典型接線方式下備自投閉鎖方法的分析研究

宗小紅+臧玉龍+毛祥飛

摘 要：隨著電力系統(tǒng)對供電可靠性和連續(xù)性要求的不斷提高，備自投裝置得到了廣泛的使用，為防止備自投裝置合于故障，必須對其進行一定條件下的閉鎖。本文通過對110kV變電所的兩種典型接線方式下備自投閉鎖方法進行了分析和研究，并提出了相應的改進方案。

關鍵詞：備自投；母線故障；閉鎖；改進

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.157

0 引言

備用電源自動投入裝置是電力系統(tǒng)中為提高供電可靠性與連續(xù)性而廣泛使用的一種裝置。當工作電源因故障被斷開以后，它能迅速自動的將備用電源投入工作，主要應用于110 kV 及以下電壓等級的電力系統(tǒng)中。雖然備自投裝置可以增加供電的可靠性與連續(xù)性，但如果在設備故障時備自投裝置動作，將會合閘于故障設備從而對系統(tǒng)形成沖擊，反而有可能擴大故障范圍，這對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行顯然是很不利的。為此，實際運行中的備自投裝置都設有各種閉鎖回路。當設備發(fā)生故障時，保護啟動跳開斷路器并同時閉鎖備自投，不使備自投合閘于故障設備，避免了事故的擴大。本文對幾種典型接線方式下備自投的閉鎖方法進行了分析和探討。

1 備自投動作原理及基本要求

根據(jù)備自投裝置的動作原理，要使備自投裝置正確動作，必須是在裝置已充電，且滿足動作條件而又無閉鎖條件的情況下。充放電條件包括開關狀態(tài)、備自投控制字狀態(tài)等；動作條件包括母線（或線路）無壓、主供開關無流等；閉鎖條件包括主供開關有流、備自投控制字退出、過流閉鎖等。因此只要不滿足充電條件（也即滿足放電條件）或滿足閉鎖條件就會使備自投閉鎖。實現(xiàn)閉鎖功能的做法有兩種，一種是引入外部開入量實現(xiàn)閉鎖，另一種是檢測電流、電壓等模擬量實現(xiàn)內(nèi)部閉鎖，如檢過流閉鎖、檢備用線路無壓閉鎖等。正確地使用好這些功能就能實現(xiàn)備自投裝置正確可靠的動作。

一般而言，備自投裝置基本要求如下：

（1）應保證在工作電源或設備斷開后才投入備用電源或設備。

（2）工作電源或設備上的電壓不論何種原因，除有閉鎖信號外，自動投入裝置均應動作。

（3）自動投入裝置應保證只動作一次。

（4）當自動投入裝置動作時，如備用電源或設備投于故障，應有保護加速跳閘。

（5）手動斷開工作電源斷路器時備用電源自動投入裝置應可靠被閉鎖。

（6）應具有閉鎖備自投裝置的功能，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴大的嚴重后果。

（7）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自投裝置不應動作。

2 備自投閉鎖在典型接線方式下存在的問題及分析

2.1 單母分段接線方式下的備自投閉鎖

圖1所示為單母分段接線方式，它可以有以下三種運行方式：①711、712開關各帶一臺主變運行，700分段開關熱備用；②711開關帶兩臺主變運行；712開關熱備用；③712開關帶兩臺主變運行，711開關熱備用。

（1）對于方式①，配置的備自投通常稱為橋自投，有兩種自投邏輯：1）110kVI母無壓，II母有壓，711開關無流，備自投跳711開關后合700分段開關；2）110kVII母無壓，I母有壓，712開關無流，備自投跳712開關后合700分段開關。

（2）對于方式②，配置的備自投通常稱為進線自投，其邏輯為110kVI、II母均無壓，712開關線路側(cè)有壓，711開關無流，備自投跳711開關后合上712開關。

（3）對于方式③，也是進線自投，其邏輯為110kVI、II母均無壓，711開關線路側(cè)有壓，712開關無流，備自投跳712開關后合上711開關。

110 kV單母分段的接線方式一般用于終端變電站，其特點是線路和母線不配置保護。與內(nèi)橋接線方式不同的是，由于主變高壓側(cè)開關CT的存在，主變保護的范圍是不包括母線的。因此如果此時110 kVI段母線故障的話，必須靠對側(cè)線路保護動作來隔離故障。顯然，當對側(cè)線路保護動作后，無論處于哪種運行方式下均滿足備自投動作邏輯，備自投將會合閘于故障元件。因此，必須增加母線故障閉鎖備自投的條件。

