10 kV備自投與接地變的配合運(yùn)行優(yōu)化方法研究

李元開，賴天德

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

10 kV備自投裝置動(dòng)作時(shí)，分段開關(guān)閉合，10 kV母線并列運(yùn)行，此時(shí)接地變也處于并列運(yùn)行的狀態(tài)，會(huì)使10 kV母線失去零序保護(hù)，從而引發(fā)更大范圍的停電事故。故需要對(duì)接地變二次回路進(jìn)行改進(jìn)，防止當(dāng)備自投動(dòng)作時(shí)由于接地變隨母線并列運(yùn)行導(dǎo)致母線失去響應(yīng)保護(hù)的情況。

1 備用電源自動(dòng)投入裝置

備用電源自動(dòng)投入裝置（簡(jiǎn)稱備自投），分為分段備自投和進(jìn)線備自投兩種模式，且相互獨(dú)立。10 kV備自投固定為分段的模式，其中當(dāng)裝置動(dòng)作時(shí)，根據(jù)負(fù)荷的分布又分為負(fù)荷均分備自投和非均分備自投。通常情況下，當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，10 kV 1M由#1主變供電，#2主變?yōu)?AM和2BM供電，3M的電來自#3主變，各個(gè)分段開關(guān)處于分位狀態(tài)，如圖1所示。

圖1 10 kV電網(wǎng)正常運(yùn)行，各開關(guān)位置狀態(tài)。

當(dāng)1M失壓且滿足備自投動(dòng)作時(shí)，若為非分方式，那么備自投先跟跳開關(guān)501，確認(rèn)501斷開后，閉合分段開關(guān)521。確認(rèn)521開關(guān)處于合位后，備自投動(dòng)作結(jié)束，一次設(shè)備運(yùn)行方式由#1主變帶1M，#2主變帶2AM和2BM，#3主變帶3M變?yōu)?2主變帶1M，2AM和2BM，#3主變運(yùn)行方式不變依舊只帶3M。

當(dāng)1M失壓且滿足備自投動(dòng)作條件時(shí)，若為均分方式，那么備自投先跟跳501開關(guān)，確認(rèn)501開關(guān)斷開后，延時(shí)合分段開關(guān)521與532，確認(rèn)521與532處于合位。至此備自投動(dòng)作結(jié)束，一次運(yùn)行方式變?yōu)?2主變帶1M和2AM，#3主變帶2BM和3M，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷相對(duì)均分。

同理，當(dāng)2AM、2BM以及3M失壓時(shí)，備自投動(dòng)作運(yùn)行方式原理與上述一致。

2 接地變壓器

當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線電壓三角形仍然保持對(duì)稱，對(duì)用戶繼續(xù)工作影響不大，并且電容電流比較小（小于10 A）時(shí)，一些瞬時(shí)性接地故障能夠自行消失。由于電纜出線多，10 kV配電網(wǎng)絡(luò)中單相接地電容電流將急劇增加，當(dāng)系統(tǒng)電容電流大于10 A后，將帶來一系列危害，如單相接地電弧發(fā)生間歇性的熄滅與重燃會(huì)產(chǎn)生弧光接地過電壓，持續(xù)電弧造成空氣的離解易發(fā)生相間短路，產(chǎn)生鐵磁諧振過電壓易燒壞電壓互感器。由于一般變電站變低多為三角形連接方式，無法中性點(diǎn)接地，因此為補(bǔ)償10 kV系統(tǒng)對(duì)地電容電流，普遍選用接入Z型接線的接地變壓器。其與普通變壓器的區(qū)別是每相線圈分別繞在兩個(gè)磁柱上，目的是使零序磁通可以沿磁柱流通，使接地變的零序阻抗很小（10 Ω左右）。

