備自投異常動作分析及改進

林久通＊，李紅霞

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，浙江 杭州）

引言

備自投裝置是在工作電源因故斷開后，自動投入備用電源，從而保障供電或盡可能縮小停電區域的電力系統安全自動裝置。尤其在110kV 及以下終端變電站，在進線電源不設線路保護的情況下設置備自投，提高了供電可靠性。但考慮到備自投動作邏輯與其他保護配合和電壓回路接線等存在可能影響備自投正確動作的情況，需要引起電力工作者的重視和關注。

1 備自投原理

1.1 備自投作用

在具備雙電源的情況下，其中一電源作為備用電源運行。當工作電源發生故障時，備自投迅速動作，跳開故障電源，投入備用電源，最大程度減少因工作電源故障導致的電網停電范圍[1]。

1.2 備自投動作原理

備自投正常運行方式一般包括母分備自投，進線備自投。下面以110 千伏內橋接線方式為例，說明備自投動作原理，接線方式如圖1 所示。

圖1 110kV 備自投主接線

母分備自投方式1 運行方式：進線1，進線2 運行，110kV 母分熱備用。當110kVⅠ母失壓且進線1 無流，110kVⅡ母有壓且進線2 有流，在無外部閉鎖開入情況下，備自投動作，跳開1QF，合上3QF，110kVⅠ母恢復送電。

母分備自投方式2 運行方式與方式1 邏輯類似。

進線1 備自投運行方式：進線2，110kV 母分運行，進線1 熱備用。當110kVⅠ母、Ⅱ母失壓且進線2 無流，進線1 線路側有壓時，在無外部閉鎖開入的情況下，備自投動作，跳開2QF，合上1QF，110kVⅠ、Ⅱ母恢復送電。

進線2 備自投運行方式與進線1 邏輯類似。

1.3 備自投設計功能要求

備自投設計功能應滿足以下要求：

（1）除發電廠備用電源快速切換之外，備自投應動作于工作電源斷開后，防止正常設備投于故障。

（2）工作電源不論因何種原因消失，除外部閉鎖之外，備自投均應動作。

（3）備自投只能動作一次，防止將正常設備連續投于故障。

（4）正常人工斷開工作電源，備自投不動作[2]。

2 備自投與其他保護配合

備自投獨立于保護，在正常運行狀態下應與其他保護配合，以保證系統安全穩定運行。

2.1 進線備自投與主變保護配合

以圖1 為例，說明進線備自投與主變保護的配合關系。

假設為進線2 備自投運行方式。當1 號主變內部發生故障，1 號主變差動保護動作，跳開1QF，3QF，1 號主變10kV 開關，此時滿足備自投動作條件：110kVⅠ、Ⅱ母無壓且進線1 無流，備自投動作，合上2QF，恢復2 號主變送電，無需閉鎖備自投。考慮3QF 斷路器拒動情況，同樣滿足備自投動作條件，為防止將進線2 投于故障設備，此時應閉鎖備自投[3]。

當2 號主變內部發生故障時，2 號主變差動保護動作，空跳2QF，跳開3QF，2 號主變10kV 開關，此時110kVⅠ母有壓且進線1 有流，不滿足備自投動作條件，備自投閉鎖，不會將進線2 投于故障設備。考慮3QF 斷路器拒動情況，110kVⅠ、Ⅱ母無壓，進線1 有流，備自投不會動作，進線1 對側保護Ⅱ段時限動作，跳開進線1對側開關，備自投滿足動作條件，合上2QF，將進線2 投于故障設備，因此需閉鎖備自投。

2.2 母分備自投與主變保護配合

以圖1 為例，說明母分備自投與主變保護的配合關系。假設運行方式為：進線1，進線2 分別送1 號、2 號主變，110kV 母分熱備用。此時1 號主變發生內部故障時，跳開1QF，1 號主變10kV 開關，此時滿足備自投動作條件：110kVⅠ母無壓且進線1 無流，110kVⅡ母有壓且進線2 有流，若不閉鎖備自投，會將備自投投于故障設備。因此主變差動保護動作，應閉鎖母分備自投。

