分段開關(guān)的過流定值的整定要考慮躲過主變最大負(fù)荷電流及勵(lì)磁涌流，其靈敏度可能不足，因此建議采用故障相電流突變量判據(jù)。當(dāng)110 kVI段母線故障時(shí)，此時(shí)分段開關(guān)相電流的突變量為負(fù)荷電流的變化量，當(dāng)110 kVII段母線故障時(shí)，分段開關(guān)相電流的突變量為故障相電流的變化量，具有更好的靈敏性。以711開關(guān)帶兩主變運(yùn)行方式為例，采用故障相電流突變量作為母線故障判據(jù)的動(dòng)作邏輯圖見圖2。endprint

2.2 內(nèi)橋接線方式下的備自投閉鎖

圖3所示為內(nèi)橋接線方式，它與單母分段接線方式下的運(yùn)行方式基本相同。但由于缺少主變高壓側(cè)開關(guān)，主變保護(hù)計(jì)算差流時(shí)需要計(jì)及進(jìn)線開關(guān)以及內(nèi)橋開關(guān)。因此主變保護(hù)的范圍擴(kuò)大到母線上，而主變保護(hù)是否應(yīng)閉鎖備自投也成為需要分析的問題。

當(dāng)采用進(jìn)線自投時(shí)，如圖3，711開關(guān)通過內(nèi)橋700開關(guān)供1號(hào)、2號(hào)主變，當(dāng)2號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作時(shí)，跳內(nèi)橋700開關(guān)，711開關(guān)帶1號(hào)主變正常運(yùn)行，110 kVI段母線未失壓，不滿足備自投動(dòng)作邏輯條件，因此無需閉鎖備自投。當(dāng)1號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作時(shí)，跳711開關(guān)與內(nèi)橋700開關(guān)，110 kVI段、II段母線均失壓，滿足備自投動(dòng)作邏輯條件，此時(shí)備自投應(yīng)動(dòng)作，合上712開關(guān)帶2號(hào)主變運(yùn)行。故在此種運(yùn)行方式下也不應(yīng)閉鎖備自投。712開關(guān)供1號(hào)、2號(hào)主變時(shí)的情況與此類似。

采用分段自投時(shí)，711開關(guān)供1號(hào)主變，712開關(guān)供2號(hào)主變。若任何一臺(tái)主變故障導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，跳開相應(yīng)的進(jìn)線開關(guān)，則如果備自投動(dòng)作合上內(nèi)橋開關(guān)，那么將合于故障主變，使系統(tǒng)再次受到?jīng)_擊，有可能造成事故范圍擴(kuò)大。因此當(dāng)采用分段自投時(shí)，主變保護(hù)動(dòng)作必須要閉鎖備自投。

由于內(nèi)橋接線方式下只有分段自投方式需要由主變保護(hù)閉鎖備自投，建議廠家在設(shè)計(jì)備自投裝置時(shí)應(yīng)考慮將分段自投閉鎖作為單獨(dú)的開入量與主變保護(hù)動(dòng)作接點(diǎn)相連。

3 結(jié)論

本文對(duì)110kV變電站兩種典型接線方式下備自投閉鎖的各種情況進(jìn)行了分析研究，說明了在單母分段接線方式下，區(qū)分母線故障區(qū)域可以避免不必要的備自投閉鎖，并指出了判別母線故障區(qū)域所需要的判據(jù)以及相應(yīng)的備自投動(dòng)作邏輯。而在內(nèi)橋接線方式下，僅需閉鎖橋備投即可，并提出了實(shí)現(xiàn)單獨(dú)閉鎖橋備投的可行性建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊新民，楊雋琳.電力系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

[2]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[3]RCS-9652備用電源自投裝置技術(shù)說明書[S].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司.

[4]郭碧媛，張豐.備自投裝置在單母分段接線中應(yīng)用存在的問題及解決措施[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（07）：134-135.

作者簡(jiǎn)介：宗小紅（1982-），男，工程師，從事變電運(yùn)行工作。endprint