一種雙變壓器自動投切方案

任力++程云祥++王曉梅++潘曰濤++郁章偉

摘 要：目前我國配電變壓器的切換大多通過人工操作完成。當配電變壓器內部發生故障、低壓側失壓分閘或過流故障分閘后，不能實現快速故障隔離和用戶供電恢復。本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案，當系統檢測到變壓器低壓側發生失壓跳閘或收到過流故障信息后，以1#變壓器低壓開關為基準，判斷分閘情況，延時△t時間后，進行重合閘和備自投邏輯關系判斷，使變壓器進行正常投切。經PSCAD仿真驗證，該控制方法能保證變壓器對負荷的持續供電，減少停電時間，提高供電可靠性。

關鍵詞：配電變壓器；重合閘；備自投；失壓分閘

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0118-02

隨著用戶用電需求增加，對供電可靠性等提出了更高要求。很多地方都是雙變壓器互為備用給用戶供電[1]，這些變壓器的切換都是通過人工操作完成，由于沒有采取智能控制措施，一旦變壓器內部故障或其高壓側失壓后，低壓側斷路器會失壓跳閘，不能實現快速故障隔離和用戶供電恢復。此外，國內在配電變壓器備自投和重合閘的投入較少，多數變壓器的重合閘和備自投功能單獨使用，不能相互配合[2]。本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案，該控制方法中重合閘和備自投功能相互配合，能在較短時間內自動恢復供電，真正實現可靠、安全、經濟運行。

1 總體方案

典型的10kV配電網雙變壓器運行方式接線如圖1所示，1#為主變壓器，2#為備用變壓器。1#變壓器和2#變壓器分別設有高壓開關和低壓開關，雙變壓器低壓側由母聯開關相連。其中，1#變壓器高、低壓側開關初始狀態為閉合的，處于正常工作狀態；2#變壓器高、低壓側開關及母聯開關初始狀態為斷開的，作為備用。雙變壓器高壓側和低壓側裝有PT、CT來實時測量和監控高低壓側電壓和電流。

以1#變壓器低壓開關為基準，重合閘和備自投都以低壓開關分閘作為啟動條件，低壓分閘有三種情況：失壓分閘、過流故障分閘和手動分閘。重合閘裝置和備自投裝置都設有充放電邏輯，只有充滿電才能允許動作，且只允許動作一次，動作后只有手動復位才能重新投入運行。此外，雙變壓器的監控裝置具備低壓側開關失壓跳閘功能和故障檢測功能。同時還實時監測采集高、低壓開關的電壓、電流信號以及開關的分合位置。

雙變壓器的1#變壓器正常帶負荷運行，2#變壓器作為備用。在低壓側檢測到失壓跳閘后，根據失壓跳閘信號啟動邏輯關系檢測配電變壓器高壓側電壓，在設定的時間內，若高壓側恢復供電并且低壓側投入重合閘功能，監控裝置則啟動低壓側的合閘開關，恢復供電。

若1#變壓器高壓側長時間失電后，2#變壓器作為備用投入使用，通過母聯開關繼續帶負荷運行，保證可靠持續供電。

若1#低壓重合閘未投入或者1#低壓重合閘投入了而沒有滿足重合條件，則投入2#變壓器和母聯開關的備自投功能，在2#變壓器的額定容量大于實際負荷數值的條件下，則啟動備用配電變壓器的高低壓開關合閘以及變壓器低壓側母聯開關的合閘命令，短時間內恢復供電。

2 重合閘及備自投智能控制方案

2.1 失壓分閘情況

低壓開關失壓跳閘經過△t時間后收到保護信息，分為以下兩種邏輯關系：

（1）若1#低壓開關重合閘功能投入，執行1#重合閘邏輯關系。延時△t，判斷1#變壓器高壓側是否有壓。若有壓，重合1#低壓開關；若無壓且2#低壓開關備自投和母聯開關備自投功能均未投入，延時△t。若期間1#變壓器高壓側有壓，重合1#低壓開關。

（2）若1#低壓開關重合閘功能未投入或1#低壓開關重合閘功能投入但沒有滿足重合條件，且2#變壓器低壓開關和母聯開關投入備自投功能，則由2#變壓器作為備用投入使用。2#變壓器備自投功能投入后，判斷2#高壓開關高壓側是否有壓。若有壓，則分開1#變壓器高壓開關；若無壓，退出備自投邏輯關系。分開1#高壓開關后，合閘2#高壓開關、合閘2#低壓開關和母聯開關。