為了解決母線故障閉鎖備自投的問題，通常的做法是進線配置方向過流保護，其方向為線路指向母線，這樣當故障在線路上時，保護不會動作，而由對側(cè)切除故障，當故障在母線上時，保護啟動閉鎖備自投，以防止備自投合閘于故障母線。值得注意的是進線的方向過流保護雖然投入，但保護跳閘出口壓板應取下，即該保護不應動作于跳閘，因為該保護的方向為線路指向母線，站內(nèi)其它設備若發(fā)生故障，線路保護也會動作，將造成越級跳閘。

由線路保護動作判定母線故障來閉鎖備自投也存在一定的問題。如圖1，在進線自投方式中，711開關帶兩臺主變運行，712開關熱備用，此時，若110 kV母線發(fā)生故障，711開關線路保護動作閉鎖備自投，712開關不能投入，從而導致全所失電。也就是說在進線自投的方式中一旦母線有故障就會導致全所負荷丟失。這是不能滿足對供電可靠性的要求的。然而僅憑線路保護動作信號是無法區(qū)分哪段母線故障的，為了解決這個問題，必須在進線自投的動作邏輯中增加母線故障選擇性判據(jù)，即增加判斷是哪段母線故障的邏輯條件。顯然，若110 kVI段母線故障，則700分段開關不會流過故障電流，若110 kVII段母線故障，則700分段開關中將流過故障電流，因此，700分段開關中是否流過故障電流可以用來作為判斷哪段母線故障的依據(jù)。而分段開關中的過流保護則可用來判定是否流過故障電流，但分段開關的過流定值的整定要考慮躲過主變最大負荷電流及勵磁涌流，其靈敏度可能不足，因此建議采用故障相電流突變量判據(jù)。當110 kVI段母線故障時，此時分段開關相電流的突變量為負荷電流的變化量，當110 kVII段母線故障時，分段開關相電流的突變量為故障相電流的變化量，具有更好的靈敏性。以711開關帶兩主變運行方式為例，采用故障相電流突變量作為母線故障判據(jù)的動作邏輯圖見圖2。endprint

2.2 內(nèi)橋接線方式下的備自投閉鎖

圖3所示為內(nèi)橋接線方式，它與單母分段接線方式下的運行方式基本相同。但由于缺少主變高壓側(cè)開關，主變保護計算差流時需要計及進線開關以及內(nèi)橋開關。因此主變保護的范圍擴大到母線上，而主變保護是否應閉鎖備自投也成為需要分析的問題。

當采用進線自投時，如圖3，711開關通過內(nèi)橋700開關供1號、2號主變，當2號主變保護動作時，跳內(nèi)橋700開關，711開關帶1號主變正常運行，110 kVI段母線未失壓，不滿足備自投動作邏輯條件，因此無需閉鎖備自投。當1號主變保護動作時，跳711開關與內(nèi)橋700開關，110 kVI段、II段母線均失壓，滿足備自投動作邏輯條件，此時備自投應動作，合上712開關帶2號主變運行。故在此種運行方式下也不應閉鎖備自投。712開關供1號、2號主變時的情況與此類似。

采用分段自投時，711開關供1號主變，712開關供2號主變。若任何一臺主變故障導致保護動作，跳開相應的進線開關，則如果備自投動作合上內(nèi)橋開關，那么將合于故障主變，使系統(tǒng)再次受到?jīng)_擊，有可能造成事故范圍擴大。因此當采用分段自投時，主變保護動作必須要閉鎖備自投。

由于內(nèi)橋接線方式下只有分段自投方式需要由主變保護閉鎖備自投，建議廠家在設計備自投裝置時應考慮將分段自投閉鎖作為單獨的開入量與主變保護動作接點相連。

3 結(jié)論

本文對110kV變電站兩種典型接線方式下備自投閉鎖的各種情況進行了分析研究，說明了在單母分段接線方式下，區(qū)分母線故障區(qū)域可以避免不必要的備自投閉鎖，并指出了判別母線故障區(qū)域所需要的判據(jù)以及相應的備自投動作邏輯。而在內(nèi)橋接線方式下，僅需閉鎖橋備投即可，并提出了實現(xiàn)單獨閉鎖橋備投的可行性建議。

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作者簡介：宗小紅（1982-），男，工程師，從事變電運行工作。endprint