三主變四分段變電站備自投聯(lián)跳回路的改進(jìn)措施

劉議華 顧皓亮 徐偉棟 陳建英 朱 欽

隨著電力客戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，優(yōu)質(zhì)服務(wù)和安全生產(chǎn)對(duì)于電網(wǎng)公司更具有同等重要的地位。隨著國(guó)網(wǎng)公司“三集五大”[1]模式的深入推進(jìn)，將監(jiān)控業(yè)務(wù)與調(diào)度業(yè)務(wù)融合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度與電網(wǎng)監(jiān)控一體化管理，這種新的管理模式充分利用調(diào)度端的遙控手段，有效提高了電網(wǎng)緊急情況下的處理效率，提高了操作人員安全保障。同時(shí)也要求變電站內(nèi)所有設(shè)備均應(yīng)該滿足調(diào)控一體化模式的運(yùn)行，保護(hù)自動(dòng)裝置也不例外。

備自投裝置在工作電源因故障被斷開以后，能夠自動(dòng)并且迅速地將備用電源投入工作。備自投裝置是保證系統(tǒng)連續(xù)可靠供電的重要措施。該裝置在中低壓系統(tǒng)中運(yùn)用相當(dāng)廣泛。對(duì)于三主變四分段電系接線的 35kV變電站，備自投裝置動(dòng)作后可能出現(xiàn)一臺(tái)變壓器低壓帶一段母線、另一臺(tái)變壓器帶兩段母線運(yùn)行的情況，負(fù)荷高峰時(shí)帶兩段母線運(yùn)行的變壓器可能出現(xiàn)過(guò)載，故在備自投裝置中裝設(shè)聯(lián)跳回路，將負(fù)荷較重的一臺(tái)變壓器某半段母線負(fù)荷自動(dòng)切換到另一臺(tái)變壓器，使兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷達(dá)到均衡，防止變壓器出現(xiàn)過(guò)載情形。對(duì)于3臺(tái)變壓器的 35kV的變電站，為了提高電源可靠性，一般 3路電源來(lái)自于不同的上級(jí)電源站，防止上級(jí)電源全站停電時(shí)下級(jí) 35kV也全站停電，受地理位置和上級(jí)電源站布局限制，所有 35kV變電站三路電源分別來(lái)自不同上級(jí)電源站，存在較大困難，目前大部分情況下，3臺(tái)變壓器的35kV變電站第一路和第三路電源來(lái)自同一個(gè)上級(jí)電源，第二路電源取自另一個(gè)電源站，具體接線如圖 1所示。當(dāng)上級(jí)變電站 1全站失電時(shí)，現(xiàn)有的這種備自投聯(lián)跳回路，35kV變電站將會(huì)半站失電，即10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電。雖目前對(duì)備自投自動(dòng)投退系統(tǒng)[2]和在線壓板投退[3]進(jìn)行了研究和應(yīng)用，但在該裝置出現(xiàn)缺陷，備自投裝置未停用時(shí)，調(diào)度不能進(jìn)行遙控操作，無(wú)法在第一時(shí)間恢復(fù)失電母線供電，顯然這種聯(lián)跳回路存在缺陷。

圖1 電系接線圖

1 現(xiàn)狀

本文以采用某地區(qū)電網(wǎng) 35kV變電站為例。該站的電系接線如圖1所示，在QF5、QF6斷路器處均配置了雙向備自投裝置[4]，兩處的備自投裝置均有聯(lián)跳功能，調(diào)度端不具備遙控投退備自投的手段。現(xiàn)假設(shè)Ⅰ段母線無(wú)壓，Ⅱ（1）段母線有壓，相關(guān)備自投裝置聯(lián)跳回路接線圖，如圖2所示。

