110KV 變電站備自投裝置應(yīng)用分析

劉 云

（重慶市電力公司長壽供電局，重慶401220）

概述

在電力系統(tǒng)中，因?yàn)楣收匣蚱渌?，工作電源斷開以后，將備用電源、備用設(shè)備或其他電源自動(dòng)地迅速地投入工作，令用戶能盡快恢復(fù)供電的自動(dòng)控制裝置，簡稱備自投裝置。采用備自投裝置可以提高供電可靠性、簡化繼電保護(hù)配置、限制短路電流并提高母線殘壓；隨著用戶對(duì)供電可靠性要求的提高，備自投裝置得到了廣泛應(yīng)用，是電力部門為保證用戶連續(xù)可靠供電的重要手段。

備用電源自動(dòng)投入裝置是電力系統(tǒng)提高供電可靠性、保證供電連續(xù)性的一種有效手段，主要用于110 kV 及以下電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，其主接線方式主要為橋型接線方式。內(nèi)橋接線有兩種運(yùn)行方式，一種是進(jìn)線運(yùn)行方式，另一種是分段運(yùn)行方式，對(duì)應(yīng)這兩種運(yùn)行方式有兩種各自投方式，一種為迸線各自投，也稱明備用，另一種為分段各自投，也稱暗備用。對(duì)內(nèi)橋接線，進(jìn)線斷路器和母聯(lián)斷路器實(shí)際就是主變的斷路器，因此主變差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍包括母線。對(duì)110 kV 的橋備自投，主變保護(hù)(包括差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯保護(hù)、高后備保護(hù))動(dòng)作閉鎖橋備自投；對(duì)110kV 進(jìn)線備自投，主變保護(hù)動(dòng)作不閉鎖備自投。

1 備用電源自動(dòng)投入裝置基本要求

備用電源自動(dòng)投入裝置基本要求如下：（1）應(yīng)保證在工作電源或設(shè)備斷開后才投入備用電源或設(shè)備。（2）工作電源或設(shè)備上的電壓不論何種原因，除有閉鎖信號(hào)外，自動(dòng)投入裝置均應(yīng)動(dòng)作。（3）自動(dòng)投入裝置應(yīng)保證只動(dòng)作一次。（4）當(dāng)自動(dòng)投入裝置動(dòng)作時(shí)，如備用電源或設(shè)備投于故障，應(yīng)有保護(hù)加速跳閘。（5）手動(dòng)斷開工作電源斷路器時(shí)備用電源自動(dòng)投入裝置應(yīng)可靠被閉鎖。（6）應(yīng)具有閉鎖備自投裝置的功能，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴(kuò)大的嚴(yán)重后果。（7）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自投裝置不應(yīng)動(dòng)作。

圖1 單母分段接線圖

2 備自投裝置在110kV 單母分段接線中的應(yīng)用存在的問題及解決措施

2. 1 單母分段接線運(yùn)行方式與備自投動(dòng)作邏輯

圖1 所示為單母分段接線方式，它可以有以下三種運(yùn)行方式：①兩路進(jìn)線各帶一臺(tái)主變運(yùn)行，110kV 母聯(lián)16M 斷路器在熱備用：②進(jìn)線163 線路帶兩臺(tái)主變運(yùn)行，進(jìn)線164 斷路器在熱備用；③進(jìn)線164 線路帶兩臺(tái)主變運(yùn)行，進(jìn)線163 斷路器在熱備用。上述三種運(yùn)行方式與內(nèi)橋接線的三種運(yùn)行方式極為相似，因此，單母接線備自投也有與內(nèi)橋接線相同的四種動(dòng)作邏輯。

2.1.1 對(duì)方式①，有兩種備自投邏輯：i)I 母無壓II 母有壓，進(jìn)線Ll 無流，確認(rèn)進(jìn)線163 斷路器跳閘后合上母聯(lián)16M 斷路器；ii)II 母無壓，I母有壓，進(jìn)線L2 無流，確認(rèn)進(jìn)線164 斷路器跳閘后合上母聯(lián)16M 斷路器。

2.1.2 對(duì)方式②，配置的備自投通常稱為進(jìn)線各自投，其邏輯為I、II 母均無壓，進(jìn)線L2 線路有壓，進(jìn)線Ll 無流，確認(rèn)進(jìn)線163 斷路器跳閘后合上進(jìn)線164 斷路器。

2.1.3 對(duì)方式③，也是進(jìn)線備自投，其邏輯為I、II 母均無壓，進(jìn)線Ll 線路有壓，進(jìn)線L2 無流，確認(rèn)進(jìn)線164 斷路器跳閘后合上進(jìn)線163斷路器。

2. 2 單母分段接線繼電保護(hù)配置和保護(hù)范圍

對(duì)于110kV 單母分段這種簡單接線方式，一般作為終端變電站，其線路和母線不配置保護(hù)，主變差動(dòng)保護(hù)范圍為從主變斷路器的電流互感器(Circuit Transformer，CT)到主變本體，如圖1 中，群1 主變差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍為161斷路器CT 到主變本體和66A 斷路器CT 到主變本體。所以，對(duì)單母分段接線，主變保護(hù)的保護(hù)范圍是不包括母線的。若110kV 母線故障，則依靠對(duì)側(cè)線路保護(hù)動(dòng)作來隔離故障。

