備用電源自動(dòng)投入裝置的隱患分析及防控研究

邵昱 王超 李豐克 李陸軍

摘 要：本文針對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡(jiǎn)稱“備自投裝置”）在運(yùn)行期間的主要隱患進(jìn)行分析。首先分析備自投保護(hù)的工作邏輯，指出由于邏輯問題及電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式導(dǎo)致的備自投行為異常隱患，然后提出在運(yùn)行和維護(hù)中需要采取的防范措施。

關(guān)鍵詞：備用電源自動(dòng)投入裝置;運(yùn)行方式;動(dòng)作邏輯;防控措施

中圖分類號(hào)：TM762文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）28-0055-03

Hidden Trouble Analysis and Prevention and Control Research

of Automatic Input Device for Backup Power Supply

SHAO Yu WANG Chao LI Fengke LI Lujun

（State Grid Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper analyzed the main hidden dangers of the automatic input device for backup power supply （hereinafter referred to as the backup automatic device） during operation. This paper first analyzed the working logic of the backup automatic switching protection， pointed out the abnormal hidden dangers caused by the logic problems and the special operation mode of the power grid， and then put forward the preventive measures to be taken in the operation and maintenance.

Keywords： automatic input device for backup power supply;operation mode;action logic;prevention and control measures

備自投裝置采用交流不間斷采樣方式采集到信號(hào)后實(shí)時(shí)進(jìn)行傅立葉法計(jì)算，能精確判斷電源狀態(tài)，并實(shí)施延時(shí)切換電源。備自投具有在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視功能，可觀察各輸入電氣量、開關(guān)量、定值等信息，其有可靠的軟硬件看門狗功能和事件記錄功能[1-2]。隨著電網(wǎng)運(yùn)行方式日益復(fù)雜及供電可靠性的要求不斷提高，備自投裝置放電條件在應(yīng)對(duì)復(fù)雜運(yùn)行方式時(shí)出現(xiàn)了薄弱環(huán)節(jié)。本文對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置在運(yùn)行期間的主要隱患進(jìn)行分析，分析備自投保護(hù)的工作邏輯，指出由于邏輯問題及電網(wǎng)特殊運(yùn)行方式導(dǎo)致的備自投行為異常隱患，提出在運(yùn)行和維護(hù)中需要采取的防范措施，對(duì)于備自投的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 備自投裝置與電網(wǎng)運(yùn)行方式的配合原則

電網(wǎng)運(yùn)行方式主要根據(jù)電源及負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)整，局部根據(jù)檢修停電計(jì)劃及特殊情況進(jìn)行相應(yīng)變化。備自投裝置的整定及動(dòng)作邏輯要與電網(wǎng)運(yùn)行方式配合，保障供電可靠性。兩者具體的配合原則如下[3]。

第一，當(dāng)工作電源出現(xiàn)電壓消失現(xiàn)象（電壓低于檢無壓定值）且時(shí)間達(dá)到時(shí)間定值，無外部閉鎖條件開入，備自投裝置應(yīng)啟動(dòng)。

第二，當(dāng)工作電源處斷路器斷開后，備用電源方可投入。

第三，備自投裝置作用于備用電源斷路器的合閘脈沖應(yīng)為瞬時(shí)的短脈沖，不可采用長(zhǎng)期作用的長(zhǎng)延時(shí)或保持型脈沖，且當(dāng)滿足動(dòng)作條件時(shí)，只允許備自投裝置動(dòng)作一次。

第四，在進(jìn)行運(yùn)行方式安排及保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免出現(xiàn)備自投裝置將備用電源合閘于永久性故障，造成對(duì)電網(wǎng)的二次沖擊。若無法避免合閘于永久性故障，應(yīng)保障加速動(dòng)作的可靠性。

第五，應(yīng)保證電網(wǎng)電壓運(yùn)行在正常范圍及備自投電壓定值整定合理，避免正常運(yùn)行時(shí)因電壓?jiǎn)栴}導(dǎo)致的備自投裝置異常放電行為。

第六，當(dāng)負(fù)荷中的電動(dòng)機(jī)成分較大時(shí)，應(yīng)將備自投裝置動(dòng)作時(shí)間整定至最小，滿足電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)要求。

第七，在試驗(yàn)調(diào)試期間，應(yīng)確保備自投裝置的充放電條件具備可靠性。

2 隱患分析及防控措施

2.1 一次設(shè)備運(yùn)行方式對(duì)備自投裝置的影響

當(dāng)變電站兩條進(jìn)線電源取自上級(jí)變電站的同一母線，或不同母線（母線互聯(lián)運(yùn)行）時(shí)，當(dāng)一條電源進(jìn)線故障時(shí)，可引起兩條線路的電壓降低;當(dāng)滿足備自投放電定值時(shí)，備自投立即放電，無法正確動(dòng)作[4]。