備自投裝置及聯(lián)跳回路動(dòng)作經(jīng)過(guò)如下[5]：若Ⅰ段母線無(wú)壓，則其低電壓繼電器 1YJ、2YJ常閉接點(diǎn)閉合，在Ⅱ（1）段母線有壓時(shí)，其低電壓繼電器6YJ常開接點(diǎn)閉合，QF2在合閘狀態(tài)，其常開輔助接點(diǎn)閉合，低電壓起動(dòng)回路接通，經(jīng)時(shí)間繼電器1SJ短時(shí)延時(shí)后，1號(hào)變壓器（T1）QF1分閘。QF1在分閘以后，其常閉輔助接點(diǎn)則閉合，經(jīng)2BSJ常閉接點(diǎn)（此接點(diǎn)在備自投裝置后加速保護(hù)動(dòng)作以后斷開，從而閉鎖QF5合閘）、4XJ信號(hào)繼電器和4LP連接壓板，接通QF5合閘回路，使QF5合閘。QF5合閘后，其常開輔助接點(diǎn)閉合，同時(shí)QF2的常開接點(diǎn)也處于閉合狀態(tài)，經(jīng)時(shí)間繼電器3SJ短時(shí)延時(shí)后，則T2的 QF3跳閘回路接通，聯(lián)跳 T2的QF3。T2的QF3跳閘后，QF6處備自投裝置動(dòng)作，使QF6合閘，最后T1將供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負(fù)荷，T2供10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線負(fù)荷。對(duì)于無(wú)人值班變電站，運(yùn)行值班人員趕到變電站需要一定的時(shí)間，若沒(méi)有相應(yīng)的備自投裝置聯(lián)跳功能，則T2供10kVⅠ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段母線負(fù)荷，在負(fù)荷高峰時(shí)期，將會(huì)造成T2嚴(yán)重過(guò)載，給設(shè)備造成重大損害。可見，備自投裝置聯(lián)跳功能十分必要。

圖2 備用電源自動(dòng)投切裝置簡(jiǎn)圖

另外，當(dāng)上級(jí)變電站1全站失電時(shí)，T1和T3將同時(shí)失電，此時(shí)備自投動(dòng)作過(guò)程如下：QF5和QF6處備自投幾乎同時(shí)動(dòng)作，備自投低電壓回路首先起動(dòng)，分別使 QF1和 QF4分閘，然后再分別使 QF5和 QF6合閘，經(jīng)短時(shí)延遲后，QF5處備自投聯(lián)跳QF3分閘回路首先接通（QF6處備自投聯(lián)跳QF2的分閘回路時(shí)間整定要長(zhǎng)），使QF3分閘，在QF3分閘后，其QF6處備自投聯(lián)跳QF2的分閘回路斷開，不會(huì)再出現(xiàn)聯(lián)跳QF2的情形，最后T2供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負(fù)荷，10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電。

2 現(xiàn)狀的缺陷分析

從上文講述中可以看出，備自投聯(lián)跳QF3避免了T2高峰負(fù)荷時(shí)過(guò)載的情形，且起到了均衡T1和T2負(fù)荷的作用。同時(shí)也可以看出，只要QF2和QF5同時(shí)在合閘位置，其相應(yīng)的常開輔助接點(diǎn)就將同時(shí)閉合，經(jīng)時(shí)間繼電器3SJ延時(shí)后聯(lián)跳QF3斷路器，這顯然存在缺陷。

例如，在用電負(fù)荷高峰時(shí)期，上級(jí)變電站1負(fù)荷緊張，需緊急遙控轉(zhuǎn)移T1負(fù)荷時(shí)，值班調(diào)控員在遙控合上QF5以后，若QF2和QF5同時(shí)處于合閘狀態(tài)，則會(huì)聯(lián)跳QF3，造成10kV Ⅱ（2）段母線負(fù)荷短時(shí)失電，給用戶造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。這表明對(duì)于具有聯(lián)跳功能的斷路器開關(guān)，在沒(méi)有運(yùn)行值班人員到站停用相應(yīng)備自投裝置前，不可遙控，表明該備自投裝置的聯(lián)跳回路需進(jìn)行改進(jìn)完善。

另外，在用電負(fù)荷低谷時(shí)期，當(dāng)上級(jí)變電站 1全站停電時(shí)，現(xiàn)有的備自投聯(lián)跳使得 35kV變電站內(nèi)T2僅供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負(fù)荷，10kVⅡ（2）段和Ⅲ段母線失電，為了保障用戶的供電連續(xù)性和可靠性，在T2不會(huì)嚴(yán)重過(guò)載情況下，可以考慮T2短時(shí)間先供10kV Ⅰ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段及Ⅲ段母線負(fù)荷，等待操作人員通過(guò)緊急轉(zhuǎn)移負(fù)荷路徑來(lái)減輕T2負(fù)荷。

