備用電源自投裝置在縣級電網中的應用

王留長

（國網河北省電力有限公司阜城縣供電分公司，河北 阜城 053700）

0 引言

當前，多數縣公司110 kV 及以下電網為輻射形供電方式，為保證電網可靠持續供電，在N-1 故障時不間斷給用戶供電，電網接線一般采用主供電源 + 備用電源的雙電源模式。當變電站主供電源出現故障引起跳閘后，備用電源自動投入，迅速對用戶恢復供電，切實提升用戶的供電可靠性，保障電網安全。

備自投裝置具有很強的實用性，一旦主供電源故障跳閘，備自投裝置啟動，備用電源將自動投入，保證用戶的正常供電。然而，在實際應用中備自投裝置會出現一些問題，本文介紹邯鄲供電公司阜城供電分公司備自投裝置應用中存在的問題及其解決辦法。

1 備自投裝置的作用

由于電磁環網需要開環，雙電源或多電源的變電站通常只有一次電源，供電可靠性降低。而備自投可以實現以下目標：

提高供電可靠性，迅速恢復失壓變電站持續供電；

降低不必要資金投入（減少手拉手式環網供電和增加多臺變壓器的投資）；

簡化繼電保護整定配合的多重復雜性（電網開環運行方式下繼電保護整定更簡單、方便）。

2 備自投工作原則

當工作電源失壓后，備自投裝置啟動，經“跳進線延時”裝置跳開進線開關，確認運行開關在跳位后，備自投邏輯才能繼續。故障不應由備自投切除，所以“跳進線延時”應大于有關故障動作和重合閘的最長動作時間，以防止備自投裝置動作合閘到故障線路、備用電源倒送電的情況發生。

若備自投備用線路出現故障，備自投裝置應閉鎖，如以下幾種情況：（1）引起主變壓器后備保護動作，切除主變壓器而造成母線電壓消失，這是由于低壓線路故障而出線保護拒動造成的，低壓側分段備自投應閉鎖，變壓器主進線開關備自投動作；（2）主變壓器保護全部跳閘，若是因為主變壓器故障引起的，這時應當閉鎖分段備自投高壓側，即橋開關備自投動作。

備自投裝置設置延時，是為了避免誤操作，加快備用電源的投入。備自投動作于故障后，合理設置延時既避免誤動又加速合備用電源。備自投“跳進線延時”應大于外部故障排除的最長時間，才能有效避免母線電壓的短時間下降，如果進線沒有重合閘裝置或功能時，當母線的進線開關跳開、母線電壓消失時，應立即跳開斷路器，投入備用電源，縮短停電時間。

如果手動切除工作電源，備自投不應動作。一種方式是沒有合后接點，通過閉鎖信號對備自投裝置設備放電，以確保備自投不動作。另一種方式是引入工作開關斷路器的合后接點，當斷路器就地或遙控跳開時，合后接點應斷開，退出備自投。若須人工手動切除（包括就地或遙控跳）斷路器，應在退出備自投且動作不能完成時，方可手動切除。

如果備用電源不符合有壓條件，備自投應不動作。備自投裝置獲取備用電源線路電壓，并確定備自投裝置是否啟動，如果未滿足，則不調用備自投邏輯。

3 縣級電網中備自投的3 種基本方式

阜城110 kV 及以下電網主要采用以下3 種備自投方式。

3.1 進線備自投

阜城電網采用進線備自投方式的共有10 個變電站。

動作原理：運行線路失去電壓，與其相關的開關處于合閘位置，在備用電源線路有電壓、母聯分段開關處在合閘位置的情況下，跳開運行線路斷路器，如圖1 所示，啟動條件為：I、II 段母線均失壓，2DL 處電流小于定值電流，且進線處有壓，2DL 在跳閘位置作為閉鎖條件，延時跳開2DL，合閘倒至備用電源線路斷路器。

