220 kV備自投動(dòng)作失敗原因分析及改進(jìn)措施探討

阮海燕

摘 要：備用電源自投簡(jiǎn)稱備自投，其裝置是指由于電力系統(tǒng)中的工作電源出現(xiàn)故障或者由于其他原因發(fā)生失電事故之后被斷開(kāi)，由備用電源取而代之的裝置。本文講述了220 kV在線路故障發(fā)生時(shí)備自投動(dòng)作的情況，并對(duì)其動(dòng)作失敗原因進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相應(yīng)改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：220 kV備自投 工作電源 防范措施 探討

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（c）-0114-02

現(xiàn)在電網(wǎng)規(guī)模已經(jīng)日漸擴(kuò)大，在10～35 kV的較低電壓等級(jí)電網(wǎng)中或者在110 kV較高電壓等級(jí)電網(wǎng)中，為節(jié)省電力設(shè)備投資以及簡(jiǎn)化電力網(wǎng)接線進(jìn)行繼電保護(hù)，均對(duì)其非系統(tǒng)主聯(lián)絡(luò)線采取放射性供電。同時(shí)采用備用電源的自動(dòng)投入裝置提高可靠性要求，結(jié)合繼電保護(hù)與其系統(tǒng)自動(dòng)裝置，成為經(jīng)濟(jì)有效的不間斷供電重要技術(shù)。

1 備自投概述

1.1 220 kV備自投現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)供電需求日益擴(kuò)大，同時(shí)可靠性要求也越來(lái)越高。而為了滿足其電力系統(tǒng)的可靠性要求和保證供電行業(yè)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，如今供電領(lǐng)域采取了備自投裝置技術(shù)。備自投裝置技術(shù)可以避免人為進(jìn)行某種操作時(shí)有可能會(huì)發(fā)生的錯(cuò)誤或者不準(zhǔn)確動(dòng)作，也可以在變電所中進(jìn)行安全可靠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.2 備自投原理

只有在工作電源失電繼而備自投起動(dòng)并延時(shí)的情況下，工作電源斷路器先進(jìn)行跳位，確認(rèn)之后，即可將之視為備自投滿足了邏輯條件。因此可以避免備用電源發(fā)生倒送電或者備自投動(dòng)作在故障發(fā)生時(shí)合上的情況。只是故障的切除不是由備自投來(lái)進(jìn)行，因此備自投動(dòng)作進(jìn)行工作電源跳位的時(shí)限理應(yīng)超過(guò)重合閘和有關(guān)所有保護(hù)最長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)限。就地或者遠(yuǎn)控操作工作電源斷路器跳位時(shí)，不對(duì)備自投進(jìn)行閉鎖，而應(yīng)該退出其跳閘壓板或者功能壓板。備用電源不應(yīng)該在不滿足有壓條件的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)作。

1.3 備自投動(dòng)作時(shí)限

因?yàn)閭渥酝堆訒r(shí)的目的是避開(kāi)母線電壓的短暫下降，所以其時(shí)限應(yīng)該超過(guò)外部切除故障的最長(zhǎng)時(shí)間。當(dāng)母線失壓是由于母線進(jìn)線斷路器的跳開(kāi)，而且其進(jìn)線沒(méi)有重合閘的功能時(shí)，為了使備用電源加速合上，可以在不延時(shí)的情況下直接跳開(kāi)進(jìn)線斷路器。

1.4 備自投應(yīng)用邏輯

母線有兩個(gè)線電壓為Uab和Ubc，而母線有壓定值和無(wú)壓定值分別為70V和25V。當(dāng)兩個(gè)線電壓中起碼有一個(gè)超過(guò)70 V時(shí)，即為母線有壓。而當(dāng)兩個(gè)線電壓都小于25 V時(shí)，即為母線無(wú)壓。還有另外一種情況就是進(jìn)線無(wú)流，其定值為0.15.它是指在工作電源進(jìn)線中，存在一個(gè)相電流值小于0.15的情況。進(jìn)線無(wú)流定值比最小負(fù)荷電流還要小，目的是防止備自投在工作電源PT三相斷線時(shí)誤動(dòng)。

