站用電雙路電源自動(dòng)切換方案分析

馮 旭,趙軍玉,宋文亞,左辰庚

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄縣供電分公司,河北 滄州 061000)

站用電雙路電源自動(dòng)切換方案分析

馮 旭,趙軍玉,宋文亞,左辰庚

(國(guó)網(wǎng)河北省電力公司滄縣供電分公司,河北 滄州 061000)

通過介紹變電站站用電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的幾個(gè)故障案例,分析幾種常用的站用電雙路電源自動(dòng)切換方案,研究雙路電源自動(dòng)切換方案適用的供電環(huán)境及其在應(yīng)用中存在的缺陷,提出站用電雙電源互為備用的自動(dòng)切換方案,旨在提高站用電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

站用電系統(tǒng);雙路電源自動(dòng)切換;供電可靠性

1 站用電雙路電源自動(dòng)切換控制器

鑒于站用電源系統(tǒng)對(duì)變電站安全運(yùn)行的重要性,必須保證站用電能夠長(zhǎng)期不間斷的供電。因此,多數(shù)變電站的站用電源系統(tǒng)都配備2臺(tái)或2臺(tái)以上站用變壓器(以下簡(jiǎn)稱“站變”),并配備相應(yīng)的雙電源自動(dòng)切換控制器(Automatic Transfer Switch,ATS),與切換方案。在其中一臺(tái)站變故障或其他原因退出運(yùn)行情況下,ATS自動(dòng)將負(fù)載切換到另一臺(tái)站變電源上,保障站用電源系統(tǒng)不間斷供電,接線見圖1。

圖1 站用電源系統(tǒng)ATS接線

雙路電源自動(dòng)切換控制器ATS是一種具有可編程功能、自動(dòng)化測(cè)量、數(shù)字通信為一體的智能化雙電源切換開關(guān)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)測(cè)量及控制過程的自動(dòng)化,減少人為操作失誤,可精確地監(jiān)測(cè)兩路三相電源電壓,對(duì)出現(xiàn)電壓異常(過壓、欠壓、缺相、過頻、欠頻等)情況作出準(zhǔn)確判斷,并通過無源控制開關(guān)量,控制站用電電源進(jìn)行自動(dòng)切換。

2 故障案例及分析

目前,多數(shù)變電站站用電雙路電源系統(tǒng)自動(dòng)切換方案默認(rèn)設(shè)置為“自投自復(fù)”模式,即站用電I路進(jìn)線(一般為35 k V站變電源)為主供電電源, II路進(jìn)線(一般為10 k V站變)為備用電源。當(dāng)I路進(jìn)線電壓異常、II路進(jìn)線電壓正常,ATS自動(dòng)切換至II路電源;I路進(jìn)線電壓恢復(fù)正常后,ATS自動(dòng)切換至I路。從優(yōu)先級(jí)的角度看,I路進(jìn)線電源運(yùn)行優(yōu)先級(jí)高于II路。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,這種雙電源的“自投自復(fù)”方案多次造成變電站站用電系統(tǒng)故障加重,甚至危害變電站正常運(yùn)行。

2.1 故障經(jīng)過

2015年8月25日,河北滄縣供電公司35 k V干河站直流系統(tǒng)告警:站用電I路進(jìn)線(35 k V站變電源)電壓異常。檢修人員現(xiàn)場(chǎng)查看交流監(jiān)測(cè)裝置記錄發(fā)現(xiàn):直流系統(tǒng)I路進(jìn)線電源V相缺相。ATS運(yùn)行記錄顯示:故障期間站用電電源多次、短時(shí)間內(nèi)在I路與II路電源間自動(dòng)切換。經(jīng)故障排查,檢修人員判斷35 k V站變(I路進(jìn)線電源)調(diào)壓裝置發(fā)生故障,高壓V相調(diào)壓接頭處虛接,在帶負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下,由于載流能力減弱,V相電源發(fā)生缺相,ATS將I路電源切換至II路電源;而切換到II路電源后,I路電源處于空載狀態(tài),因此電壓恢復(fù)正常。

由于I路進(jìn)線電源設(shè)置為主路優(yōu)先切換路, ATS檢測(cè)到其電壓恢復(fù)正常后,將站用電電源由II路備用切換至I路主路電源。

短時(shí)間內(nèi)反復(fù)切換站用電電源,造成直流系統(tǒng)充電機(jī)保護(hù)動(dòng)作,停止工作,站用電電源此時(shí)由電池供電。長(zhǎng)時(shí)間電池供電導(dǎo)致電池電壓降低,站內(nèi)風(fēng)冷系統(tǒng)發(fā)生故障,主變壓器有載調(diào)壓失去電源不能正常工作。