3 解決方案

由前文分析可知，需改進(jìn)備自投裝置中聯(lián)跳回路的判斷邏輯，不能僅憑QF2和QF5同時(shí)處于合閘狀態(tài)條件來(lái)聯(lián)跳 QF3，可以增加聯(lián)跳起動(dòng)條件。為了防止上級(jí)變電站1全站停電時(shí)，造成35kV變電站10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電，可以考慮增加聯(lián)跳閉鎖條件，當(dāng)QF1和QF4同時(shí)處于分閘狀態(tài)時(shí)，只有當(dāng) 2號(hào)變壓器負(fù)荷達(dá)到某一定值時(shí)才允許聯(lián)跳，從而達(dá)到提高用戶供電可靠性的目地。

3.1 增加中間繼電器和輔助接點(diǎn)

通過(guò)上面?zhèn)渥酝堆b置工作過(guò)程的分析和綜合研究，可考慮在QF5合閘回路增加中間繼電器1ZJ和QF5的常閉輔助接點(diǎn)，QF3分閘回路中增加QF1與QF4的常開輔助接點(diǎn)并聯(lián)，再與中間繼電器1ZJ的常開接點(diǎn)串聯(lián)，解決備自投裝置聯(lián)跳回路存在的缺陷。為了增加聯(lián)跳回路的可靠性，1ZJ的常開接點(diǎn)必須瞬時(shí)閉合延時(shí)打開，具體接線如圖3所示。虛線框中為增加的中間繼電器和輔助接點(diǎn)。

圖3 中間繼電器和輔助接點(diǎn)方案簡(jiǎn)圖

同樣假設(shè)Ⅰ段母線無(wú)壓，Ⅱ（1）段母線有壓情況下分析備自投裝置的工作過(guò)程。首先低電壓回路起動(dòng)，QF1跳閘，其常閉輔助接點(diǎn)閉合，QF5的常閉輔助接點(diǎn)閉合，中間繼電器1ZJ接通，然后其常開接點(diǎn)瞬時(shí)閉合，QF5合閘回路也接通，QF5合閘，QF5的常閉輔助接點(diǎn)打開，中間繼電器1ZJ在短時(shí)接通后被斷開。雖1ZJ繼電器已斷開，但其常開接點(diǎn)將會(huì)延時(shí)打開，QF4的常開接點(diǎn)閉合（因QF4在合閘位置），同時(shí)QF5和QF2的常開接點(diǎn)也在閉合狀態(tài)，則接通QF3跳閘回路，經(jīng)繼電器3SJ短時(shí)延時(shí)后，聯(lián)跳QF3斷路器。接下來(lái)工作過(guò)程與上面相同。

35kV變電站在正常運(yùn)行時(shí)，因QF2和QF1處于合閘位置，故它們的常閉接點(diǎn)均斷開，使得中間繼電器1ZJ斷電，其常開接點(diǎn)也斷開。當(dāng)調(diào)度端緊急遙控轉(zhuǎn)移 T1負(fù)荷時(shí)，在遙控合上 QF5后，QF5的常閉輔助接點(diǎn)斷開，雖然此時(shí)QF2和QF5同時(shí)在合閘位置，但1ZJ的常開接點(diǎn)斷開，沒(méi)有接通QF3跳閘回路，不會(huì)聯(lián)跳T2的QF3，在調(diào)度端接著遙控拉開QF1后，QF1常閉接點(diǎn)閉合，QF5常閉輔助接點(diǎn)已斷開，聯(lián)跳回路已經(jīng)斷開，達(dá)到QF5調(diào)度端可以遙控的目的。

當(dāng)上級(jí)變電站1全站停電時(shí)，若T1和T3同時(shí)失電，則QF5和QF6處備自投同時(shí)動(dòng)作，首先兩處備自投低電壓回路起動(dòng)，分別使QF1和QF4分閘，然后再分別使QF5和QF6合閘，因QF1和QF4都處于分閘位置，則它們常開輔助接點(diǎn)均斷開，則QF3斷路器分閘回路斷開，實(shí)現(xiàn)不聯(lián)跳QF3的目的。最后T2供全站負(fù)荷，若此時(shí)變壓器過(guò)載嚴(yán)重，則值班調(diào)控員可以遙控拉開 10kV母線上不重要用戶的出線開關(guān)，降低 T2變壓器負(fù)荷直至允許短時(shí)過(guò)載范圍，有效保證10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線上重要用戶的供電可靠性。不足之處是需調(diào)控員及時(shí)處理變壓器過(guò)載情形。

