配電網(wǎng)中接線方式與備自投選取原則的探討

武志東，武 斌

（1.河南省電力公司，河南鄭州450052；2.河南鄭州供電公司，河南鄭州450006）

配電網(wǎng)中接線方式與備自投選取原則的探討

武志東，武 斌

（1.河南省電力公司，河南鄭州450052；2.河南鄭州供電公司，河南鄭州450006）

變電站有多種接線方式，一般分為多電源、雙電源、單電源和單主變等。不同的接線方式和負(fù)荷狀況適合配置不同的備自投方案。通過對電網(wǎng)接線方式和常見備自投動作情況的分析，得出變電站配置進(jìn)線備自投、分段備自投和主變備自投的原則。

接線方式；備自投；選取原則；自投方式

隨著用電客戶對電力可靠供應(yīng)要求的提高，備用電源自投裝置已廣泛的應(yīng)用于配電網(wǎng)中。備自投裝置因其接線簡單、可靠性高、節(jié)省投資、簡化電網(wǎng)一次接線和繼電保護(hù)配置等諸多優(yōu)越性[1]，大量的應(yīng)用于110 k v及以下電壓等級的變電站中，用來保證對用戶連續(xù)可靠的供電。

在中心城市，電網(wǎng)建設(shè)項目落地的難度越來越大，而電網(wǎng)負(fù)荷以年均兩位數(shù)的速度增長，這就造成了城市建成區(qū)內(nèi)設(shè)備所帶負(fù)荷普遍偏重。負(fù)荷高峰階段，備自投裝置的投入可能造成其他健全設(shè)備的過載，繼而引發(fā)連鎖的跳閘反應(yīng)[2]，造成事故擴(kuò)大。備自投裝置可以有不同的配置方式，本文將根據(jù)鄭州供電公司的實際情況，探討根據(jù)電網(wǎng)接線方式和設(shè)備負(fù)荷情況來合理配置備自投裝置的原則。以上）。一般采用兩條線路分別各帶一段負(fù)荷，母聯(lián)開關(guān)在備用位置。此種方式的優(yōu)點是運行方式調(diào)整靈活，運行可靠；缺點是投資較大，不夠經(jīng)濟(jì)，同時二次接線復(fù)雜，運行操作繁瑣。該種類型變電站，見圖1。

圖1 多電源變電站示意圖

1 系統(tǒng)接線方式

由于歷史的原因和變電站在電網(wǎng)中地位和所帶負(fù)荷的不同，變電站有不同的接線方式。電網(wǎng)方式安排的總體原則是：當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)個別或部分設(shè)備發(fā)生事故時，應(yīng)能保證把事故范圍限制到最小，并保證對重要用戶的供電；將短路容量限制在設(shè)備允許的范圍內(nèi)；便于迅速切除故障點，保證系統(tǒng)安全迅速恢復(fù)供電；保持電能質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)；使系統(tǒng)具有合理的經(jīng)濟(jì)性和靈活性。配電網(wǎng)中的變電站一般有以下幾種類型。

1）多電源的變電站

此種變電站一般負(fù)荷性質(zhì)比較重要或處于上一級電網(wǎng)的交匯處，其110 kv進(jìn)線電源較多（4回及

2）雙電源的變電站

此種變電站是電網(wǎng)中最常見的變電站接線方式，其110 kv進(jìn)線電源有兩條。一般采用兩條線路分別各帶一段負(fù)荷，母聯(lián)開關(guān)在備用位置。此種方式的優(yōu)點是運行方式調(diào)整靈活，運行可靠，二次接線簡單，操作方便。該種類型變電站，見圖2。