1.5 備自投充電條件

備自投要?jiǎng)幼?，就要先?jīng)過(guò)充電。第一個(gè)條件就是在1號(hào)母線以及2號(hào)母線都有壓的情況下，其工作斷路器處在合位，而備用斷路器處在跳位。第二個(gè)條件就是切換把手置在投入位置，或者其定值控制字為1而且處于投入狀態(tài)時(shí)。第三個(gè)條件就是備自投硬壓板處在投入的位置上，沒(méi)有閉鎖和放電條件。滿足以上三種情況時(shí)，會(huì)充電15秒。

1.6 備自投放電條件

備自投放電時(shí)，就不會(huì)再有動(dòng)作；備自投退出時(shí)；備用電源持續(xù)超過(guò)0.2 s不滿足有壓條件時(shí)；工作斷路器就地或者遠(yuǎn)控操作跳開(kāi)；工作斷路器以及備用斷路器所處位置形成閉鎖狀態(tài)時(shí)；當(dāng)備自投被無(wú)條件強(qiáng)行閉鎖時(shí)。

1.7 備自投動(dòng)作過(guò)程

在備自投充電之后，母線會(huì)出現(xiàn)失壓，大概下降到25 V，并且工作電源無(wú)流。備自投延時(shí)維持4 s之后會(huì)跳開(kāi)其工作斷路器，確認(rèn)已斷開(kāi)之后，再延時(shí)0.2 s合上其備用電源斷路器。當(dāng)這一過(guò)程全部完成時(shí)，即可視為備自投動(dòng)作已成功。

2 實(shí)例分析

2.1 備自投動(dòng)作失敗案例概述

2013年1月，某220 kV變電站備自投裝置出現(xiàn)運(yùn)行不正常的情況。

一開(kāi)始，該站的220 kV4個(gè)進(jìn)線開(kāi)關(guān)a、b、c、d與各母聯(lián)以及分段開(kāi)關(guān)都運(yùn)行正常，而且其備自投裝置所處位置為無(wú)備用電源，正常放電。在操作期間，進(jìn)線開(kāi)關(guān)c和d本站側(cè)開(kāi)關(guān)先后被斷開(kāi)，將相應(yīng)間隔轉(zhuǎn)為了熱備用狀態(tài)。同時(shí)進(jìn)線開(kāi)關(guān)a和b都維持其運(yùn)行狀態(tài)不變。某站對(duì)備自投裝置進(jìn)行了相關(guān)行為預(yù)期。當(dāng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)c和d轉(zhuǎn)熱備用之后，即為備用電源，滿足備自投充電的邏輯條件，該裝置可以進(jìn)行正常充電。但是實(shí)際上，即使斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)c，備自投裝置卻沒(méi)有能夠進(jìn)行充電。再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)d，備自投裝置仍舊沒(méi)能實(shí)現(xiàn)充電。這樣的異常狀態(tài)導(dǎo)致備自投裝置無(wú)法動(dòng)作。當(dāng)該站出現(xiàn)故障時(shí)，如220 kV母線失電，備自投不能動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致該站與其110 kV輻射電網(wǎng)供應(yīng)的幾座110 kV變電站出現(xiàn)全部失壓的嚴(yán)重影響?？梢詷?gòu)成電力行業(yè)內(nèi)安全一級(jí)事件，其預(yù)計(jì)負(fù)荷損失將超過(guò)某站所在城市負(fù)荷的5%。

2.2 某站備自投動(dòng)作失敗原因分析

某站該裝置成功動(dòng)作與裝置升級(jí)改造的時(shí)間間隔為5個(gè)月。而升級(jí)改造時(shí)只是在原屏上部分更改接線或者更換插件，而且屏外二次接線時(shí)沒(méi)有按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行相應(yīng)變更。所以，可以把檢查裝置異常的重點(diǎn)放在裝置升級(jí)改造前后其充電邏輯變化上面，查明裝置異常原因。

