提高電力設(shè)備自投動(dòng)作成功率關(guān)鍵技術(shù)研究

李磊　方正飛

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)用電量的需求逐漸增大，區(qū)域性大電網(wǎng)發(fā)展迅速。備用電源自動(dòng)投入裝置的設(shè)置能夠快速實(shí)現(xiàn)母線電壓的恢復(fù)，對(duì)于提升供電的可靠性和穩(wěn)定性有著重要的意義。文章分析了影響10～110kV備自投動(dòng)作成功率的主要因素，并提出了提升10～110kV備自投動(dòng)作成功率的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：備自投；動(dòng)作成功率；關(guān)鍵技術(shù)；電力設(shè)備；自投動(dòng)作 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM762 文章編號(hào)：1009-2374（2016）26-0028-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.26.014

近年來(lái)，社會(huì)用電量逐漸增大，這就對(duì)電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性提出了較高的要求，備自投裝置的應(yīng)用能夠有效保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性，在因故障導(dǎo)致工作電源斷開(kāi)之后，備自投裝置能夠迅速啟動(dòng)備用電源，保證電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，由于一些技術(shù)問(wèn)題、人為操作失誤問(wèn)題影響了備自投動(dòng)作的成功率。10～110kV備自投裝置在功能邏輯及配置方案上存在著較大的差異性，這就影響了備自投裝置的運(yùn)行維護(hù)，對(duì)提高10～110kV備自投動(dòng)作成功率關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究十分必要，也是十分重要的。

1 10～110kV備自投動(dòng)作成功率的影響因素

1.1 分布式電源接入的影響

如果進(jìn)線開(kāi)關(guān)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)沒(méi)有重合閘功能，當(dāng)電源進(jìn)線出現(xiàn)故障的時(shí)候，進(jìn)線開(kāi)關(guān)對(duì)端保護(hù)動(dòng)作跳閘，同時(shí)不重合，如果沒(méi)有接入分布式電源，Ⅰ母失壓，此時(shí)滿足了備自投的啟動(dòng)條件，備自投會(huì)迅速地啟動(dòng)，跳進(jìn)線開(kāi)關(guān)，合備用開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷供電的恢復(fù)。但是當(dāng)接入分布式系統(tǒng)之后，當(dāng)電源進(jìn)線小時(shí)則分步實(shí)現(xiàn)電源與電網(wǎng)連接在一起，一同為負(fù)荷進(jìn)行供電，這就形成了一個(gè)短時(shí)間內(nèi)的單獨(dú)供電孤島，Ⅰ母和Ⅱ母電壓存在，同時(shí)電壓要比備自投檢無(wú)壓定值高，因此備自投不會(huì)啟動(dòng)成功。

如果進(jìn)線開(kāi)關(guān)對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)有重合閘功能，當(dāng)沒(méi)有接入分布式電源的時(shí)候，進(jìn)線發(fā)生瞬間故障，進(jìn)線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)跳開(kāi)在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)重合閘檢無(wú)壓重合，因此會(huì)及時(shí)地恢復(fù)供電，此時(shí)備自投不會(huì)啟動(dòng)成功。如果進(jìn)線發(fā)生的故障為永久性故障，進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳開(kāi)之后不會(huì)重合，此時(shí)備自投設(shè)備檢無(wú)壓?jiǎn)?dòng)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，備用開(kāi)關(guān)閉合。在整個(gè)動(dòng)作過(guò)程中，備自投的時(shí)間整定需要避開(kāi)重合閘的動(dòng)作時(shí)間。當(dāng)接入分布式電源的時(shí)候，無(wú)論是瞬時(shí)性故障還是永久性故障，備自投檢無(wú)壓會(huì)失去效果，備自投檢無(wú)壓?jiǎn)?dòng)失效，備自投不會(huì)動(dòng)作成功，而備用電源難以實(shí)現(xiàn)供電的可靠性。

1.2 備自投功能與安自裝置出現(xiàn)沖突

低頻解列裝置、低壓解列裝置、切負(fù)荷裝置、低壓減負(fù)荷裝置、失步解列裝置以及電流聯(lián)切裝置等都屬于安自裝置的范疇，如果系統(tǒng)頻率與電壓比電網(wǎng)運(yùn)行的下限低，則系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)有功或無(wú)功不足的狀態(tài)，為了保證系統(tǒng)電壓和頻率能夠恢復(fù)到穩(wěn)定的狀態(tài)，會(huì)將部分負(fù)荷進(jìn)行可靠切除。我國(guó)許多變電站內(nèi)都安裝了安自裝置，為的就是保證電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定，但安自裝置對(duì)于10～110kV備自投裝置的投退會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

1.3 裝置本身功能邏輯問(wèn)題

在工作電源或電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，由于備用電源線路低壓閉鎖延時(shí)太短或處于固定狀態(tài)，這就使得備用電源線路暫時(shí)處于抵押狀態(tài)，對(duì)備自投產(chǎn)生了閉鎖效果，從而導(dǎo)致備自投動(dòng)作不成功。此外，在PT斷線的過(guò)程中，閉鎖備自投判斷依據(jù)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致最小無(wú)流判別定值范圍較大，從而導(dǎo)致備自投裝置出現(xiàn)誤動(dòng)作。最后是穩(wěn)控系統(tǒng)的問(wèn)題，在切負(fù)荷閉鎖備自投的過(guò)程中沒(méi)有完善的判據(jù)，從而導(dǎo)致備自投裝置拒動(dòng)作。