圖2 雙電源變電站示意圖

3）其他類型的變電站

變電站一般處于電網(wǎng)的末端或是新投運的變電站。有的110 kv進(jìn)線電源只有一條（第一期工程，隨著電網(wǎng)的發(fā)展和負(fù)荷的增加逐步過渡到雙電源供電），有的主變只有一臺。若初期規(guī)模即為雙電源、雙主變供電，當(dāng)投運初期負(fù)荷不大時也可以采用單臺主變運行。此種方式的優(yōu)點是運行損耗小，且可以隨著電網(wǎng)的發(fā)展逐步完善；缺點是可靠性差。該種類型變電站，見圖3。

圖3 單電源變電站示意圖

2 常用備自投方式和動作邏輯

目前電網(wǎng)中常用的備自投裝置很多，其中比較典型的有進(jìn)線備自投、分段或橋開關(guān)備自投、變壓器備自投三種，它們的動作邏輯如下。

2.1 進(jìn)線備自投

1）正常運行條件，見圖4：

進(jìn)線 2備用進(jìn)線 1：1DL，3DL處于合位置，2DL處于分位置，進(jìn)線1、進(jìn)線2均有電壓，備自投投入開關(guān)處于投入位置。

進(jìn)線 1備用進(jìn)線 2：2DL，3DL處于合位置，1DL處于分位置，進(jìn)線1、進(jìn)線2均有電壓，備自投投入開關(guān)處于投入位置。

2）啟動條件：

（1）進(jìn)線2備用進(jìn)線1：進(jìn)線2有電壓，進(jìn)線1無電壓，且無電流；

（2）進(jìn)線1備用進(jìn)線2：進(jìn)線1有電壓，進(jìn)線2無電壓，且無電流。

圖4 進(jìn)線備自投示意圖

3）動作過程：

啟動條件（1）：1DL處于合位置，經(jīng)過延時跳開1DL，確認(rèn)跳后，合上2DL；1DL處于分位置，經(jīng)延時后合上2DL。

啟動條件（2）：2DL處于合位置，經(jīng)過延時跳開2DL，確認(rèn)跳后，合上1DL；2DL處于分位置，經(jīng)延時后合上1DL。

4）退出條件：

（1）1DL，2DL處于合位置；（2）備自投一次動作完畢；（3）有備自投閉鎖輸入信號；（4）備自投投入開關(guān)處于退出位置。

2.2 分段或橋開關(guān)備自投

以分段開關(guān)備自投為例進(jìn)行說明：

1）正常運行條件，見圖5：

3DL處于分位置，1DL，2DL處于合位置，I段、II段母線均有電壓，備自投投入開關(guān)處于投入位置。

2）啟動條件：

（1）II段備用 I段：I段母線無電壓，1DL進(jìn)線1無流，II段母線有電壓。

（2）I段備用 II段：II段母線無電壓，2DL進(jìn)線2無流，I段母線有電壓。

3）動作過程：

啟動條件（1）：當(dāng)1DL處于合位置，經(jīng)過延時跳開1DL，確認(rèn)跳后合上3DL；當(dāng)1DL處于分位置，經(jīng)延時后合上3DL。

啟動條件（2）：當(dāng)2DL處于合位置，經(jīng)過延時跳開2DL，確認(rèn)跳后合上3DL；當(dāng)2DL處于分位置，經(jīng)延時后合上3DL。

4）退出條件：

（1）3DL處于合位置；

（2）有備自投閉鎖輸入信號；

（3）備自投一次動作完畢；

（4）備自投投入開關(guān)處于退出位置。

圖5 分段備自投示意圖

橋開關(guān)備自投和分段開關(guān)備自投動作原理類似，在此不再詳述。

2.3 變壓器備自投

1#變壓器為主變壓器；2#變壓器為輔變壓器。

1）正常運行條件，見圖6：

2DL，4DL處于分位置，母線有電壓，輔變壓器進(jìn)線2有電壓，備自投投入開關(guān)處于投入位置。

2）啟動條件：

輔變壓器進(jìn)線2有電壓，且1#變壓器無電流，母線無電壓。

3）動作過程：

當(dāng)3DL處于合位置，經(jīng)延時跳開3DL，確認(rèn)后合上2DL，4DL；當(dāng)3DL處于分位置，經(jīng)延時后合上2DL，4DL。