如圖1所示，220 kV變電站中110 kV雙母線并列運(yùn)行，由于QF1斷路器氣室發(fā)生三相短路，造成110 kV上、下母電壓故障持續(xù)期間同時(shí)降低至0 V左右，持續(xù)時(shí)間約為45 ms，進(jìn)而引起110 kV變110 kV、10 kV母線三相電壓同時(shí)降低至0 V左右。

下級(jí)110 kV變電站所用備自投裝置放電條件之一為：兩條母線的三個(gè)線電壓（[Uab]、[Ubc]、[Uca]）同時(shí)低于無壓定值（整定為低于30V）后，瞬時(shí)放電，備自投不再動(dòng)作。

故障持續(xù)期間，該變電站110 kV、10 kV母線電壓變化情況為：220 kV變電站中110 kV上、下母線A、B、C三相電壓降低至0 V;110 kV變電站110 kV兩條母線電壓降低至0 V;110 kV變電站10 kV兩條母線電壓降低至0 V;110、I II0備自投滿足放電條件而放電。

改進(jìn)措施：在備自投放電程序中增加延時(shí)放電功能，并對(duì)延時(shí)進(jìn)行整定，可靠避免同電源單線路故障造成電壓降低，進(jìn)而導(dǎo)致的備自投放電現(xiàn)象。

2.2 系統(tǒng)潮流對(duì)備自投裝置的影響

當(dāng)備自投裝置所在系統(tǒng)為小電源系統(tǒng)，而上級(jí)變電站處于大電源系統(tǒng)時(shí)（見圖2），由于線路故障，導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)解列，小電源系統(tǒng)中由于負(fù)荷不平衡，易導(dǎo)致電壓波動(dòng)，此時(shí)，若備自投裝置判PT斷線而放電，則將導(dǎo)致故障期間的拒動(dòng)現(xiàn)象[5]。

防控措施：增加備自投裝置PT斷線判別的時(shí)間延時(shí)，逐個(gè)核算小電源系統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間及低電壓定值，并在部分負(fù)荷處增加解列裝置。

2.3 備自投裝置與線路保護(hù)時(shí)限配合問題

備自投裝置與線路保護(hù)裝置相互獨(dú)立，備自投裝置的動(dòng)作時(shí)間若未與線路保護(hù)的重合閘時(shí)間進(jìn)行配合整定，將導(dǎo)致主供電源與備用電源同時(shí)加運(yùn)的情況，造成非計(jì)劃的系統(tǒng)合環(huán)。如圖3所示，線路1發(fā)生瞬時(shí)性單相接地故障，QF3側(cè)線路保護(hù)作用于QF3開關(guān)單跳單重，若備自投裝置動(dòng)作時(shí)間整定為瞬時(shí)動(dòng)作，將導(dǎo)致電源1與電源2在110開關(guān)處合環(huán)。

防控措施：對(duì)110備自投裝置動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行整定，躲開QF3側(cè)線路保護(hù)的重合閘時(shí)間，當(dāng)QF3重合成功，QF3的輔助接點(diǎn)將使110備自投放電，從而避免異常合環(huán)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 備自投裝置與線路保護(hù)操作箱配合問題

當(dāng)系統(tǒng)采用進(jìn)線備自投方式，二次回路設(shè)計(jì)時(shí)，通常有兩種不合理的做法：一是將備自投跳故障線路開關(guān)接于操作箱的TJQ跳閘啟動(dòng)重合閘繼電器，導(dǎo)致備自投跳開關(guān)后，線路保護(hù)啟動(dòng)重合閘再次將其合閘于故障;二是將備自投跳開關(guān)接于操作箱STJ手跳繼電器，這種接法將導(dǎo)致手跳閉鎖備自投現(xiàn)象發(fā)生。

防控措施：備自投裝置接線及驗(yàn)收調(diào)試過程中，應(yīng)確保備自投跳開關(guān)接于線路操作箱的TJR繼電器。

2.5 備自投裝置對(duì)失壓原因的判別問題

對(duì)于110 kV變電站，110 kV母線通常未安裝母線保護(hù)裝置。其110 kV備自投裝置無法判斷失壓原因是線路故障或母線故障。當(dāng)母線故障導(dǎo)致電壓降低時(shí)，備自投動(dòng)作將備用電源再次合閘于故障母線，對(duì)系統(tǒng)再次造成沖擊。如圖4所示，QF3所在母線發(fā)生故障，110備自投失壓元件動(dòng)作，此時(shí)備自投將I時(shí)限跳QF3，II時(shí)限合110開關(guān)，導(dǎo)致備用電源合閘于故障母線。

防控措施：在110開關(guān)處安裝專門的充電保護(hù)，并采用短時(shí)限瞬動(dòng)模式，當(dāng)備自投將110開關(guān)合閘于故障母線時(shí)，充電保護(hù)可以瞬時(shí)動(dòng)作再次切除故障[6]。

