備自投裝置在桂林電網(wǎng)中的應(yīng)用分析

董粹宏

(桂林供電局，廣西 桂林 541002)

桂林是世界旅游名城，對(duì)供電可靠性要求很高；但由于桂林電網(wǎng)網(wǎng)架還很薄弱，目前采取的是220 kV網(wǎng)絡(luò)合環(huán)、110 kV網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)的運(yùn)行模式。為了保證桂林電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，大部分變電站均采取了備自投的形式。多年來(lái)，備自投裝置在桂林網(wǎng)區(qū)中已得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了不錯(cuò)的效果。

1 桂林電網(wǎng)備自投裝置的應(yīng)用情況

截至2011年底，桂林電網(wǎng)所轄范圍包括桂林市區(qū)及12個(gè)縣，網(wǎng)內(nèi)共有變電站60座，總?cè)萘繛? 783 MVA。其中，500 kV變電站1座，容量為1 500 MVA；220 kV變電站12座，容量為2 940 MVA；110 kV變電站47座，容量為3 343 MVA。網(wǎng)內(nèi)110 kV及以上線路總長(zhǎng)度約2 707 km。

桂林電網(wǎng)備自投裝置的接入方案有以下幾種：110 kV進(jìn)線備投、110 kV遠(yuǎn)方備投、110 kV母聯(lián)備投、110 kV橋開(kāi)關(guān)備投、35 kV母聯(lián)備投和10 kV母聯(lián)備投。桂林電網(wǎng)備自投裝置應(yīng)用現(xiàn)狀如表1所示。

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，當(dāng)前的電網(wǎng)越來(lái)越注重其經(jīng)濟(jì)性和供電的不間斷性，為了提高重要負(fù)荷的供電可靠性，系統(tǒng)提供了多個(gè)電源且自動(dòng)進(jìn)行投入切換。桂林電網(wǎng)110，35 kV和l0 kV母線多采用單母線分段接線，且普遍應(yīng)用了備自投裝置。因此，適時(shí)結(jié)合變電站實(shí)際運(yùn)行方式，選擇合適的備自投接入方案，對(duì)提高桂林電網(wǎng)供電可靠性具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用價(jià)值。

表1 桂林電網(wǎng)備自投裝置應(yīng)用現(xiàn)狀

2 桂林電網(wǎng)備自投裝置配置種類及優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 進(jìn)線備自投模式

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。如圖1所示的系統(tǒng)接線方式，如果木棉站－靈川站－大豐站環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，就必須設(shè)置一個(gè)開(kāi)環(huán)點(diǎn)。否則，如果220 kV系統(tǒng)中的元件出現(xiàn)故障，可能會(huì)造成110 kV木靈線或110 kV大靈線過(guò)載，威脅線路安全。靈川站正常運(yùn)行方式是由220 kV木棉站供電，大豐站線路充電至靈川站183開(kāi)關(guān)，在183開(kāi)關(guān)熱備用開(kāi)環(huán)。

原理邏輯。當(dāng)靈川站母線失壓時(shí)，如果檢測(cè)備用電源線路(110 kV大靈線)有電壓，則跳開(kāi)主供電源184進(jìn)線開(kāi)關(guān)，然后合上備用電源183進(jìn)線開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)線路向母線備投，但前提條件是變電站具有一主一備2路電源。

分析理解。圖1中，為保證靈川站的可靠性，充分發(fā)揮靈川站183備用線路的效用，通常在靈川站裝設(shè)110 kV備自投。在木靈線故障時(shí)，110 kV備自投檢測(cè)到靈川站母線無(wú)壓，經(jīng)6 s延時(shí)后，自動(dòng)斷開(kāi)靈川站184開(kāi)關(guān)，合上183開(kāi)關(guān)，恢復(fù)對(duì)靈川站的供電。

圖1 110 kV進(jìn)線備投接入方案

該模式優(yōu)點(diǎn)是：邏輯簡(jiǎn)單，判斷準(zhǔn)確，有多年可靠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。該模式缺點(diǎn)是：在多個(gè)站手拉手網(wǎng)絡(luò)中不適合投入進(jìn)線備投，需要投入遠(yuǎn)方備投。