當低壓側母線發生故障或出線故障保護拒動，主變低后備保護動作，跳開主變低壓側開關，低壓側母分備自投滿足動作條件，合上低壓側母分，將正常設備投于故障，因此需要閉鎖低壓側母分備自投。

2.3 進線備自投與線路保護配合

單母分段運行方式，進線1 送Ⅰ母，Ⅱ母，進線2 熱備用。進線配置完整的線路保護，母線配置母差保護。

若進線1 發生故障，進線1 保護動作，開關跳開，重合閘動作，進線2 備自投動作時限應大于線路保護動作時限+開關跳閘時限+重合閘動作時限+開關合閘時限，否則會將設正常設備投于故障。

若進線1 發生永久性故障，開關拒動，斷路器失靈保護動作，跳開除進線1，Ⅰ母所連開關。進線2 備自投動作時限應大于線路保護動作時限+斷路器失靈動作時限。

2.4 母分備自投與母差保護配合

當母差范圍內發生故障時，母差保護動作，跳開母線所連開關，此時應閉鎖備自投，防止將正常設備投于故障。

3 備自投異常動作原因

備自投實際運行過程中，由于某些原因會導致備自投不正確動作，不正確動作包括：誤動和拒動。以下簡要說明常見的集中原因。

3.1 備自投拒動原因分析

（1）誤投閉鎖備自投壓板

運行人員誤投閉鎖備自投壓板，導致備自投放電，發生故障時，備自投拒動[4]。

（2）運行方式不合理

一次運行方式調整前，未調整備自投狀態，備自投滿足放電條件放電，若在運行方式調整過程中發生故障，備自投將拒動。

（3）整定值設置不合理

設置備自投整定值時，容易因為定值設置錯誤導致備自投閉鎖。

（4）外部閉鎖回路開入異常

外部閉鎖信號一般包括：主變低后備保護跳閘閉鎖，手分閉鎖等。若繼保工作人員在工作過程中，誤碰相應二次回路，將造成備自投閉鎖。

3.2 備自投誤動原因分析

（1）負荷較輕運行時，電壓回路異常

當母線空載運行或低負荷運行，此時電壓回路發生異常，負荷電流小于備自投閉鎖電流值且電壓低于電壓閉鎖值，備自投誤動出口[5]。

（2）誤碰或誤接二次回路

備自投裝置工作過程中，工作人員未采取相應安全措施，誤碰備自投出口回路，導致備自投誤動。

4 備自投異常動作案例分析及改進

4.1 電壓回路異常導致備自投誤動

（1）事故概括

220kV XX 變35kV 母分備自投動作，跳開#2 主變35kV 開關，合上35kV 母分開關，負荷無損失。事件發生時，檢修人員正在開展測控裝置開入板絕緣異常反措工作，拉開35kV Ⅱ母母設測控裝置遙信電源后，35kV 母分備自投動作。

（2）原因分析

35kV 母線二次電壓回路中，串接有重動繼電器接點，該重動繼電器電源引自35kV 母設測控裝置遙信電源。將該遙信電源空開拉開后，重動繼電器失磁接點斷開，35kVⅡ段母線失壓，由于35kVⅡ段母線僅有一條出線運行，負荷電流小于備自投無流閉鎖值，且無外部閉鎖，滿足備自投動作條件，35kV 母分備自投動作出口。

暴露問題：該變電站公共電壓二次回路接線不規范，電壓重動繼電器電源取自母設測控遙信電源，且采用非自保持繼電器，存在單一設備電源消失造成公共設備保護交流電壓消失的隱患。