增加中間繼電器和輔助接點(diǎn)的方法接線簡(jiǎn)單，且增加元件較少，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

3.2 增加電流繼電器

可以在QF3聯(lián)跳回路中增加電流繼電器2LJ的常開接點(diǎn)，具體接線如圖4所示。在T2的電流達(dá)到某一值后其常開接點(diǎn)閉合，該值可以根據(jù)設(shè)備工作情況預(yù)先設(shè)定。為了增加聯(lián)跳回路的可靠性，2LJ的常開接點(diǎn)必須延時(shí)閉合瞬時(shí)打開。為了使T2能夠躲過(guò)正常操作情況下等的各種電流，時(shí)間繼電器3SJ時(shí)間可考慮適當(dāng)延長(zhǎng)。

圖4 電流繼電器方案簡(jiǎn)圖

備自投裝置的低電壓起動(dòng)回路與QF5合閘回路與上文一樣，這里不再講述。在調(diào)度端遙控合閘QF5時(shí)，雖然QF2與QF5同時(shí)在合閘位置，但T2電流在未達(dá)到預(yù)定值時(shí)，2LJ接點(diǎn)斷開，從而QF5處備自投不會(huì)聯(lián)跳T2變壓器的QF3，最后T2供10kV Ⅰ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段母線負(fù)荷，T3供Ⅲ段母線負(fù)荷，不會(huì)造成10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線短時(shí)失電，實(shí)現(xiàn)QF5調(diào)度端可以遙控的目的。要求調(diào)度端遙控時(shí)判斷T2負(fù)荷是否會(huì)超過(guò)2LJ預(yù)定值。

在上級(jí)變電站1全站停電時(shí)，若T1和T3同時(shí)失電，則 QF5和 QF6處備自投同時(shí)動(dòng)作，分別使QF1和QF4分閘，然后再分別使QF5和QF6合閘，在電流繼電器在未達(dá)到預(yù)定值時(shí)，2LJ接點(diǎn)斷開，從而QF5處備自投不會(huì)聯(lián)跳T2變壓器的QF3，QF6處備自投不會(huì)聯(lián)跳T2變壓器的QF2，最后T2供全站負(fù)荷，保證10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線上用戶的供電可靠性。

該方案僅增加了一個(gè)電流繼電器，接線比較簡(jiǎn)單，也較好解決了備自投聯(lián)跳回路中存在的不足。

3.3 增加遙控閉鎖回路

在加裝遙控閉鎖回路后，當(dāng)調(diào)度端遙控操作QF5或QF6時(shí)，閉鎖相應(yīng)備自投的聯(lián)跳回路，具體接線如圖5所示。

圖5 遙控閉鎖方案簡(jiǎn)圖

變電站正常接線方式運(yùn)行時(shí)，中間繼電器1YBJ處于斷電狀態(tài)，其常閉接點(diǎn)閉合。當(dāng)Ⅰ段母線無(wú)壓、Ⅱ（1）段母線有壓時(shí)，備自投裝置的工作過(guò)程與前面相同，此處不再講述。最后T1供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負(fù)荷，T2供10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線負(fù)荷。當(dāng)調(diào)度端對(duì)QF5進(jìn)行遙控合閘時(shí)，遙控執(zhí)行繼電器 YKF[6]的一個(gè)開接點(diǎn)閉合，接通中間繼電器1YBJ，該中間繼電器的一個(gè)常開接點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)自保持，另一個(gè)常閉接點(diǎn)斷開，使QF3跳閘回路斷開，從而達(dá)到閉鎖聯(lián)跳的目的。該方案的原理與遙控閉鎖重合閘類同，比較簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的可行性和操作性。

4 結(jié)論

在電力客戶對(duì)電能質(zhì)量要求越來(lái)越高的背景下，本文針對(duì)三主變四分段母線接線方式的 35kV變電站，分析了備自投裝置中聯(lián)跳回路存在的不足，提出了實(shí)際可行的3種解決方案，很好地解決了該類型變電站分段斷路器在備自投裝置未停用情況下不可遙控操作的問(wèn)題，同時(shí)還解決了部分變電站因上級(jí)變電站全站停電可能半站失電的問(wèn)題，具有一定的實(shí)際意義。

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