2016年8月19日,滄縣35 k V捷地站直流系統(tǒng)告警:交流I路進(jìn)線(35 k V站變電源)電源異常;直流系統(tǒng)電壓異常。檢修人員現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn):交流監(jiān)測(cè)裝置故障記錄顯示I路進(jìn)線電源V相缺相; ATS控制器在電源故障期間多次切換站用電I、II路電源;直流系統(tǒng)4臺(tái)充電機(jī)“032”裝置保護(hù)動(dòng)作,充電機(jī)停止工作,電池充電電壓顯示為5 V;站用電電源為I路進(jìn)線電源且電壓正常。檢修人員判斷35 k V站變發(fā)生故障,將站用交流電源切換到II路10 k V站變電源,并將ATS雙電源切換設(shè)置為手動(dòng)模式。隨后檢修中發(fā)現(xiàn),35 k V站變調(diào)壓接頭處電弧灼燒痕跡較重,可判斷缺相原因由此引起。此次故障中,由于電源缺相造成直流系統(tǒng)4臺(tái)充電機(jī)損壞,主變壓器有載調(diào)壓失去電源不能正常工作,站內(nèi)直流系統(tǒng)電源一度低至160 V,48 V通信電源低壓停止工作。

2016年12月9日,35 k V李天木站35 k V母線出現(xiàn)低壓,線電壓低至33.4 k V,站用電I路電源(35 k V站變電源)電壓帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)電壓低至190 V以下,ATS控制器檢測(cè)到190 V以下為I路進(jìn)線電源“低電壓”狀態(tài),自動(dòng)切換至II路電源; I路電源空載時(shí)達(dá)到200 V左右,因此,ATS根據(jù)主、備用路優(yōu)先級(jí)設(shè)置自動(dòng)切回I路電源。

2.2 故障分析

以上3個(gè)案例中,導(dǎo)致故障原因各不相同,但站用電雙電源自動(dòng)切換方案均采用的是“自投自復(fù)”方案。由此可以得出:當(dāng)主路電源出現(xiàn)不穩(wěn)定故障,例如低電壓、站用變電源發(fā)生虛接或載流能力減弱等故障時(shí),“自投自復(fù)”方案不能及時(shí)有效地切斷故障點(diǎn)或者錯(cuò)誤的將站用電源切換至故障線路。因此,可以判斷出雙電源自動(dòng)切換的“自投自復(fù)”方案在站用電系統(tǒng)應(yīng)用中存在缺陷,是導(dǎo)致上述事故擴(kuò)大的直接原因。為防止類似事故發(fā)生,應(yīng)選擇其他更加合適的雙路電源自動(dòng)切換方案,做到準(zhǔn)確切斷故障線路及故障點(diǎn),避免事故范圍擴(kuò)大。

3 雙路電源自動(dòng)切換方案分析

以下分析幾種常用的雙路電源自動(dòng)切換方案及其適用的供電環(huán)境。

3.1 自投自復(fù)

該方案模式下,I路進(jìn)線或II路進(jìn)線中,設(shè)置其中一路為主供電,另一路為備用電源。I路進(jìn)線正常,則ATS切至I路;I路進(jìn)線異常、II路進(jìn)線正常,則ATS切至II路。自投過程:I路進(jìn)線異常、II路進(jìn)線正常,經(jīng)切換延時(shí)后,ATS切至II路;自復(fù)過程:I路進(jìn)線電壓恢復(fù)正常并經(jīng)切換延時(shí)后,ATS切至I路。此種方案適用于兩路供電電源有明顯不同的供電優(yōu)先級(jí),例如一路電源為市電供電,另一路電源由發(fā)電機(jī)供電作為備用電源,當(dāng)市電異常時(shí),啟動(dòng)發(fā)電機(jī)為負(fù)載供電;當(dāng)市電恢復(fù)正常,自動(dòng)切換至市電電源。

3.2 自投不自復(fù)

該方案模式下,當(dāng)I路進(jìn)線電源發(fā)生異常,經(jīng)切換延時(shí),ATS自動(dòng)切換至II路進(jìn)線;當(dāng)I路電源恢復(fù)正常,ATS保持在II路;此時(shí)II路電源即使發(fā)生故障,ATS也不會(huì)切換回I路。