1.4 二次回路設(shè)計(jì)不合理

二次回路設(shè)計(jì)的不合理也是導(dǎo)致備自投動(dòng)作不成功的重要原因，具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，備自投跳工作有著進(jìn)線開(kāi)關(guān)，進(jìn)線開(kāi)關(guān)在接入操作箱的過(guò)程中依賴于手跳回路，在跳閘開(kāi)入的時(shí)候，合后繼KKJ會(huì)返回，這就導(dǎo)致了備自投裝置閉鎖；其次，在判斷開(kāi)關(guān)跳位的過(guò)程中，備自投裝置主要采用操作箱中的TWJ，在開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)存能量的過(guò)程中，TWJ處于斷開(kāi)狀態(tài)，這就難以準(zhǔn)確地反映出開(kāi)關(guān)跳位情況，從而導(dǎo)致備自投閉鎖，不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)作。

2 提升10～110kV備自投動(dòng)作成功率的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 低頻低壓閉鎖備自投

低頻低壓減載對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全有著重要的作用，許多電力系統(tǒng)中都配置了低頻低壓減載裝置，其配置方式主要分為兩種：一種是與穩(wěn)控系統(tǒng)裝置或過(guò)負(fù)載減載裝置共同設(shè)置；另一種是獨(dú)立設(shè)置。低頻低壓減載裝置主要安裝在220kV變電站或110kV變電站，分別切除110kV線路負(fù)荷和10kV線路負(fù)荷。為了能夠保證低頻低壓減載裝置能夠有效地切除線路負(fù)荷或主變低開(kāi)關(guān)負(fù)荷，備自投裝置應(yīng)當(dāng)在切除負(fù)荷的時(shí)候閉鎖，低頻低壓減載裝置切除負(fù)荷量較大，因此其對(duì)備自投裝置要求廣泛。

對(duì)于安裝在110kV變電站的低頻低壓減載裝置來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)二次回路的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)備自投裝置的可靠閉鎖，但對(duì)于安裝在220kV變電站的低頻低壓減載裝置來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)備自投裝置的可靠閉鎖，不僅需要設(shè)置二次回路，還需要設(shè)置接口設(shè)備和通信通道，就目前來(lái)看，這種實(shí)現(xiàn)方案經(jīng)濟(jì)性較差，技術(shù)難度較高。

在系統(tǒng)頻率降低到49赫茲0.2秒或電壓降低到Un的83% 0.5秒之后，低頻低壓減載裝置才會(huì)動(dòng)作。系統(tǒng)頻率有著一致性的特點(diǎn)，要想實(shí)現(xiàn)備自投裝置與低頻低壓減載裝置的有效配合，備自投裝置需要設(shè)置低頻低壓閉鎖功能邏輯。當(dāng)備自投裝置檢測(cè)到頻率或電壓達(dá)到整定值和整定延時(shí)，則備自投閉鎖放電。此外，備自投還能夠?qū)︻l率變化以及電壓變化等進(jìn)行檢測(cè)，以此來(lái)避免出現(xiàn)故障備自投誤閉鎖，保證了備自投動(dòng)作的成功率。

2.2 構(gòu)成與穩(wěn)控系統(tǒng)配合的啟動(dòng)判據(jù)

穩(wěn)控系統(tǒng)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行也有著重要的作用，當(dāng)前許多電網(wǎng)都配置了穩(wěn)控系統(tǒng)，由于穩(wěn)控系統(tǒng)在一定條件下會(huì)切除負(fù)荷，因此備自投應(yīng)當(dāng)利用電氣量來(lái)構(gòu)成附加啟動(dòng)判據(jù)。

2.2.1 應(yīng)當(dāng)構(gòu)成主供電源故障附加啟動(dòng)判據(jù)，備自投需要對(duì)母線失壓的原因進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)是因?yàn)橹鞴╇娫垂收匣蛑睾祥l不成功導(dǎo)致母線失壓，而不是穩(wěn)控系統(tǒng)切除主供電源導(dǎo)致的，則備自投裝置啟動(dòng)。

2.2.2 應(yīng)當(dāng)構(gòu)建不對(duì)應(yīng)附加啟動(dòng)判據(jù)，備自投檢測(cè)母線失壓原因，如果是電源本側(cè)斷路器非正常跳閘導(dǎo)致，則備自投裝置啟動(dòng)。

