基于智能式斷路器的新型站用交流電源系統(tǒng)分析

李仕章

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

變電站必須具備安全可靠的工作電源，站用交流電源是整個變電站直流電源、逆變電源、通信電源的源頭，同時擔負著主變冷卻、消防水泵、故障錄波器等重要站內(nèi)負荷的供電，其可靠性對于整個變電站的安全運行十分重要。因此需要配置安全、可靠的交流電源，保證站內(nèi)用電負荷的穩(wěn)定運行。筆者認為，目前變電站的交流系統(tǒng)保護配置功能和系統(tǒng)接線較為簡單，供電可靠性較差，難以滿足設(shè)備運行的要求，因此需要分析研究一種新的交流系統(tǒng)，從而解決目前存在的問題，提高變電站交流系統(tǒng)的可靠性。

1 目前變電站交流系統(tǒng)運行方式

圖1 交流系統(tǒng)主接線圖

目前變電站380V 站用交流電源系統(tǒng)普遍采用ATS 自動控制開關(guān)的供電模式，每一個ATS 均從兩臺獨立的變壓器低壓側(cè)引入兩路電源，其中一路作為主供電電源，另一路作為備用電源，兩路電源通過ATS 選擇后輸出一路供電，利用控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動切換和控制模式的轉(zhuǎn)變。四個進線開關(guān)11QF，12QF，21QF，22QF 一般為四段式保護斷路器，該斷路器一般具有過載、短路短延時、速動保護和接地保護四種功能，但定值不可連續(xù)調(diào)節(jié)。母線上的所有支路開關(guān)均為塑殼斷路器或微斷空開，此種類型開關(guān)一般為熱磁式電子脫扣開關(guān)，動作值離散性較大，且不具備接地保護功能。

2 交流系統(tǒng)存在的主要問題

低壓交流電源無法和高壓設(shè)備一樣每條支路都配置專門的保護設(shè)備，故障的隔離主要是依靠開關(guān)的級差配合及本體的保護功能來實現(xiàn)的，而變電站380V 交流系統(tǒng)是一個多分支、多層級的龐大系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，負荷種類較多，在實際運行中常出現(xiàn)以下問題：

（1）交流饋線支路某個節(jié)點發(fā)生接地故障時，由于支路開關(guān)均不具備接地保護功能，此時需由進線總開關(guān)的接地保功能護或站用變零序保護動作實現(xiàn)故障的隔離，導(dǎo)致了故障范圍的擴大，即某條支路的故障必須通過整段母線的停電來實現(xiàn)故障的隔離；

（2）交流支路發(fā)生過流保護時，由于上下級開關(guān)動作曲線不配合導(dǎo)致開關(guān)越級跳閘，無法及時隔離故障，從而出現(xiàn)了支路故障時導(dǎo)致整段母線失壓的情況；

（3）站內(nèi)檢修和生活用電等線路故障多發(fā)點往往造成其他負荷失壓，無法將故障局限在同一類負荷中；

（4）站用變保護一般為微機型保護，電流和時間動作定值可以連續(xù)調(diào)整，動作靈敏度較高，而交流系統(tǒng)進線總開關(guān)定值只能在幾個數(shù)值中進行選擇，難以和站用變實現(xiàn)上下級的正確配合；同時消防水泵等電機類負荷的啟動電流較大，啟動時間較長，容易引起總開關(guān)的跳閘。

通過以上分析可以看出，目前變電站交流系統(tǒng)母線失壓的頻率較高，任何一條線路的故障都可能導(dǎo)致整段母線失壓，供電可靠性較差，無法為變電站提供穩(wěn)定可靠的工作電源。

3 基于智能式斷路器新型交流電源系統(tǒng)設(shè)計

本方案提出一種新型的可靠交流電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過智能式微機電子脫扣開關(guān)和普通開關(guān)的配合使用，結(jié)合負荷分段的原則來消除系統(tǒng)目前所存在的問題，與現(xiàn)行的方案相比，新的方案在滿足基本功能的基礎(chǔ)上主要有以下幾個優(yōu)點：

3.1 消除普通電子開關(guān)定值設(shè)置局限性

該系統(tǒng)進線總開關(guān)采用智能四段式斷路器，此種開關(guān)配置了微機保護監(jiān)控單元，過載、短路短延時、瞬動、接地故障定值均可以在監(jiān)控單元中以符合規(guī)定范圍內(nèi)的連續(xù)數(shù)值的方式來進行整定。目前普通電子脫扣器定值整定由于靠撥碼形式來完成的，定值離散性太大，只有3-5 個檔位，無法和上級站用變保護的定值配合，智能式四段式斷路器的先進功能可以消除普通電子開關(guān)的這些局限性，實現(xiàn)開關(guān)保護和站用變保護的配合。

3.2 簡化系統(tǒng)設(shè)計，使其簡單可靠

該方案中無需配置獨立的站用電保護裝置，所有的保護功能均在智能四段式斷路器中實現(xiàn)，一方面可以充分利用開關(guān)的功能實現(xiàn)保護的選擇性，另一方面也可以消除保護配置重疊的現(xiàn)象，簡化系統(tǒng)。

3.3 采用分類小母線可以縮小故障范圍，提高系統(tǒng)可靠性

站內(nèi)空調(diào)電源和照明電源及生活用電是故障多發(fā)的節(jié)點，采用分類小母線，將同一類型負荷的空開都接在了一段小母線上，其上級配置4 段式普通電子開關(guān)，在終端負荷發(fā)生接地故障時可以將故障限制在該段小母線上，當某一段小母線下端故障時只隔離該段小母線，防止故障進一步擴大。

圖2 一種新型的站用交流電源系統(tǒng)

4 總結(jié)

380V 站用交流電源的供電穩(wěn)定可靠是變電站安全運行的重要保證，由于缺少獨立的保護裝置和開關(guān)本體保護功能的局限性，往往造成上下級開關(guān)級差和保護配合不到位，故障擴大的情況時有發(fā)生，大大降低了供電的可靠性，嚴重影響了變電站的安全運行。本文針對目前變電站交流系統(tǒng)運行中存在的問題進行分析，結(jié)合智能式斷路器工作特點和負荷分類原則的特點，提出一種新的交流系統(tǒng)，解決目前系統(tǒng)存在的不足，從而提高站用電源供電的可靠性。

［1］DL/T 5155-2002 220kV～500kV 變電所所用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

［2］IEC 60947-2:2009 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備[S].

［3］IEC/TR 61912-1 低壓開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備-過電流保護電器[S].