2.2 遠(yuǎn)方備自投模式

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。如圖2所示的系統(tǒng)接線方式，在大豐站－南洲站－七星站－擋村站手拉手網(wǎng)絡(luò)中，七星站153開(kāi)關(guān)熱備用開(kāi)環(huán)，七星站進(jìn)線備投投入，南洲站是遠(yuǎn)方備自投投入。

圖2 遠(yuǎn)方備投接入方案

原理邏輯。以大豐站－南洲站－七星站－擋村站此環(huán)為例，“手拉手”電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中所串接的2個(gè)變電站，南洲站與七星站之間敷設(shè)有光纖通信網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)專用光芯通道，因此選擇在七星站153開(kāi)關(guān)熱備用開(kāi)環(huán)，七星站是進(jìn)線備自投投入，南洲站是遠(yuǎn)方備自投投入。

分析理解。如果110 kV擋七線瞬間故障，擋村站127開(kāi)關(guān)跳閘后重合成功，七星站備自投不動(dòng)作；如果110 kV擋七線永久性故障，七星站110 kV備自投動(dòng)作，跳開(kāi)154開(kāi)關(guān)，合上153開(kāi)關(guān)；如果110 kV七洲線永久性故障，南洲站163開(kāi)關(guān)跳閘，備自投均不動(dòng)作。如果110 kV大洲線發(fā)生永久性故障時(shí)，大豐站109開(kāi)關(guān)線路保護(hù)動(dòng)作跳閘，南洲站備投裝置檢測(cè)到母線失壓以及164開(kāi)關(guān)無(wú)電流后先跳開(kāi)164開(kāi)關(guān)，并且南洲站備投裝置立即通過(guò)光纖通信網(wǎng)向七星站發(fā)出一個(gè)請(qǐng)求啟動(dòng)備投的信號(hào)。七星站收到南洲站的請(qǐng)求啟動(dòng)備投信號(hào)并檢測(cè)到110 kV七洲線線路無(wú)電壓后，立即合上七星站153開(kāi)關(guān)，恢復(fù)南洲站供電。

該模式優(yōu)點(diǎn)是：遠(yuǎn)方備自投可廣泛應(yīng)用于各種電壓等級(jí)的“手拉手”式電網(wǎng)接線方式，且只需對(duì)傳統(tǒng)備投邏輯進(jìn)行修改或重新設(shè)計(jì)，并增加一些開(kāi)關(guān)量輸入，就能確?！笆掷帧彪娋W(wǎng)結(jié)構(gòu)中所串接的2個(gè)(或3個(gè))變電站同時(shí)實(shí)現(xiàn)備用電源自投，從而保證了電網(wǎng)的運(yùn)行安全。該模式缺點(diǎn)是：由于備自投裝置、重合閘裝置和保護(hù)裝置之間的放電和閉鎖回路等沒(méi)有嚴(yán)格的配合，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的科學(xué)論證并對(duì)其之間的時(shí)間配合進(jìn)行改造前，不要同時(shí)投入備自投和重合閘2種功能。當(dāng)此環(huán)中任一條線路檢修或故障時(shí)，備自投均要退出，使供電可靠性大大降低。

2.3 橋接線備投模式

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。目前桂林網(wǎng)區(qū)內(nèi)只有社門山站是橋接線，投入了橋開(kāi)關(guān)備投，系統(tǒng)接線方式如圖3所示。正常運(yùn)行方式是：在社門山站橋母聯(lián)100開(kāi)關(guān)、35 kV母聯(lián)300開(kāi)關(guān)、10 kV母聯(lián)900開(kāi)關(guān)正常開(kāi)環(huán)；110 kV橋備投、35 kV和10 kV備自投均投入；110 kV良社線帶社門山站110 kV I段母線、1號(hào)主變、35 kV I段母線、10 kV I段母線運(yùn)行；110 kV田社線帶社門山站110 kV II段母線、2號(hào)主變、35 kV II段母線、10 kV II段母線運(yùn)行。

