水電站廠用電備自投的設計及維護

馬 靜，黃小冬，何澤勝，焦維亮

（雅礱江流域水電開發有限公司官地水力發電廠，四川 西昌615704）

0 前言

在10 kV及以下電壓等級廠用電系統中，為提高供電可靠性，保證供電連續性，防止因廠用電失電導致機組運行異常，常常會采用備自投裝置，它能在一段母線失電后切斷工作電源并迅速投入備用電源（備自投功能），并能在工作電源恢復供電后切斷備用電源投入工作電源（自恢復功能），從而縮短供電中斷時間、降低因失電而引起的損失。

但在實際運行過程中，備自投裝置往往存在接入的模擬量、開關量較多，控制邏輯較復雜，閉鎖措施不完善，檢修維護困難，運行可靠性差等諸多問題，如何保證備自投可靠穩定運行，發揮其保證廠用電可靠性的作用就成了運行維護人員的首要任務。

1 備自投的設計

1.1 廠用電的設計

備自投的主要作用是保證廠用電的可靠性，其設計必須先考慮廠用電的結構。目前常用的廠用電結構有分段獨立結構（圖1）和手拉手環網結構（圖 2）。

分段獨立結構廠用電的外來施工電源（圖1的5DL、6DL）直接接于母線上，作為該段母線的第二個備用電源，在設計備自投時必須考慮外來施工電源。

手拉手環網結構廠用電首尾相連，每段母線均有兩段備用母線，其外來施工電源單獨接于一段獨立母線上，需要使用時手動投入，因此在設計備自投時可不考慮外來施工電源。

分段獨立結構廠用電的優點是結構簡單，節約電纜成本，缺點是會使用外來施工電源，增加用電成本；手拉手環網結構廠用的優點是不需要使用外來施工電源，廠用電穩定性高；缺點是結構稍微復雜，增加電纜成本。因此，電廠需根據自身要求選擇合適的廠用電結構。

圖1 分段獨立結構廠用電系統接線示意圖

圖2 手拉手環網結構廠用電系統接線示意圖

1.2 備自投的設計

備自投設計思路主要有兩種：功能完備型和簡單可靠型。這兩種形式各有優缺點，功能完備型能滿足各種特殊的運行方式，減少人為操作風險，但邏輯復雜，接入量較多，運行中的風險和檢修調試的難度較高；簡單可靠型備自投邏輯設計簡單，功能易實現，且也能保證廠用電的穩定性，但不能滿足特殊運行方式的要求，會增加人為操作。

考慮到廠用電下級負荷通常也有備用電源，即使廠用電短時失電也不至于影響機組的正常運行，但是如果因為備自投的誤動導致兩段廠用電合環運行，將可能導致廠用電中產生大電流，危及人身和設備安全，因此備自投的設計思路推薦為“按廠設計，邏輯簡單，功能可靠”。例如圖1所示分段獨立廠用電系統Ⅰ段母線備自投可設計為Ⅰ母無壓，1DL進線無流，若Ⅱ母有壓，進線開關2DL在合位且聯絡開關2-3DL在分位，則跳開進線開關1DL，合上聯絡開關1-2DL；若上述條件不滿足則檢測5DL進線是否有壓，若有壓則跳開進線開關1DL，合上施工電源進線開關5DL。

2 備自投的閉鎖條件

根據GB/T 14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中5.3.3.4條規定“當廠用母線速動保護、工作電源分支保護或工作電源由手動或分散控制系統（DCS）跳閘時，應閉鎖備用電源自動投入”。廠用母線保護主要有母線弧光保護和廠變過流保護，應接其動作接點于備自投閉鎖回路上，避免備自投動作合閘于故障母線，導致事故擴大。但廠變過流保護通常配置在發變組保護中，其安裝位置離備自投較遠，需做好長距離傳輸的防干擾措施。由于備自投裝置中會采集廠用電進線電流，故也可考慮在備自投裝置中設置進線過流保護，定值與廠變過流定值相同，動作于閉鎖備自投，這樣就不需要接入廠變過流保護動作接點。

為防止人為操作開關導致備自投誤動，開關手動或遠方分閘也需要閉鎖備自投，可采用手跳繼電器STJ實現，手動或遠方操作開關時，STJ線圈得電，常開接點閉合閉鎖備自投功能。若現場開關控制回路中無STJ繼電器，則需要添加手跳繼電器，將其線圈接于開關手動及遠方分閘回路中（圖3）。

3 備自投的檢修

3.1 定值校驗

備自投定值通過充放電邏輯或者動作邏輯校驗，備自投裝置中常見的定值有有壓、無壓、有流、無流整定值及充電和動作時間等。

以校驗有壓定值Uyy和無壓定值Uwy為例，備自投充電條件要求母線有壓，因此可用充電條件校驗有壓定值；備自投動作條件要求故障母線無壓，因此可用動作條件校驗無壓定值。具體操作為備自投裝置正常運行，投入功能壓板、控制字，退出所有出口壓板，短接各開關位置接點開入量滿足工作母線正常運行方式，無閉鎖備自投開入，備用母線三相有壓。在此條件下給工作母線電壓通道加入0.95Uyy電壓，備自投應不充電，加入1.05Uyy電壓，經延時備自投應正常充電；備自投充電后，給工作母線電壓通道加入1.05Uwy電壓，備自投應不動作，加入0.95Uwy，經延時備自投應動作。