此種模式可有效斷開故障點(diǎn),但需檢修或操作人員及時(shí)到現(xiàn)場(chǎng)將ATS控制器信號(hào)進(jìn)行復(fù)歸。

3.3 互為備用

該方案模式下,I路進(jìn)線、II路進(jìn)線沒有主備用之分,自投不自復(fù)。即:I路進(jìn)線正常、II路進(jìn)線異常,則ATS切至I路;I路進(jìn)線異常、II路正常,則ATS切換至II路;如果I路進(jìn)線、II路進(jìn)線都正常,ATS保持原來的狀態(tài),不會(huì)動(dòng)作;異常線路恢復(fù)正常,ATS也不會(huì)返回原供電方式。

互為備用的模式,適用于兩路電源都是市電供電,且不存在供電優(yōu)先級(jí)不同的情況,因此無主備用之分。相比較“自投不自復(fù)”方案,不需檢修或操作人員進(jìn)行信號(hào)的手動(dòng)復(fù)歸。

根據(jù)以上的分析,從變電站站用電源系統(tǒng)來電測(cè)的角度來看,35 k V站變與10 k V站變電源同為穩(wěn)定的市電電源,應(yīng)具有相同的優(yōu)先級(jí),因此適用于“互為備用”的自動(dòng)投切方案。

在以上的故障案例中,如果使用“互為備用”投切方案,當(dāng)某一路站變電源出現(xiàn)故障時(shí),ATS自動(dòng)將負(fù)載切換到另一路電源上,此時(shí)故障路電源電壓即使恢復(fù)正常,由于兩路電源自動(dòng)切換的優(yōu)先級(jí)相同,ATS不會(huì)切換回故障電源側(cè)。這樣避免了“自投自復(fù)”方案中,將站用變電源切換到故障電源側(cè)或不能切斷故障點(diǎn)的情況發(fā)生,事故范圍不會(huì)擴(kuò)大。

4 結(jié)束語

隨著站用電源系統(tǒng)逐步數(shù)字化、程序化、智能化建設(shè)的推進(jìn),站用電源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行越加重要。目前,多數(shù)變電站站用電源系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的雙電源自動(dòng)切換方案,使用一體化電源出廠默認(rèn)設(shè)置的切換方案。本文通過站用電系統(tǒng)故障案例的分析,可以得出,采用“互為備用”的自動(dòng)切換方案,能夠及時(shí)斷開站用電系統(tǒng)故障點(diǎn),達(dá)到提高站用電系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的目的。

[1] 陶 陽.雙路電源自動(dòng)控制柜的設(shè)計(jì)[J].黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,14(15):9799.

[2] 王舜堯,姚建軍,王汝文.一種多功能雙電源轉(zhuǎn)換智能控制器[J].低壓電器,2002(4):29-31.

[3] 李 雨,丁鴻杰,齊從謙.雙電源供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)切換裝置的研制[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2003(5):58-62.

[4] 李 雨,李中西,齊從謙.智能雙電源供電系統(tǒng)自動(dòng)切換裝置的研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2003(11):68-71.

本文責(zé)任編輯：丁 力

Analysis of Automatic Switching Scheme for Dual Power Supply in Substation

Feng Xu,Zhao Junyu,Song Wenya,Zuo Chengeng
(State Grid Hebei Electric Power Company Cangxian Power Supply Branch,Cangzhou 061000,China)

In this paper,several automatic switching schemes of dual power supply are analyzed,which is based on several fault cases of substation power system in actual operation.It studied the application environment and defects of the scheme,A automatic switching scheme is achieved by mutual standby of double powers,which is proposed to improve the reliability of substation power system.

station power system;automatic switching of dual power supply;reliability of power supply基于“DL/T 860(IECE 1850)”的數(shù)字化站用一體化電源系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,站用電源系統(tǒng)逐步向統(tǒng)一的數(shù)字化、程序化、智能化的方向發(fā)展。變電站站用電源系統(tǒng)是確保變電站安全可靠輸送電能的一個(gè)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。作為站用電交直流一體化系統(tǒng)、變壓器有載調(diào)壓、風(fēng)冷系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等重要設(shè)備的電源,站用電一旦失去,直接影響變電站正常工作,造成變電站失去保護(hù)、設(shè)備損壞,嚴(yán)重時(shí)造成停電事故。因此,站用電源系統(tǒng)的可靠運(yùn)行對(duì)提高電網(wǎng)供電可靠性有重要作用。

TM782

B

10019898(2017)02006003

20170224

馮 旭(1987-),男,工程師,主要從事變電檢修技術(shù)工作。