3 接地變與10 kV備自投動(dòng)作配合問題

接地變壓器對(duì)于10 kV電壓等級(jí)的配置是將D01接在1M上，D02接在2AM上為2AM及2BM提供零序通道，D03接在3M。對(duì)于10 kV饋線而言，最常見的故障為接地故障，產(chǎn)生的零序電流由接地變流入大地，被饋線的零序CT采集進(jìn)入保護(hù)裝置。但是當(dāng)備自投動(dòng)作時(shí)（以1M失壓備自投動(dòng)作為例），運(yùn)行方式變?yōu)?2主變帶1M與2AM。此時(shí)1M上的D01與2AM上的D02出現(xiàn)了并列運(yùn)行的情況，此時(shí)通常情況下，調(diào)度端會(huì)遠(yuǎn)程遙控跳開D01開關(guān)，此過程需要3～10 min左右。當(dāng)因網(wǎng)絡(luò)通信問題等其他原因?qū)е抡{(diào)度端無法及時(shí)跳開D01時(shí)，需要運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作斷開D01開關(guān)，該過程需要1 h左右的時(shí)間，而此時(shí)10 kV發(fā)生接地故障時(shí)，由于D01與D02并列運(yùn)行，零序電流會(huì)被分流，同時(shí)流過兩個(gè)接地變，使得故障電流變小，若小于保護(hù)定值則出現(xiàn)拒動(dòng)的情況。

同時(shí)當(dāng)調(diào)度端遙控錯(cuò)誤，跳開D02開關(guān)，使D01接地變作為并列運(yùn)行中1M和2AM的接地保護(hù)，但當(dāng)2AM發(fā)生接地故障時(shí)，D01動(dòng)作跳開521開關(guān)后延時(shí)跳開501開關(guān)，并不會(huì)跳開#2主變的變低使得故障被隔離，所以需要10 kV備自投裝置與接地變壓器之間的配合優(yōu)化，使兩者之間的動(dòng)作發(fā)生更快速準(zhǔn)確，顯示電網(wǎng)各裝置之間自動(dòng)化配合，同時(shí)增強(qiáng)電網(wǎng)可靠性。

4 接地變與10 kV備自投動(dòng)作配合優(yōu)化

4.1 當(dāng)1M失壓，備自投動(dòng)作

當(dāng)1M失壓，備自投動(dòng)作后，無論是均分還是非均分，出現(xiàn)并列運(yùn)行的接地變是D01與D02，即需要當(dāng)備自投動(dòng)作后快速切斷D01開關(guān)使1M與2AM的零序電流只流經(jīng)D02。本文通過改進(jìn)接地變D01的二次回路來實(shí)現(xiàn)，解決方案是將備自投動(dòng)作開出與分段521以及D02開關(guān)位置的常開節(jié)點(diǎn)串接后，并接至D01開關(guān)的跳閘回路中。對(duì)于可以反應(yīng)備自投動(dòng)作的節(jié)點(diǎn)選擇，本文提出了4種方案，并針對(duì)各種方案進(jìn)行了分析對(duì)比。

4.1.1 方案一

聯(lián)系廠家，通過升級(jí)裝置程序，做出相應(yīng)開出邏輯，即當(dāng)備自投判斷動(dòng)作成功后提供相應(yīng)開出給D01控制回路。此方案可靠性高，但備自投廠家較多，各廠家進(jìn)行程序研發(fā)升級(jí)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

4.1.2 方案二

將時(shí)間繼電器并接在變低501的跳閘回路中，當(dāng)501收到保護(hù)跳閘命令時(shí)，時(shí)間繼電器勵(lì)磁，串接至D01跳閘回路的對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)閉合，經(jīng)過整定時(shí)間延時(shí)返回，使得D01開關(guān)自動(dòng)跳開。該方案風(fēng)險(xiǎn)較高，當(dāng)時(shí)間繼電器短路，變低501開關(guān)跳閘回路由于被短路，因此在發(fā)生故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)拒動(dòng)的情況。方案接線具體如圖2所示。

圖2 將時(shí)間繼電器并接在變低控制回路中

4.1.3 方案三

通過將時(shí)間繼電器串接至變低501開關(guān)跳閘回路中，將該時(shí)間繼電器節(jié)點(diǎn)作為備自投動(dòng)作開出的判據(jù)，串接到D01控制回路中。該方案風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)方案二較低，但需要整定時(shí)間繼電器的阻值配合跳閘變低跳閘線圈阻值，防止由于時(shí)間繼電器的接入使得變低跳閘線圈分壓降低而無法跳開。方案接線具體如圖3和圖4所示。