根據(jù)備自投與穩(wěn)控系統(tǒng)配合整定需要來(lái)選擇投入或退出備自投附加啟動(dòng)判據(jù)，在投入附加啟動(dòng)判據(jù)的時(shí)候，只有滿足附加啟動(dòng)判據(jù)之后，備自投裝置才能夠在展寬時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)和動(dòng)作，也就是說(shuō)只有備自投檢測(cè)到電源發(fā)生故障、重合閘不成功、斷路器非正常動(dòng)作導(dǎo)致母線失壓的情況下，備自投才能夠動(dòng)作，其他情況導(dǎo)致的母線失壓，備自投不會(huì)發(fā)生動(dòng)作，這就實(shí)現(xiàn)了備自投裝置與溫控系統(tǒng)的有效配合，避免了備自投的誤動(dòng)作，有效提升了備自投動(dòng)作的成功率。

2.3 防止設(shè)備過(guò)載功能

如果設(shè)備過(guò)載程度較大，人工難以處理，則會(huì)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生影響，此時(shí)需要備自投具備防止設(shè)備過(guò)載功能，以此來(lái)保證備自投能夠投入運(yùn)行。需要在考慮設(shè)備過(guò)載發(fā)生情況、線路及主變本身允許過(guò)載定值等基礎(chǔ)上來(lái)制定功能策略。

2.3.1 前合流閉鎖功能。將互為備用兩路電源負(fù)荷電力幅值進(jìn)行取和處理，之后與各個(gè)電源允許的最大負(fù)荷電流定值進(jìn)行比較，如果前者大于后者，則經(jīng)過(guò)固定延時(shí)之后對(duì)備自投進(jìn)行閉鎖。需要注意的是，前合流閉鎖功能不需要對(duì)跳閘回路進(jìn)行外接，這對(duì)于10kV分段備自投動(dòng)作十分適用，有效避免了備自投動(dòng)作導(dǎo)致的主變過(guò)載問(wèn)題。

2.3.2 前過(guò)負(fù)荷聯(lián)切功能。以失壓?jiǎn)?dòng)前主供電源負(fù)荷電流值和備用電源最大允許負(fù)荷電流整定值為基礎(chǔ)，對(duì)聯(lián)切本站負(fù)荷所需要的電流量進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與三個(gè)階梯電流定值進(jìn)行比較，之后確定聯(lián)切出口組合，跳主供電源，聯(lián)切開(kāi)關(guān)組，之后將備用電源閉合，分別整定備用電源最大負(fù)荷電流整定值，將10kV主變變低開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)作為聯(lián)切對(duì)象。需要注意的是，此功能要進(jìn)行跳閘回路的外接。

2.3.3 后過(guò)負(fù)荷聯(lián)切功能。備自投裝置動(dòng)作，如果備用電源合上一段時(shí)間內(nèi)電源設(shè)備負(fù)荷電流比定值大，則需要對(duì)部分負(fù)荷進(jìn)行聯(lián)切，分別整定備用電源過(guò)負(fù)荷電流定值，將10kV主變變低開(kāi)關(guān)和線路開(kāi)關(guān)作為聯(lián)切的對(duì)象，不需要進(jìn)行跳閘回路外接，但要注意聯(lián)切是否消除設(shè)備過(guò)負(fù)荷。

2.3.4 后負(fù)荷均分功能。對(duì)于三臺(tái)主變四段低壓側(cè)母線接線型式的變電站來(lái)說(shuō)，如果三臺(tái)主變都帶負(fù)荷運(yùn)行，在1、3主變停電的時(shí)候，備自投動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致2主變出現(xiàn)過(guò)負(fù)載的問(wèn)題。這就需要兩套備自投裝置相互配合來(lái)均分1、3主變停電后的負(fù)荷，需要注意的是，應(yīng)當(dāng)保證兩套備自投裝置的功能邏輯相同，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)2主變過(guò)載的消除。

2.3.5 互為閉鎖功能。對(duì)于三臺(tái)主變四段低壓側(cè)母線接線型式的變電站來(lái)說(shuō)，如果1、3主變帶有負(fù)荷，2主變處于備用狀態(tài)，當(dāng)電源側(cè)母線故障導(dǎo)致1、3主變同時(shí)停電的時(shí)候，1、3主變備自投裝置會(huì)發(fā)生動(dòng)作，這就導(dǎo)致了2主變要承受全站的負(fù)荷，進(jìn)而引發(fā)2主變嚴(yán)重過(guò)載的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以將1、3主變備自投裝置接入進(jìn)行間隔鏡像排列，一套備自投裝置動(dòng)作會(huì)輸出信號(hào)閉鎖另一套備自投裝置，這就能夠有效避免2主變的嚴(yán)重過(guò)載問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，10～110kV備自投裝置在功能邏輯及配置方案上存在著較大的差異性，這就影響了備自投裝置的運(yùn)行維護(hù)。本文簡(jiǎn)要分析了影響10～110kV備自投動(dòng)作成功率的原因，并針對(duì)性地提出了解決對(duì)策，旨在提升10～110kV備自投動(dòng)作成功率，保障電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳金珠.滿足多種運(yùn)方的10kV備自投策略研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2] 楊忠禮，趙慧光，張光衡.影響備自投正確動(dòng)作原因分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，（21）.

作者簡(jiǎn)介：李磊（1983-），男，湖北宜昌人，國(guó)網(wǎng)浙江淳安縣供電公司工程師，碩士，研究方向：電氣工程及其自

動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）