檢查后發(fā)現(xiàn)，某站現(xiàn)場(chǎng)在開(kāi)關(guān)位置的信號(hào)保持接點(diǎn)處接入了STJ信號(hào)端子。在某站原有裝置程序中，僅有主供線路STJ信號(hào)會(huì)起到強(qiáng)制放電的作用。當(dāng)主供線路中STJ信號(hào)出現(xiàn)上升沿，備自投裝置放電，并且對(duì)充電條件進(jìn)行重新檢測(cè)。而當(dāng)備用電源線路中STJ信號(hào)為無(wú)效開(kāi)入時(shí)，對(duì)充電和放電的邏輯不會(huì)產(chǎn)生影響。當(dāng)采用新版本程序時(shí)，接入裝置中無(wú)論哪一個(gè)開(kāi)關(guān)都會(huì)有STJ信號(hào)上升沿出現(xiàn)，備自投裝置放電，并且對(duì)充電條件進(jìn)行重新檢測(cè)。

升級(jí)前后的兩種程序中，如果STJ信號(hào)由0變位為1，并且一直保持這種狀態(tài)，則備自投裝置會(huì)持續(xù)放電直到其信號(hào)變回0為止，然后再重新檢測(cè)裝置充電條件。而為了保證備自投裝置的動(dòng)作可靠性，某站在備自投裝置的引入開(kāi)關(guān)處設(shè)置了強(qiáng)制放電邏輯。所以，當(dāng)手分開(kāi)關(guān)時(shí)，某站STJ信號(hào)會(huì)出現(xiàn)由0變位為1的上升沿，備自投裝置強(qiáng)制被放電，并且對(duì)充電條件進(jìn)行重新檢測(cè)。endprint

程序升級(jí)前后的STJ信號(hào)作用存在差異，所以在二次接線或者操作過(guò)程條件完全相同的情況下，備自投裝置邏輯行為也不同。進(jìn)線開(kāi)關(guān)a、b、c、d的初始狀態(tài)均為運(yùn)行中，所以被判為工作電源，而備自投裝置相應(yīng)被判為無(wú)備用電源，為放電狀態(tài)。

在操作的過(guò)程中，進(jìn)線開(kāi)關(guān)c和d都會(huì)被先后斷開(kāi)。在程序升級(jí)前，將進(jìn)線開(kāi)關(guān)c和d分開(kāi)，則該開(kāi)關(guān)的STJ信號(hào)會(huì)由0變位為1，而合閘位置信號(hào)即HWJ信號(hào)卻由1變位為0。因?yàn)樵摼€路處于分閘位置，所以被判為備用電源。因此STJ信號(hào)對(duì)充電邏輯沒(méi)有影響，則備自投裝置成功充電。在程序升級(jí)之后，同樣將進(jìn)線開(kāi)關(guān)c和d分開(kāi)，該開(kāi)關(guān)的STJ信號(hào)會(huì)由0變位為1，HWJ信號(hào)由1變位為0。但即使該線路被判為備用電源，備自投裝置仍舊被強(qiáng)制放電。此時(shí)STJ信號(hào)維持的1位置會(huì)使得備自投裝置同樣維持著放電狀態(tài)。

所以在升級(jí)前，不需要在開(kāi)關(guān)位置瞬動(dòng)接點(diǎn)處讓STJ信號(hào)接入。只有在升級(jí)后才需要接入。而因?yàn)閷?shí)際條件制約，二次回路改線沒(méi)能盡快完成，導(dǎo)致裝置充電異常。

3 220 kV備自投失敗動(dòng)作改進(jìn)措施

就以上案例，為了解決問(wèn)題，某站采取驗(yàn)證性試驗(yàn)。只有出現(xiàn)STJ信號(hào)上升沿時(shí)，才能夠符合強(qiáng)制放電邏輯，并啟動(dòng)STJ位置。如果上升沿沒(méi)有出現(xiàn)，即使STJ信號(hào)位置維持在1上面，備自投裝置也不會(huì)進(jìn)行放電工作。如果在裝置程序處于檢測(cè)狀態(tài)時(shí)或者該信號(hào)被判為‘有效開(kāi)入前，STJ信號(hào)已經(jīng)變位為1，卻并沒(méi)有被檢測(cè)到上升沿，則該信號(hào)對(duì)充放電過(guò)程不產(chǎn)生任何影響。當(dāng)程序處于檢測(cè)狀態(tài)或者該信號(hào)被判為‘有效開(kāi)入后，STJ信號(hào)發(fā)生變位，程序檢測(cè)到的該信號(hào)上升沿將強(qiáng)制備自投裝置放電。直到STJ信號(hào)變位為0時(shí)，重新檢測(cè)裝置充電條件。