圖3 將時(shí)間繼電器串接在變低控制回路中

圖4 利用時(shí)間繼電器節(jié)點(diǎn)作為備自投開出

4.1.4 方案四

通過備自投裝置備用的開出節(jié)點(diǎn)勵(lì)磁時(shí)間繼電器，時(shí)間繼電器節(jié)點(diǎn)作為備自投動(dòng)作節(jié)點(diǎn)，延時(shí)返回串接到D01跳閘回路中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化跳閘。該方案風(fēng)險(xiǎn)小，但受裝置本身影響較大，部分備自投裝置無備用的跳閘節(jié)點(diǎn)。方案接線具體如圖5所示。

圖5 利用備用跳閘出口勵(lì)磁時(shí)間繼電器

綜上所述，方案一風(fēng)險(xiǎn)較低，可靠性高，部分升級(jí)方便快速的裝置廠家可以采用該方案，對(duì)于有備用跳閘出口的備自投裝置，可以采用更可靠的方案四，但需要與相應(yīng)專業(yè)溝通整定準(zhǔn)確的繼電器返回時(shí)間。整體動(dòng)作流程如下，當(dāng)1M失壓時(shí)，備自投動(dòng)作首先跳變低501，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)閉合后延時(shí)返回，然后閉合分段521開關(guān)，相應(yīng)開關(guān)輔助節(jié)點(diǎn)閉合，#2接地變開關(guān)常開節(jié)點(diǎn)處于閉合狀態(tài)。所以當(dāng)1M失壓導(dǎo)致備自投動(dòng)作時(shí)，正電會(huì)從#1接地變操作箱出發(fā)，經(jīng)過備自投動(dòng)作節(jié)點(diǎn)、521開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)以及D02開關(guān)位置節(jié)點(diǎn)后回到操作箱，接入D01跳閘回路，使跳閘線圈勵(lì)磁。#1接地變開關(guān)跳開，使1M，2AM并列運(yùn)行時(shí)，只有#2接地變?yōu)閮蓷l母線提供零序通道，防止當(dāng)接地故障產(chǎn)生時(shí)，零序電流由于分流產(chǎn)生保護(hù)拒動(dòng)。

4.2 當(dāng)2AM失壓，備自投動(dòng)作

當(dāng)2AM失壓，備自投動(dòng)作，跟跳502A開關(guān)后閉合分段521開關(guān)。此時(shí)D01與D02出現(xiàn)并列運(yùn)行的情況，即需要在備自投動(dòng)作后切除D02使D01作為1M與2AM并列運(yùn)行后的零序通道。解決方案是將備自投跳502A開關(guān)的跳閘節(jié)點(diǎn)與分段521以及D01開關(guān)位置的常開節(jié)點(diǎn)串接后，接至D02開關(guān)的跳閘回路。

4.3 當(dāng)2BM失壓，備自投動(dòng)作

由于D02處于2AM上，當(dāng)2BM失壓，502B斷開，分段532開關(guān)合位，使2BM與3M并列運(yùn)行，且兩條母線通過D03提供零序電流通道，因此無需進(jìn)行改進(jìn)。

4.4 當(dāng)3M失壓，備自投非均分動(dòng)作

當(dāng)3M失壓，備自投非均分動(dòng)作時(shí)，503開關(guān)斷開，分段532開關(guān)合位，使得2AM、2BM以及3M并列運(yùn)行，此時(shí)D02與D03并列運(yùn)行，故可以將備自投跳503開關(guān)的跳閘節(jié)點(diǎn)、開關(guān)D02以及532開關(guān)的常開位置節(jié)點(diǎn)串接后并接至D03開關(guān)的跳閘回路中。

4.5 當(dāng)3M失壓，備自投均分動(dòng)作

當(dāng)3M失壓，備自投均分動(dòng)作后，一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)為1M和2AM由#1主變供電，2BM和3M由#2主變供電，因此只會(huì)出現(xiàn)D01與D02并列運(yùn)行的情況，與1M失壓備自投動(dòng)作的解決方案一致。

5 結(jié) 論

本文針對(duì)10 kV系統(tǒng)，通過改進(jìn)接地變控制回路，即在接地變壓器跳閘回路接入相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，避免了當(dāng)10 kV母線失壓，備自投裝置動(dòng)作時(shí)，兩臺(tái)接地變并列運(yùn)行。保障了10 kV系統(tǒng)接地故障發(fā)生時(shí)，接地變可以可靠動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的可靠性。