圖1 進線備自投

3.2 橋接線備自投

阜城電網采用橋接線備自投方式的共有24 個變電站。

動作原理：運行線路失去電壓，與其相關的斷路器處在合閘位置時，當備用線路有壓、橋開關處在合閘位置時，運行線路斷路器跳開，備用線路斷路器開關閉合，如圖2 所示。

圖2 橋接線備自投

當橋開關在3DL 在分開位時，應閉鎖備自投裝置，橋開關3DL 在合閘位置時，如備自投開始啟動后，3DL 發生合－分的動作變位，備自投應動作，也就是說當變壓器差動保護動作跳開運行電源線路開關及3DL 時，備用電源線路開關可正確動作。

取線路電流值作為線路失去電壓的閉鎖依據，防止電壓互感器斷線時設備誤動作。

3.3 母聯開關備自投

阜城電網220 kV 站的低壓側母線均采用母聯開關備自投方式，如圖3 所示。

圖3 母聯開關備自投

動作原理：在母聯開關在斷位的情況下，兩段母線不論哪條失壓，備自投都會跳開故障母線上的電源開關，再合上母聯斷路器。為防止電壓互感器斷線時誤動作，取主變壓器低壓側母線主進線斷路器開關電流，作為母線是否失去電壓的閉鎖依據。

存在問題：當母線發生故障時，備自投也會動作，從而將故障母線再次投入系統，使系統再次受到沖擊，還有可能造成母線全部停電。為避免這種情況的發生，應采用母差保護閉鎖備自投的方式。另外當線路發生故障開關拒動造成主變主進線開關越級跳閘時，如果備自投動作，也會造成備自投帶故障合閘，為避免這種情況的發生，應采用主變后備保護閉鎖備自投的方式。

4 網絡備自投系統的應用情況

傳統的備自投裝置，可在線路發生故障后馬上恢復送電，但是資金投入很大，也無法快速排除高電壓等級電源發生故障造成的低電壓等級電源失電。為彌補變電站現場未安裝備自投的不足，邯鄲供電公司推廣網絡備自投系統，在D5000 系統部署網絡備自投系統，該系統綜合電網拓撲校核、備自投定值設定等重點技術，將網絡備自投程序納入D5000系統網絡模型，匹配網絡備自投隔離故障、恢復送電順序和時間，編制適用于35 kV 變電站電源線路的網絡備自投程序。邯鄲供電公司在D5000 系統上成功部署網絡備自投程序，實現了35 kV 變電站電源線路故障s 級自愈。

該系統可實現分析故障信號、智能定位故障范圍、自動隔離故障點、快速自愈等功能，避免因高電壓等級電源發生故障而影響低電壓等級的正常供電，提升了電網故障處置效率。

為進一步驗證網絡備自投功能的實用化能力，在運行環境下完成網絡備自投的實時傳輸驗收工作，實現故障點故障設備自動隔離、非故障區域s 級復電，2023 年5 月，邯鄲供電公司率先在河北南網實現了電網故障時自愈功能的測試。

設定網絡備自投充電、放電閉鎖及定值參數，強化D5000 系統圖模拓撲校核，加強測試驗收過程雙監護全流程閉環管控。為確保測試驗收順利開展，提前對電網運行方式、影響遙控操作等因素進行排查，針對試驗中可能遇到的各類問題，采用不同方案確保網絡備自投功能的實時傳輸驗收。

網絡備自投試點成功應用，能夠實現未配置備自投的變電站設備發生故障時，快速隔離故障，實現s 級復電，同時采用級差配置作為現場備自投裝置雙重化配置，提升了電網自愈能力，縮短了停電時長。

5 結束語

由于目前網絡備自投裝置已經在縣級電網的110 kV 新站建設和舊站改造中應用，實際運行中出現各種問題是不可避免的，因此在技術協議、設計、安裝中盡量考慮全面，為了正確使用備自投，對備用自投操作流程進行規范管理，這是保證電力系統安全、穩定、可靠運行的有力手段。總之，提升各種技術措施和組織措施，對保證電力供應、提高電網可靠性具有重要作用。