2. 3 存在的問題

從2.2 中分析可知，單母分段接線中母線不在主變保護(hù)范圍內(nèi)，母線故障依靠對(duì)側(cè)線路保護(hù)來隔離故障，此時(shí)備自投不會(huì)閉鎖仍然會(huì)動(dòng)作，這不符合各自投裝置的基本要求。如圖1中，110kVI 段母線故障，此時(shí)故障不在主變保護(hù)范圍內(nèi)，兩臺(tái)主變保護(hù)均不會(huì)動(dòng)作，而母線沒有配置保護(hù)，故障必須依靠線路對(duì)側(cè)保護(hù)動(dòng)作隔離故障。當(dāng)運(yùn)行方式為方式①時(shí)，線路對(duì)側(cè)隔離故障后滿足自投邏輯i)的條件跳開163 斷路器后合上16M 斷路器從而合于故障元件。當(dāng)運(yùn)行方式為方式②時(shí)，線路對(duì)側(cè)隔離故障后滿足備自投動(dòng)作條件跳開163 斷路器后合上164 斷路器從而合于故障元件。當(dāng)運(yùn)行方式為方式③時(shí)，線路對(duì)側(cè)隔離故障后滿足備自投動(dòng)作條件跳開164 斷路器后合上163 斷路器從而合于故障元件。因此，必須增加母線故障閉鎖備自投的條件。

2. 4 解決措施

對(duì)接線簡單的終端變電站，母線不配置任何保護(hù)，為了解決母線故障閉鎖各自投的問題，在兩個(gè)線路上分別增加一套線路保護(hù)，配置I段反方向保護(hù)，其方向?yàn)榫€路指向母線，當(dāng)母線故障時(shí)線路保護(hù)動(dòng)作閉鎖各自投保護(hù)，而當(dāng)線路故障時(shí)由于方向?yàn)槟妇€指向線路，與保護(hù)設(shè)置的方向相反，線路保護(hù)不會(huì)動(dòng)作閉鎖備自投。修改后的分段備自投邏輯見圖2。

圖2 單母接線分段備自投邏輯

增加線路保護(hù)的措施能解決母線故障閉鎖備自投的問題，但并不是最終的解決方案，仍然存在問題需要解決。如圖l，在進(jìn)線備自投方式中，進(jìn)線L1 帶兩臺(tái)主變運(yùn)行，164 斷路器在熱備用，此時(shí)，若110kV I 段母線發(fā)生故障，163 線路保護(hù)動(dòng)作閉鎖備自投，導(dǎo)致全站的負(fù)荷丟失。也就是說在進(jìn)線備自投的方式中線路保護(hù)對(duì)母線失去選擇性，無法區(qū)分是I 段母線故障還是Ⅱ段母線故障，一旦母線有故障則閉鎖備自投，這樣的做法不能滿足對(duì)供電可靠性的要求。為了解決這個(gè)問題，必須在進(jìn)線各自投的動(dòng)作邏輯中增加母線故障選擇性判據(jù)，即增加判斷是哪

段母線故障的邏輯條件，動(dòng)作邏輯見圖3。

圖3 單母分段進(jìn)線備自投邏輯

2. 5 母線故障選擇性判據(jù)及定值整定的考慮

如圖1，若110kV I 段母線故障，則母聯(lián)斷路器中不會(huì)流過故障電流，若110kV II 段母線故障，則母聯(lián)斷路器中將流過故障電流，因此，可以利用母聯(lián)斷路器中是否流過故障電流來判斷是哪段母線故障。母聯(lián)斷路器流過故障電流的判斷可以采用過流判據(jù)，此時(shí)過流定值的整定應(yīng)考慮躲過主變最大負(fù)荷電流，即任一相電流大于主變的額定電流；或者采用故障相電流突變量判據(jù)，如圖1，若110kVI 段母線故障，此時(shí)母聯(lián)相電流的突變量為負(fù)荷電流的變化量，若110kV II 段母線故障，此時(shí)母聯(lián)相電流的突變量為故障相電流的變化量。故障相電流突變量判據(jù)比過流判據(jù)更靈敏，但過流判據(jù)可以利用備自投保護(hù)原有的母聯(lián)過流保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。

上述的解決措施能夠解決備自投裝置在單母分段接線方式中應(yīng)用存在的問題，但仍然有一個(gè)問題需要注意。線路保護(hù)的方向?yàn)榫€路指向母線，若主變保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障，線路保護(hù)也會(huì)動(dòng)作，若讓保護(hù)出口跳閘斷路器，必然會(huì)造成越級(jí)跳閘，因此線路保護(hù)只能利用其功能閉鎖備自投，但絕對(duì)不能讓其出口跳閘斷路器，避免故障越級(jí)跳閘的發(fā)生。

結(jié)論

隨著供電可靠性要求的不斷提高，一些非內(nèi)橋接線的110kV 終端變電站也要求裝設(shè)備自投裝置。本文通過對(duì)單母分段接線運(yùn)行方式、繼電保護(hù)配置、保護(hù)范圍的分析，指出備自投裝置在單母分段接線中應(yīng)用存在的問題：由于母線沒有配置保護(hù)，當(dāng)母線故障時(shí)無法閉鎖各自投裝置。本文提出加裝帶反方向的線路保護(hù)保證母線故障時(shí)可靠閉鎖備自投保護(hù)，同時(shí)在進(jìn)線各自投邏輯中增加母線故障選擇性判斷是哪段母線故障來保證母線故障有選擇性的閉鎖備白投保護(hù)，滿足提高供電可靠性的要求。對(duì)母線故障選擇性判斷，本文提出可以采用母聯(lián)CT 過流判據(jù)，也可以采用更為靈敏的故障相電流突變量判據(jù)。

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