（3）改進措施

從以下兩個方面進行改進：

①公共設備交流電壓回路若經除電壓切換并列裝置外其它重動繼電器，則重動繼電器必須采用電壓切換并列裝置電源（獨立繼電器電源）或采用雙位置自保持重動繼電器。

②從以上備自投動作條件分析可知，無外部閉鎖條件情況下，在無壓時，當負荷電流小于備自投無流閉鎖值，單一無壓無流判據必然會導致誤動。邏輯框圖如圖2所示。

圖2 啟動條件傳統邏輯

設計方案一：母分備自投方式下，在無壓無流判據的基礎上增加主變低壓側開關分位判據。設計邏輯框圖如圖3 所示。

圖3 設計方案一邏輯

方案一在特殊極端條件下會存在問題，如在主變高中壓側發生事故導致主變失電時，無壓無流判據已滿足，但由于主變低壓側開關在合位，在該方案下，則備自投不會動作，從而導致低壓側母線失電。而最初的無壓無流判據在該場景下則可以正確動作。為了克服該特殊情況的弊端，提出設計方案二。

設計方案二：母分備自投方式下，在無壓無流判據的基礎上增加主變低壓側開關分位、主變高中壓側母線均無壓判據，邏輯框圖如圖4 所示。

圖4 設計方案二邏輯

該方案可以滿足低負載情況下備自投易誤動及主變高中壓側故障失電的場景，解決了低負載情況下壓變二次空開跳閘導致的備自投誤動問題。

雖然方案二考慮到了極端故障發生時備自投保證可靠動作，但從工程建設實際出發，備自投裝置背板端子無空余模擬量端子，且二次電纜接線繁雜，另外，滿足該極端故障各項條件的情況同時發生幾乎不可能。方案一能滿足保障供電或減少失電范圍的備自投功能，并易在當前變電站中進行改造，僅需新增主變低壓側開關分位判據，不需要改變外部接線。綜上考慮，本文建議采用方案一。

4.2 電壓回路異常導致備自投拒動

（1）事故概括

110kV XX 變電站，1 號主變，2 號主變分別送10kVⅠ母，10kVⅡ母，10kV 母分備自投投入運行。10kVⅠ母出線故障，線路保護動作，開關跳閘，1 號主變承受不了近區短路故障，主變差動保護動作，跳開主變各側開關。10kV 母分備自投拒動。

（2）原因分析

經現場檢查，發現10kV 母分備自投電壓均取自10kVⅡ母，當1 號主變10kV 開關跳開后，接入10kV 母分備自投的10kVⅠ母仍為正常電壓，10kV 母分備自投不滿足啟動條件，備自投拒動，導致10kVⅠ母失壓。

暴露問題：基建階段，施工人員未按圖施工，同時繼保人員也未開展實際傳動試驗，未能發現10kV 母分備自投10kVⅠ母、10kVⅡ母取自同一電壓的隱患，導致變電站長期帶隱患運行。

（3）改進措施

①加強施工人員技能培訓，提高人員水平，嚴格按圖施工。

②投產前必須對所有邏輯條件和閉鎖條件進行檢查驗證，特別是針對電流電壓回路應進行通流試。

③變電站投產時，調度人員合理調整系統運行方式，創造備自投各種運行方式的動作條件，進行實際傳動，確保備自投動作邏輯正確無誤。

④針對在運變電站，應加強備自投校驗力度，特別是重要變電站、接線復雜的要縮短檢驗周期，同時檢驗時應盡量模擬各個事故場景，保證備自投在各種特殊場景下也可以正確動作。

5 結論

本文首先分析了備自投工作原理、設計要求以及與其他繼電保護的配合關系。隨后闡述了常見的備自投裝置拒動和誤動的原因，最后分析了兩起電壓回路接線異常引起備自投誤動和拒動的案例。以備自投誤動為切入點，對比提出多個關鍵性技術改進措施，從工程建設和事故概率角度選取最佳改進方案；以備自投拒動為切入點，提出多項運維管理手段，保障備自投動作邏輯正確可靠。