其他定值校驗與此類似。

圖3 開關控制回路（增加手跳繼電器）

3.2 邏輯校驗

備自投邏輯校驗由于要實現模擬量和多組開關量的變化，因此需使用專用的試驗儀器，目前我廠采用的北京博電新力電氣股份有限公司生產的PMU-B型備用電源自投入裝置測試儀就能很好的滿足校驗要求。

備自投裝置正常運行，投入功能壓板、控制字，退出所有出口壓板，將模擬量和需要有開關位置變化的開入接點（主要是工作母線進線開關和聯絡開關位置）接于保護測試儀上，加入模擬量并調整開關位置開入，使備自投充電，將工作母線電壓降為0，則備自投裝置上備自投動作、跳閘指示燈點亮，此時調整工作母線進線開關位置，使其變為分位，則備自投檢測到進線開關跳開后合上聯絡開關，備自投裝置上合閘指示燈點亮。

3.3 整組試驗

備自投檢修后需進行整組試驗檢驗備自投邏輯及出口回路的正確性，為防止備自投邏輯錯誤或出口回路異常導致母線合環運行，建議將整組試驗分成兩步進行：

（1）試驗位置的整組試驗。母線停運，將進線及聯絡開關拉至試驗位置，用繼電保護測試儀加入母線電壓量，根據備自投動作條件模擬母線停電，備自投動作分合開關。

（2）工作位置的整組試驗。當試驗位置的整組試驗正常時，說明備自投邏輯及出口回路均正確，此時再進行母線正常運行時的備自投試驗，進一步檢驗備自投各模擬量、開關量開入回路及出口回路的正確性和備自投動作對母線上其他保護的影響。

3.4 與其他保護的配合

廠用電系統中往往還配置有弧光保護、消諧裝置、小電流接地選線裝置、廠變過流、速斷保護等，廠用電進線電流也會接入故障錄波器，備自投動作分合開關時會不會對這些保護裝置產生影響呢？這需要通過廠用電帶負荷的備自投邏輯試驗來驗證，即在檢修工作完成后，備自投裝置恢復運行，投入所有功能壓板和出口壓板，將檢修段廠用電恢復正常運行方式并帶上額定負荷，通過拉開檢修段廠用電母線電壓互感器二次開關來模擬母線失電使備自投動作分合相應開關，備自投動作分合開關后查看其他保護裝置是否有啟動或動作事件發生。

根據現場實際試驗情況，備自投動作分合開關后有時會造成廠用電母線弧光保護動作和故障錄波裝置啟動，分析動作原因可能為廠用電系統往往是不接地系統，備自投動作斷開故障電源后，母線仍保留有部分殘壓，備自投再快速合上備用電源，若備用電源電壓與母線殘壓矢量差較大時合閘，將導致備用電源進線開關瞬間產生較大的沖擊電流，引起弧光保護過電流動作和啟動故障錄波裝置。

4. 結論

水力發電廠普遍采用“無人值班、少人值守”的管理模式，而備自投正是實現這一管理模式的重要保障，因此需要根據其運行情況不斷總結，根據其出現的問題不斷完善，保證備自投裝置安全、穩定、可靠運行。根據現場運行維護經驗，提出以下幾點建議：

（1）現在有兩段母線共用一個備自投裝置的方式，根據現場經驗來看，這種方式需要接入大量的開關量、模擬量，導致備自投接線復雜；雖然這種方式兩段母線備自投的功能相對獨立，但是其接線存在并接的情況，導致備自投檢修需要將兩段母線均停電，不滿足現場要求。因此建議備自投設計時采用每段母線均配置一套備自投的方式。

（2）備自投邏輯中采用了母線電壓判斷條件，但是目前備自投功能中并沒有設置相應的閉鎖功能，為防止母線電壓互感器二次開關跳閘導致備自投誤動，建議在備自投閉鎖開入中增加母線電壓互感器二次開關輔助常閉接點，當開關跳開時，輔助接點閉合閉鎖備自投功能。

（3）備自投動作后由一個開關帶兩段母線聯絡運行，設計時需要考慮開關的帶負荷能力，核算極端情況下（如兩段母線上的水泵等大負荷同時啟動）是否會造成保護動作導致兩段母線同時失電。

（4）日常運行維護過程加強對備自投裝置采樣數據、開關量的檢查，核查是否與實際情況一致，還需要特別注意對充電情況的檢查，正常充電時充電指示燈應點亮，若滿足充電條件而充電指示燈未點亮應從開關位置是否正確、模擬量采集是否正確、是否有閉鎖備自投信號異常開入、裝置本身是否故障等方面排查處理，避免裝置帶病運行。