4）退出條件：

（1）備自投一次動作完畢；

（2）3DL，4DL處于合位置；

（3）有備自投閉鎖輸入信號；

（4）備自投投入開關(guān)處于退出位置。

圖6 變壓器備自投示意圖

此外，備自投還往往配置有過負(fù)荷聯(lián)切功能。即備自投動作，備用側(cè)開關(guān)合閘后，經(jīng)過過負(fù)荷聯(lián)切投入時間延時，裝置將投入過負(fù)荷聯(lián)切判斷。若電流大于過負(fù)荷定值，經(jīng)過負(fù)荷聯(lián)切動作時間延時后，裝置將切除用戶指定的負(fù)荷；若裝置在備自投開關(guān)動作后的過負(fù)荷聯(lián)切退出時間內(nèi)未出現(xiàn)過負(fù)荷，裝置將自動退出過負(fù)荷聯(lián)切判斷。過負(fù)荷聯(lián)切判斷功能和過負(fù)荷聯(lián)切退出時間都可以通過控制字來投退。

3 根據(jù)系統(tǒng)接線方式建議設(shè)置的備自投方式

以鄭州地區(qū)為例，為提高供電可靠性，110 kv變電站中、低壓側(cè)（35 kv和10 kv）母聯(lián)開關(guān)均配有備用電源自投裝置，但在夏季、冬季地區(qū)大負(fù)荷期間，110 kv線路故障，造成該線路所帶主變失壓，中、低壓側(cè)母聯(lián)備用自投裝置動作成功后往往造成運行主變過載，最嚴(yán)重時出現(xiàn)1臺主變帶3臺主變負(fù)荷，嚴(yán)重影響運行主變的安全運行。因此，為解決上述問題，可通過加裝110 kv側(cè)母聯(lián)、進(jìn)線自投裝置，或者加裝低壓側(cè)聯(lián)切負(fù)荷裝置來保證運行主變穩(wěn)定運行。針對不同變電站接線方式、負(fù)荷水平，應(yīng)該采取不同的備用電源自投裝置。

3.1 變電站配置110 kv進(jìn)線備自投裝置

以下四點同時滿足時，應(yīng)配置110 kv進(jìn)線備自投裝置：①該變電站110 kv進(jìn)線電源較多（4回及以上）；②進(jìn)線自投后，不會造成相關(guān)110 kv線路過載；③中、低壓側(cè)無母聯(lián)自投或雖有自投但會造成運行主變過載；④自投不涉及小電源并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線。

綜上考慮，多電源變電站適合將進(jìn)線備自投裝置和低壓側(cè)母聯(lián)備自投進(jìn)行組合配置。

3.2 變電站配置110 kv橋開關(guān)備自投裝置

以下三點同時滿足時，應(yīng)配置110 kv橋開關(guān)備自投裝置：①110 kv橋開關(guān)備自投動作后不會造成相關(guān)110 kv線路過載；②中、低壓側(cè)無母聯(lián)自投或雖有自投但會造成運行主變過載；③自投不涉及小電源并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線。

綜上考慮，雙電源變電站適合將110 kv橋開關(guān)自投裝置和低壓側(cè)母聯(lián)備自投進(jìn)行組合配置。

3.3 變電站配置中、低壓側(cè)母聯(lián)自投后聯(lián)切負(fù)荷裝置

以下兩點同時滿足時，應(yīng)考慮裝設(shè)自投后聯(lián)切負(fù)荷裝置：①中、低壓側(cè)母聯(lián)自投后造成運行主變過載；②110 kv裝置未裝置進(jìn)線和母聯(lián)自投。