2.2 故障分閘情況

低壓開關過流故障跳閘后收到過流故障信息，分為以下兩種邏輯關系：

（1）若1#低壓開關重合閘功能投入，執行1#低壓開關重合閘邏輯關系，重合1#低壓開關。延時判斷1#低壓開關重合是否成功。若成功，則由1#變壓器供電；若失敗，則閉鎖所有重合閘和備自投邏輯關系。

（2）若1#低壓開關重合閘功能未投入且2#變壓器低壓開關和母聯開關投入備自投功能，則由2#變壓器作為備用投入使用。執行2#變壓器備自投邏輯關系后，判斷備自投是否成功。若成功，則由2#變壓器供電；若失敗（此時2#變壓器低壓開關過流跳閘），則分開2#變壓器高壓開關和母聯開關，閉鎖所有重合閘和備自投邏輯關系。

2.3 手動分閘情況

當低壓側開關手動分閘時，就是人為分開開關，此時是檢修狀態。在此狀態下，低壓開關分閘后，系統閉鎖重合閘和備自投邏輯，防止裝置誤動作，造成設備損壞和人身安全事故。

3 仿真驗證

3.1 仿真模型

根據圖1所示的典型的10kV配網雙變壓器運行方式接線圖，在PSCAD仿真環境下建立變壓器變比為10/0.4kV、容量為100kVA的配電線路仿真模型。

3.2 仿真結果分析

以失壓分閘情況下重合閘和備自投投切為例，設t=0時刻，1#變壓器高、低壓側開關K1、K3都處于閉合狀態，電源經1#變壓器開始向負荷供電；2#變壓器高低壓側開關K2、K4及母聯開關K5都處于斷開狀態。

設t=0.2s時，1#變壓器高壓側失壓，以1#變壓器和2#變壓器高、低壓側及母聯側A相電壓信號作為開關開閉狀態的輸入信號，測得重合閘情況下變壓器高、低壓側及母聯側的電壓波形；測得重合閘情況下變壓器高、低壓側及母聯側的開關狀態。設定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分別為高、低壓側及母聯側的A相電壓；k1、k2、k3、k4、k5分別為開關的開閉狀態，高電平為導通狀態；低電平為斷開狀態。經分析可知，t=0.2s時，高壓側電壓Ua1瞬間降低，低壓側電壓Ua2相繼降低，延時△t=0.1后，1#變壓器低壓開關K3失壓跳閘。0.3s后高壓側來電，延時△t后低壓側重合閘動作，合閘K3，繼續向負荷供電。此時，2#變壓器作為備用未投入使用，因此Ua3、Ua4、Ua5為零。

設t=0.2s時，1#變壓器高壓側失壓，以1#變壓器和2#變壓器高、低壓側及母聯側A相電壓信號作為開關開閉狀態的輸入信號，測得備自投情況下變壓器高、低壓側及母聯側的電壓波形；測得備自投情況下變壓器高、低壓側及母聯側的開關狀態。設定Ua1、Ua2、Ua3、Ua4、Ua5分別為高、低壓側及母聯側的A相電壓；k1、k2、k3、k4、k5分別為開關的開閉狀態，高電平為導通狀態；低電平為斷開狀態。經分析可知，若高壓側長時間失壓，t=0.5s時高壓側電壓仍未恢復正常，延時2△t，1#變壓器高壓側開關K1斷開，延時△t，2#變壓器高壓開關K2合閘，經△t后，低壓開關K4和母聯開關K5相繼合閘。此時，2#變壓器作為備用投入使用，1#變壓器斷開檢修。

當處于故障分閘情況下，變壓器低壓側失壓分閘，系統收到失壓保護信息。經仿真驗證，重合閘和備自投功能相互配合，滿足運行要求。

4 結語

本文提出一種雙變壓器重合閘及備自投智能投切的綜合控制方案。當變壓器高壓側短時失壓又恢復供電時，低壓開關分閘后，低壓側重合閘能在較短時間內動作，恢復供電；若1#變壓器高壓側長時間失電或1#變壓器低壓側重合閘功能不能正常投入時，2#變壓器作為備用投入使用，通過母聯開關繼續帶負荷運行。

通過該方法，當發生故障后，能夠在較短的時間內自動恢復供電，且無需供電人員親自跑到現場進行人工操作，真正實現了可靠、安全、經濟運行。

參考文獻

[1]徐丹.配電變壓器的經濟運行方式研究[D].華北電力大學，2013.

[2]駱群.配電變壓器自動投切裝置的研究[J].電工技術，2011，（7）：29-30.endprint