2.6 備自投采用進(jìn)線自投模式隱患問題

2.6.1 進(jìn)線備自投的跳閘問題。常規(guī)設(shè)計(jì)中，通常只提供一副備自投TJ接點(diǎn)去啟動(dòng)線路操作箱的STJ（手跳繼電器）或TBJ（跳閘保持繼電器）。當(dāng)接于STJ時(shí)，由于STJ可啟動(dòng)HHJ（合閘后保持繼電器），因而本身具有閉鎖重合閘功能，因此不再考慮;當(dāng)啟動(dòng)TBJ時(shí)，裝置判為保護(hù)跳閘，因此還須繼續(xù)執(zhí)行重合閘邏輯。為避免此種情況發(fā)生，當(dāng)備自投跳閘接于TBJ時(shí)，需要另外提供一組TJ接點(diǎn)去閉鎖重合閘。

2.6.2 進(jìn)線備自投的合閘問題。常規(guī)設(shè)計(jì)中，備自投合閘可接于手合或者重合閘回路。當(dāng)經(jīng)HHJ實(shí)現(xiàn)手跳閉鎖備自投功能時(shí)，備自投的HJ（合閘繼電器）必須接于操作箱SHJ（手合繼電器）回路，因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置的HHJ是串在SHJ回路中，通過SHJ接點(diǎn)來啟動(dòng)HHJ的。備自投在接到HHJ接點(diǎn)開入后，方可動(dòng)作。

2.7 備自投裝置取開關(guān)位置接點(diǎn)問題

備自投裝置通常需要取開關(guān)位置接點(diǎn)作為開入充電條件。常規(guī)設(shè)計(jì)中，備自投裝置將相應(yīng)操作箱中的TWJ常開或常閉接點(diǎn)作為開入使用。TWJ繼電器啟動(dòng)回路接于合閘回路，該回路中串有儲(chǔ)能接點(diǎn)，當(dāng)開關(guān)儲(chǔ)能回路異常時(shí)，將導(dǎo)致控制回路斷線，并引起TWJ接點(diǎn)位置不正確，影響備自投正常充電。即使儲(chǔ)能回路正常，當(dāng)開關(guān)正常儲(chǔ)能仍需一定時(shí)間，這將導(dǎo)致備自投在此期間無法正常動(dòng)作。

防控措施：在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮備自投裝置取開關(guān)機(jī)構(gòu)的位置輔助接點(diǎn)QF，這樣可保證備自投裝置的開入準(zhǔn)確及時(shí)。

3 結(jié)論

①備自投裝置設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合一次系統(tǒng)實(shí)際情況，合理規(guī)劃二次接線及應(yīng)用定值，并保證備自投加入運(yùn)行前進(jìn)行整組傳動(dòng)試驗(yàn)。

②對(duì)現(xiàn)有備自投裝置進(jìn)行版本升級(jí)，增加區(qū)別線路故障與母線故障功能，保證線路故障時(shí)備自投正常動(dòng)作，母線故障時(shí)閉鎖備自投。

③對(duì)于系統(tǒng)中的小電源系統(tǒng)，增加可檢測(cè)系統(tǒng)頻差或壓差裝置，將易導(dǎo)致系統(tǒng)低頻、低壓的負(fù)荷切除后，方可允許備自投正常動(dòng)作。

④加強(qiáng)備自投裝置的管理工作，根據(jù)系統(tǒng)容量及運(yùn)行方式的逐年變化進(jìn)行定值校驗(yàn)及穩(wěn)定校驗(yàn)，并及時(shí)對(duì)備自投裝置的運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行修訂。

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的日益復(fù)雜及供電可靠性要求不斷提高，確保備自投裝置的可靠運(yùn)行十分必要。針對(duì)由于備自投裝置引發(fā)的各類電網(wǎng)異常，采用多種措施進(jìn)行提前防控具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李睿，覃爽.變電站110 kV備自投裝置事故反思及改進(jìn)措施[J].電工技術(shù)，2016（9）：21-23.

[2]葉鋒.影響備自投裝置正確動(dòng)作原因分析及改進(jìn)措施[J].電子測(cè)試，2014（23）：99-101.

[3]饒劍波，李玉平，李明，等.一種新型的110 kV多進(jìn)線自適應(yīng)的備自投方案[J].華北電力技術(shù)，2013（11）：28-31.

[4]葉婷.110 kV三圈變變電站備自投過負(fù)荷閉鎖邏輯分析及改進(jìn)[J].江蘇電機(jī)工程，2013（4）：35-37.

[5]陳余航，張豐，郭碧媛.110 kV備自投裝置拒動(dòng)原因的分析[J].電力安全技術(shù)，2011（8）：28-31.

[6]孫廣通.一起備自投裝置拒動(dòng)引起的電網(wǎng)大面積停電事件分析[J].湖北電力，2015（3）：27-31.