某站可利用驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行應(yīng)急處理。首先要投入220 kV備自投裝置總功能壓板以及進(jìn)行c、d的檢修壓板，當(dāng)分開(kāi)開(kāi)關(guān)c、d之后，退出進(jìn)線c、d檢修壓板。操作完成之后，備自投裝置即可正常充電，同時(shí)進(jìn)線備自投的邏輯原理可以運(yùn)用。

現(xiàn)在的變電站一般無(wú)人值班，顯得備自投巡視工作越發(fā)重要。在備自投投運(yùn)時(shí)，電站人員應(yīng)該對(duì)其LCD液晶顯示以及LED指示燈進(jìn)行檢查，確保其運(yùn)作正常。要使用備自投硬壓板時(shí)，確認(rèn)備自投充電標(biāo)志符號(hào)顯示充電狀態(tài)方可投入。如果在備自投運(yùn)行中發(fā)生裝置告警，主要是因?yàn)槟妇€電壓的互感器發(fā)生斷線。所以電站人員要馬上查找其原因，若有必要，就退出備自投。

當(dāng)CPU檢測(cè)出備自投本身的硬件故障，如EPROM、RAM、定值出現(xiàn)錯(cuò)誤或者電源故障，會(huì)導(dǎo)致備自投裝置在運(yùn)行中閉鎖。此時(shí)應(yīng)該馬上匯報(bào)調(diào)度，并且退出備自投，讓技術(shù)人員進(jìn)行處理，做好供電事故預(yù)案。不管電站采取就地操作還是遙控操作，電站操作人員都應(yīng)該檢查備自投是否存在告警信號(hào)，然后確認(rèn)備自投狀態(tài)。

巡視要定期進(jìn)行，相關(guān)人員要認(rèn)真檢查現(xiàn)場(chǎng)備自投裝置運(yùn)行狀況，同時(shí)還要對(duì)充電情況和指示燈序列號(hào)進(jìn)行檢查，確認(rèn)其與運(yùn)行方式是否相符。巡視人員要認(rèn)真巡視檢查設(shè)備指導(dǎo)卡并做好相關(guān)記錄。當(dāng)無(wú)人值班時(shí)，變電站對(duì)備自投設(shè)備、功能以及狀態(tài)等巡視每周至少一遍。

變電站還應(yīng)該對(duì)備自投開(kāi)關(guān)位置的檢測(cè)功能進(jìn)行完善。當(dāng)工作電源的斷路器存在電流，而且有對(duì)應(yīng)的TWJ信號(hào)開(kāi)入裝置，可以經(jīng)過(guò)10秒延時(shí)響起相應(yīng)告警信號(hào)。同時(shí)對(duì)備自投放電，當(dāng)所有條件消失之后0.5秒返回，有利于巡視人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)備自投放電狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，日新月異的電力電網(wǎng)技術(shù)使得備自投裝置在變電站中使用廣泛，從而保證電力系統(tǒng)安全、供電可靠性以及穩(wěn)定運(yùn)行。但同時(shí)使得電力系統(tǒng)中不明顯的問(wèn)題顯現(xiàn)出來(lái)，這就需要促進(jìn)變電站供電過(guò)程中每一個(gè)環(huán)節(jié)更全面和更精細(xì)的發(fā)展。要充分考慮電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際要求，并且加強(qiáng)分析研究備自投裝置，認(rèn)真應(yīng)對(duì)各種可能出現(xiàn)的狀況，并且妥善處理與解決，保證備自投可靠動(dòng)作以及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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