變電站交流400V備自投工作原理及調試方法研究

張強 王東

摘 要：在電力系統中，因為故障或者其他原因造成用電設備斷電的現象時有發生。備自投的作用就是當工作電源因故障斷開后，能自動而迅速地將備用電源投入到工作中或將用戶切換到備用電源上去，從而使用戶不至于被停電的一種自動控制裝置。文章主要對330 kV變電站內站用電交流400 V備自投的工作原理做了詳細介紹，分析了備自投裝置的運行邏輯及調試方法，指出了備自投運行過程中的其他功能，以期通過文章的論述能夠對供電系統的工作起到一定的輔助作用。

關鍵詞：400V備自投;工作原理;保護邏輯;調試方法

中圖分類號：TM762.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-107-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.036

微機備自投裝置在發生故障需要將備用電源投入時，應正確動作，且只允許動作一次。為了滿足這個要求，裝置采用了類似于自動重合閘“充放電”的概念模擬這種功能。備自投裝置滿足啟動條件，開始“充電”;經過一定的“充電時間”后，“充電”完成，備自投裝置準備就緒;當備自投動作后或滿足任一閉鎖條件時，會立即瞬時“放電”，“放電”后備自投裝置被閉鎖[1]。

因此，備用電源自動投入裝置控制條件主要有充電條件、閉鎖條件、啟動條件三個類型。考慮充電時間的重要因素是因為等電力系統由于故障造成的不利影響全部消失，電力系統恢復正常運行狀態，躲開對面旁邊線路末端保護的動作時間及重合閘時間，防止重合到故障上，使故障范圍進一步擴大。

1 備自投工作原理及保護邏輯

備自投的主要形式有母聯或橋開關備投、進線備自投、線路開關備自投、變壓器備自投以及均衡負荷母聯備自投。

以某330 kV變電站交流400 V備自投系統為例，如圖1所示：

正常運行時，母聯4001、4002斷路器在斷開狀態，401、402、403斷路器在合位，3號站用變作為1號及2號站用變備用電源，該備自投屬于母聯備自投，該站備自投只能單向備用，沒有實現互備。

該站備自投二次設備為北京四方數字式CSC—246保護裝置[2]，備用電源自動投入裝置動作邏輯如下：正常運行時，母聯4001、4002斷路器在斷開狀態，400 V Ⅰ母、Ⅲ母兩段母線分裂運行，400 V Ⅱ母、Ⅲ母兩段母線分裂運行，當Ⅰ母失壓時，CSC—246充電條件為：400 V Ⅰ母、Ⅲ母三相有壓;401、403斷路器在合位，母聯4001斷路器在分位;方式1控制字投入;備投壓板投入。

放電條件為：400 V Ⅰ母、Ⅲ母均不滿足有壓條件;母聯4001斷路器合上;手動分閘401或403斷路器;閉鎖有開入;401、403、母聯4001斷路器TWJ異常;401斷路器拒跳;整定控制字將方式1自投退出。備投保護動作出口。

啟動條件為：400 V Ⅰ母無壓;400 V Ⅲ母有壓;400 V Ⅰ母進線電流I1無流。

備自投動作過程：延時T1跳開401斷路器;通過判斷I1無流確認401斷路器已跳開且確認Ⅰ母無壓;延時T2合上母聯4001斷路器。

當400 V Ⅱ母失壓時，CSC—246裝置充電條件為：400 V Ⅱ母、Ⅲ母三相有壓;402、403斷路器在合位，母聯4002斷路器在分位。

放電條件為：400 V Ⅱ母、Ⅲ母均不滿足有壓條件;母聯4002斷路器合上;手跳402或403斷路器;閉鎖有開入;402、403、母聯4002斷路器TWJ異常;402斷路器拒跳。

啟動條件為：400 V Ⅱ母無壓;400 V Ⅲ母有壓;400 V Ⅱ母進線電流I2無流。

400VⅠ、Ⅲ母備自投保護裝置動作主要分為以下步驟：

動作步驟1：Ⅰ母失壓時，400 V Ⅰ母進線無流，Ⅲ母有壓作為啟動條件，401斷路器分閘位置及4001斷路器合閘位置作為閉鎖條件，以方式1跳閘延時時間T1跳開401斷路器。

動作步驟2：以401斷路器分閘位置、Ⅰ母無壓、Ⅲ母有壓作為啟動條件，4001合閘作為閉鎖條件，以T3延時合上4001斷路器。

母聯備自投動作邏輯如圖2所示。

1.1 備自投動作遵循的基本原則

用電設備電源斷開后，才能將備用電源切至用電設備。備用電源自動投入裝置要經過一定動作時限才能合上開關，動作時間需大于系統恢復正常時間。手分斷開用電設備電源開關時，備自投不會保護動作。備自投必須設置防止誤動作的條件，避免將備用電源投切至故障線路上，造成電網二次沖擊。備用電源沒電時，備自投不會保護動作，備自投在保護裝置TV斷線告警時，不會保護動作。備自投僅允許投切一次，避免投切至故障線路，造成電力系統受到更大沖擊，擴大投切范圍。