圖3 內(nèi)橋備投接入方案

原理邏輯。該模式中橋100開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置，邏輯過(guò)程中備自投裝置判斷123開(kāi)關(guān)或126開(kāi)關(guān)偷跳時(shí)，合100開(kāi)關(guān)保證2條110 kV母線正常供電。

分析理解。以社門山站110 kV II段母線備110 kV I段母線為例。若110 kV良社線發(fā)生永久性故障，造成社門山站110 kV I段母線失壓，良社線電流小于電流整定值，判斷110 kV II段母線有壓，備自投裝置延時(shí)t1跳開(kāi)123開(kāi)關(guān)；確認(rèn)100開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置后，延時(shí)t2合100開(kāi)關(guān)。

該模式優(yōu)點(diǎn)是：內(nèi)橋接線投資少，接線清晰簡(jiǎn)單，檢修維護(hù)量小，橋備投定值區(qū)切換至進(jìn)線備投定值區(qū)方便快捷，靈活性大。該模式缺點(diǎn)是：內(nèi)橋接線相關(guān)的一次倒閘操作復(fù)雜，容易引起誤操作，注意事項(xiàng)多，繼電保護(hù)等相關(guān)二次接線復(fù)雜。

2.4 10 kV母聯(lián)備自投模式

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。如圖3所示，社門山站10 kV備自投的整定動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)于110 kV備自投，如果上一級(jí)110 kV備自投動(dòng)作后恢復(fù)了電源點(diǎn)，則10 kV備自投不應(yīng)該動(dòng)作。

原理邏輯。該模式中，運(yùn)行方式為2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，10 kV母聯(lián)900開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置；邏輯過(guò)程中備自投裝置判斷高壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，合900開(kāi)關(guān)，保證2條10 kV母線正常供電。

分析理解。以社門山站為例，如果110 kV良社線發(fā)生永久性故障，110 kV I段母線失壓；如果110 kV橋備投動(dòng)作未成功，造成10 kV I段母線失壓，電流小于電流整定值，10 kV II段母線有壓，備自投裝置延時(shí)t1跳開(kāi)901開(kāi)關(guān)；確認(rèn)901開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)位置后，延時(shí)t2合900開(kāi)關(guān)，10 kV I段母線負(fù)荷轉(zhuǎn)由10 kV II段母線供電。該方案中備自投裝置發(fā)揮了2條10 kV母線互備作用，保證了2條10 kV母線出線供電的不間斷性，提高了重要負(fù)荷的供電可靠性。

該模式優(yōu)點(diǎn)是：提高了10 kV配網(wǎng)的供電可靠性。該模式缺點(diǎn)是：有些負(fù)荷較重的變電站不能投入10 kV備自投，因?yàn)楫?dāng)備自投將負(fù)荷切換給另一臺(tái)主變后，有可能造成主變過(guò)負(fù)荷，因此在備投投入前必須進(jìn)行校核。

3 備自投裝置的一些值得注意的問(wèn)題

(1)對(duì)于備自投裝置僅做模擬試驗(yàn)是不夠的，必須在進(jìn)行實(shí)際帶負(fù)荷的相關(guān)試驗(yàn)后方可投入運(yùn)行。備自投試驗(yàn)應(yīng)盡量選擇在半夜或凌晨負(fù)荷較低的時(shí)間段來(lái)做，以減少對(duì)用戶及其設(shè)備的沖擊損害。

(2)必須通過(guò)制定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行規(guī)程來(lái)規(guī)范備自投的運(yùn)行管理。變電站現(xiàn)場(chǎng)必須有備自投裝置的壓板具體如何投退的相關(guān)規(guī)定，以杜絕值班員漏投退備自投的出口壓板或漏送裝置電源的情況發(fā)生。