3.4 變電站配置變壓器備自投

以下兩點同時滿足時，應(yīng)考慮裝設(shè)變壓器備自投裝置：①變壓器負(fù)荷較輕且近期無較大增長；②110 kv裝置未裝置進(jìn)線和母聯(lián)自投。

此種情況下，變電站無法裝設(shè)進(jìn)線和母聯(lián)備自投，不利于電網(wǎng)后期備自投配置，所以一般不建議此種配置。

4 系統(tǒng)實例分析

以鄭州地區(qū)110 kv東風(fēng)變?yōu)槔?，其一次接線及正常運行方式，見圖7。110 kv雙母線，10 kv單母分段。

正常運行方式：

東110 kv東母：鳳東2，東1#，3#變運行，民東2備用；

東110 kv西母：II金東2，東2#變運行，東支2備用；

東110，東I IIO，東II IIIO備用；東I IIO，東II IIIO母聯(lián)備自投投入。

圖7 東風(fēng)變一次接線圖

4.1 負(fù)荷水平（以2011-8-15，大負(fù)荷時刻為例）

最大負(fù)荷時刻，主變負(fù)載率均在70％以上，見表1：4.2分析和建議：

1）分析最大負(fù)荷水平下，主變負(fù)載率均在70％以上，不滿足N-1要求，任一臺主變跳閘，10 kv母聯(lián)備自投動作后均造成運行主變過載。特別是當(dāng)帶2臺主變的電源線路（正常方式下為鳳東線）跳閘，1臺主變要同時帶3臺主變負(fù)荷，主變過載更加嚴(yán)重。

2）建議①110 kv側(cè)有4路電源（鳳東線，民東線，II金東線，東支線），為避免110線路跳閘，主變過載，建議加裝110 kv進(jìn)線自投；②針對任一臺主變跳閘，10 kv母聯(lián)備自投動作后運行主變過載建議加裝10 kv聯(lián)切負(fù)荷裝置?？紤]線路故障機(jī)率遠(yuǎn)大于主變故障機(jī)率，優(yōu)先加裝110 kv進(jìn)線自投。

5 結(jié)論

表1 東風(fēng)變負(fù)荷情況

備自投裝置在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，有效的提高了電網(wǎng)的可靠性，保證了電網(wǎng)的連續(xù)供電，實現(xiàn)了電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的統(tǒng)一。根據(jù)電網(wǎng)接線方式和負(fù)荷的大小，合理選擇備自投裝置的類型和自投方式，對于保證投資效益、最大限度的發(fā)揮備自投裝置的作用，有著積極的作用。

[1]李曼嶺，黃芳.備用電源自動投入裝置在電網(wǎng)中的多元化應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（18）：147-150.

[2]邱建，蔡澤祥，李愛明，等.基于N-1準(zhǔn)則的備自投投退控制策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：66-71.

[3]煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司.DF3282備用電源自動投入裝置技術(shù)說明書[S].煙臺：煙臺東方電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，2000.

〔責(zé)任編輯 石白云〕

Discussion on the Principle of Back-up Sw itching Equipment Selected w ith the Distribution Network in Connection M ethod

WU Zhi-dong，WU Bin
（1.Electric Power of Henan，Zhengzhou Henan，450052；2.Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou 450006）

Substations have a variety of connectionmodes，generally divided intomultiple power supplies，dual power supplies，single power supply and singlemain transformer and so on.Different connection modes and load conditions scheme for configuring differentbusbar automatic transfer switch.Through the introduction of Network connection and Common automatic bus transfer，came to the principle for the incoming-line back-up switching equipment，Step back-up switching equipment and main transformer backup switching equipment，in order tomaximize the standby power source automatic connection device to play an active role.

connectionmode；back-up switching equipment；selection principles；automatic switching

R235.3+4

A

1674-0874（2012）04-0069-04

2012-03-23

武志東（1981-），男，山西大同人，碩士，工程師，研究方向：電網(wǎng)調(diào)度。