1.2 備自投運行遵循的基本原則

應該有備用電源或備用設備;備自投每次動作前，都應先跳一次故障設備開關，保證故障設備開關在分位，才能合上備用電源開關。備用電源電位必須符合相關要求。對于雙母接線方式，都應該安裝，取線路側電壓也可以。備自投要考慮跟跳故障設備開關時間與投入備用電源開關時間的配合關系，盡可能縮短用電設備失去電源時間。

2 備自投裝置的試驗方法和步驟

2.1 安全措施

防止電壓互感器二次反送電及短路。斷開電壓空開，在加電壓模擬量處斷開端子連接片。

防止電流互感器二次開路。檢測電流互感器二次回路在進線控制屏已可靠短接后方可斷開連接片。

斷開跳、合不做試驗那一段進線開關的出口壓板。做哪一套試驗就投哪一套相關的壓板，把另外不做試驗的那一套保護裝置壓板退出，母線帶電的情況需要引起注意。

此外，注意一次運行方式倒換時，二次做相應變換的安全措施。

2.2 試驗方法及具體步驟

以圖1兩臺主變互為分段備自投帶開關整組試驗為例，只考慮400 V Ⅰ、Ⅲ母之間互備，4001為備自投斷路器。

模擬運行方式：400 V Ⅰ母進線401斷路器在合位;400 V Ⅲ母進線403斷路器在合位;分段4001斷路器在分位。

模擬1號站用變發生故障后的主保護動作，造成401開關跳閘，400 V Ⅰ段母線失壓，備自投跟跳401開關后合上4001開關。

模擬PT斷線時，備自投可靠不動作（方法：用微機保護試驗儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進線I1、I3電流采樣加正常電流，備自投充電完成后，斷開400 V Ⅰ母電壓）。

模擬400 V Ⅰ母進線401開關手動或遙控分閘，備自投可靠不動作（方法：用微機保護試驗儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進線I1、I3電流采樣加正常電流，備自投充電完成后，手動分閘401斷路器，斷開400 V Ⅰ母母線電壓）。

模擬1號站用變低后備保護動作后，備自投可靠不動作（方法：用微機保護試驗儀給備自投裝置400 V Ⅰ、Ⅲ母母線電壓采樣加正常電壓和兩條進線電流I1、I3正常電流，備自投充電完成后，先給1號站用變低后備保護裝置加一個故障電流使401開關跳閘，再斷開400 V Ⅰ母母線電壓）。

模擬1號站用變差動保護動作或主保護動作后，備自投應可靠動作（方法：用微機保護試驗儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進線電流I1、I3采樣加正常電流，備自投充電完成后，給1號站用變一個重瓦斯信號使401開關跳閘后，再斷開400 V Ⅰ母母線電壓）。

試驗完成后把安全措施拆除，恢復原樣接線。

3 備自投保護裝置的其他功能及注意事項

3.1 過負荷聯切

備自投保護裝置均配置過負荷切載保護，為避免用電設備負荷過大造成備用電源過載。過負荷切載保護主要通過以下兩種形式實現：第一，切除其中一部分不重要的用電設備，確保投入備用電源時低于過負荷界限，此種方法主要是針對備用電源容量小、用電設備負荷大的地區，優先保障重要的用電設備;第二，用電設備切換至備用電源后，通過備自投裝置自動判斷用電設備負荷分布狀況，出現過負荷情況時選擇切掉部分過負荷線路。

3.2 合閘后加速保護

備自投保護裝置均配有合閘后加速保護功能，該保護功能主要有手動合閘備用電源斷路器。此時用電設備出現故障，將加速跳開備用電源斷路器，備自投保護裝置自動合閘備用電源斷路器，此時用電設備出現故障，將加速跳開備用電源斷路器[3]。

3.3 與其他保護的配合

備自投裝置的主要作用是提高用電設備供電可靠性。如果電力系統出現嚴重缺陷，如母線發生單相接地或相間短路故障或者開關失靈跳不開，由于母差保護已經斷開相應斷路器，故障已被隔離開，母線已不帶電，備自投裝置將不會動作。相反，如果備自投誤動作，將使電力系統遭受二次沖擊。備自投與其他保護都存在時，如果其他保護先動作，要給備自投裝置發送閉鎖命令，禁止備自投動作。