(3)制定電網(wǎng)相關(guān)環(huán)路的備自投裝置作業(yè)指導(dǎo)書，記錄各變電站投入的備自投裝置類型并及時(shí)更新備投狀態(tài)。涉及備自投裝置投退的復(fù)雜操作要做到閉環(huán)管理；檢修結(jié)束操作完畢要檢查備自投裝置的壓板。

(4)由于備自投裝置、重合閘裝置和保護(hù)裝置之間的放電和閉鎖回路等沒(méi)有嚴(yán)格的配合，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的科學(xué)論證并對(duì)其之間的時(shí)間配合進(jìn)行改造前，不要同時(shí)投入備自投和重合閘2種功能。

(5)由于廠家和裝置型號(hào)不同，改進(jìn)后的備投邏輯和信號(hào)回路設(shè)計(jì)也有所不同，要做好對(duì)應(yīng)于不同類型的備自投裝置投退的相關(guān)培訓(xùn)工作。

(6)針對(duì)小水電站多、低壓母線上10 kV出線有小水電并網(wǎng)的情況，在分段斷路器自投時(shí)，應(yīng)只斷開(kāi)各自母線上的10 kV小水電線路開(kāi)關(guān)。當(dāng)分段開(kāi)關(guān)合上后，還應(yīng)有過(guò)負(fù)荷聯(lián)切功能，斷開(kāi)相應(yīng)的10 kV出線斷路器，將負(fù)荷限制在此時(shí)運(yùn)行的主變?nèi)萘恳韵?，以避免主變因超載導(dǎo)致?lián)p壞。

(7)當(dāng)系統(tǒng)中存在多級(jí)備自投裝置時(shí)，應(yīng)考慮各級(jí)備自投裝置間的關(guān)系。原則上高電壓等級(jí)、高可靠性、影響面大的備自投裝置先動(dòng)作，低電壓等級(jí)、低可靠性、影響面小的備自投裝置按躲過(guò)上級(jí)備自投裝置整定。

(8)考慮到備自投裝置的工作特點(diǎn)，在高壓側(cè)采用內(nèi)橋接線方式時(shí)，其主變內(nèi)部故障應(yīng)閉鎖內(nèi)橋備自投；對(duì)10 kV母聯(lián)備投則宜設(shè)主變低壓側(cè)過(guò)流閉鎖母聯(lián)備投；對(duì)各側(cè)母差動(dòng)作，則均設(shè)母聯(lián)備自投閉鎖，這樣可避免事故擴(kuò)大，保證另一段母線的可靠工作。

(9)在備自投裝置跳進(jìn)線開(kāi)關(guān)的同時(shí)，如果母線上有接地變壓器帶消弧線圈，應(yīng)核算備自投裝置動(dòng)作后消弧線圈的脫諧度，如果存在諧振過(guò)電壓的可能，則應(yīng)切除接地變壓器。110 kV及以上中性點(diǎn)有效接地的系統(tǒng)中，要防止備自投裝置動(dòng)作中對(duì)失去中性點(diǎn)接地的變壓器充電和電源切換后上一電壓等級(jí)的系統(tǒng)失去有效的中性點(diǎn)接地。

4 結(jié)束語(yǔ)

作為電力系統(tǒng)中的一種重要的自動(dòng)裝置，備自投裝置對(duì)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、供電可靠率有著不可替代的作用。近年來(lái)，對(duì)電能質(zhì)量，尤其是對(duì)供電可靠性的要求不斷提高，而微機(jī)技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用使實(shí)現(xiàn)更高可靠性、更靈活的智能型備自投裝置成為可能。備自投裝置已在桂林電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，為保證桂林電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。備自投裝置的邏輯簡(jiǎn)單，但應(yīng)用中所涉及的元件和系統(tǒng)因素較多，如何提高備自投裝置的動(dòng)作成功率和可靠性，仍然需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)各種問(wèn)題進(jìn)行深入研究，以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。

1 張 鵬,郭永基.電氣主接線可靠性評(píng)估的區(qū)間方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(19).

2 DL400-91 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[S］.能源部，1991.