3.4 備自投運行注意事項

根據電網運行方式配置備自投裝置可簡化電網運行方式，從而限制短路電流，提高故障時供電端母線殘余電壓。由于電網運行方式簡化，可使繼電保護配置和整定簡化，同時提高了對受電端供電的可靠性。在對備自投裝置日常維護中，充電燈亮不亮是一個非常重要的信號。充電燈正常亮，說明備自投保護裝置的充電條件符合，不一定滿足啟動條件與動作條件。充電燈正常滅，說明備自投保護裝置一定不滿足充電條件，備自投保護裝置肯定不會動作[4]。

4 備自投不正確動作原因分析

4.1 備自投不正確動作原因分析

備自投保護裝置能否準確投切，取決于保護定值整定。以目前保護裝置的發展趨勢，裝置準確動作率非常高，備自投保護裝置出現不正確動作的原因大多是與其他保護配合定值整定問題。為使備自投保護裝置正確動作，要考慮備自投與其他保護相配合的問題[5]。

備自投保護動作時間與線路保護的重合閘動作時限不匹配，造成備自投不正確動作。線路發生單相接地故障占到線路故障的80 %左右，線路保護重合閘動作一般情況下均能恢復線路正常供電，線路故障時不需要投切至備用電源，備自投保護動作時間應比其他保護動作時限以及重合閘動作時限長。

對于存在上下級備自投接線方式，兩級備自投動作時限不合適引起備自投不正確動作。正常條件下，上級備自投先動作，下級備自投后動作，如果下級備自投先于上級備自投動作，有可能使電網受到二次沖擊，擴大投切范圍。如果在用電設備負荷較大時，下級備自投比上級備自投動作快，會造成主變被迫停電，影響其他正常運行的主變負荷增大，發生嚴重故障時，甚至造成電力系統大范圍停電[6]。

4.2 平時工作中維護檢驗備自投的注意事項

現階段，絕大數備自投保護裝置為微機保護，投運時間較早的保護裝置為電磁繼電器類的保護裝置，微機保護裝置有利有弊。一方面，微機保護裝置人機交互更友好，保護裝置更可靠;另一方面，微機保護裝置保護動作邏輯不像電磁繼電器類的裝置直觀，給現場檢修人員帶來挑戰[7]。

維護與檢驗備自投保護裝置時應注意以下幾個問題：

第一，經常查看備自投保護裝置軟件版本，排查備自投保護裝置軟件是否存在家族性缺陷，對于存在缺陷的裝置及時整改，并要求保護裝置廠家解釋說明，必要時出具解釋說明函。對于新投運的備自投保護裝置，應實際模擬備自投各種動作條件，實際分合備自投斷路器，如果有任何問題，應停止模擬，查清問題后，再繼續試驗。如有必要，應有備自投保護裝置廠家及一次設備廠家在場指導試驗。

第二，做實做細備自投保護裝置定期檢驗工作，對于運行方式特殊、保護動作邏輯復雜、用電設備負荷較大的情況，建議將保護定檢周期由6年定檢一次縮短至3年或4年定檢一次，調試備自投保護裝置時，要仔細將備自投保護裝置配置的所有保護都調試到位[8]。

第三，對于部分智能變電站，備自投保護裝置在監控后臺投入功能軟壓板后，備自投保護裝置才能完成充電，如果不投入，備自投充電燈不會亮，因此，要求運行操作人員必須熟知這一操作流程。

第四，備自投的停運與投運均存在操作順序問題。例如，備自投保護裝置退出運行時，第一步將跳閘出口壓板退出，第二步將備自投保護裝置的直流電源空開斷開，第三步將備自投保護裝置涉及的交流電源空開斷開。備自投保護裝置投入運行，第一步將備自投保護裝置涉及的交流電源空開合上，第二步將備自投保護裝置的直流電源空開合上，第三步將跳閘出口壓板投入，避免備自投保護裝置誤動作。

5 結語

用電設備正常供電電源掉電后，備自投保護裝置能夠跟跳一次主供電源斷路器，并且迅速準確地切換至用電設備，保障用電設備能夠安全穩定運行，同時減少了電力系統主變過負荷情況的產生，防止電力系統發生主變過負荷切載大范圍停電。在備自投保護定檢工作過程中，一定要按照備自投保護裝置使用說明書進行調試，做到應檢必檢，不缺項漏項，確保備自投保護裝置能夠可靠動作。

參考文獻

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[4] GB/T 14285—2006，繼電保護和安全自動裝置技術規范[S].北京：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2006.

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[7] 楊琰沖，高研，張勝利，等.備自投裝置的實際應用問題與解決方案[J].電工電氣，2012（6）：44-46.

[8] 衡雷.110kV變電站備自投裝置應用分析[J].電源技術應用，2014（3）：453-454.