一種支持多種供電系統(tǒng)的備自投裝置設(shè)計(jì)

方 嚴(yán), 繆利蓉, 李卓軒, 姜建妹

(安科瑞電氣股份有限公司, 上海 201801)

0 引 言

近年來,隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,尤其是商業(yè)、金融業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)的發(fā)展,用戶對(duì)電力的依賴程度倍增,對(duì)不間斷供電的要求越來越高。為了保證電網(wǎng)供電的可靠性,一些重要場(chǎng)所,如商場(chǎng)、醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心、工廠等都會(huì)設(shè)置雙進(jìn)線電源回路,在其中一路進(jìn)線電源失電時(shí),會(huì)啟用另外一路進(jìn)線電源來給負(fù)載供電,但往往變電所都是定時(shí)巡查或無人值守,若此時(shí)等待人工去配電房進(jìn)行投切備用電源,較長(zhǎng)時(shí)間的停電則會(huì)影響正常的生產(chǎn)生活[1-2]。而備自投裝置能夠在主供電源消失的情況下,切斷工作電源,并將備用電源接入到系統(tǒng)中,使電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行,保障供電的穩(wěn)定性和可靠性[3]。

1 常見供電系統(tǒng)運(yùn)行方式及備自投裝置基本要求

1.1 常見供電系統(tǒng)運(yùn)行方式

一般在35 kV及以下電壓等級(jí)的供配電系統(tǒng)中,常見的供配電系統(tǒng)為單母線分段系統(tǒng)或單母線不分段系統(tǒng)。為了提供供電的可靠性和穩(wěn)定性,常常會(huì)考慮雙電源供電。同時(shí)用戶在設(shè)計(jì)供電系統(tǒng)時(shí)也會(huì)根據(jù)其所要實(shí)現(xiàn)的備自投功能對(duì)電壓的采集位置進(jìn)行優(yōu)化,如選擇單母線分段系統(tǒng)時(shí),會(huì)選擇裝設(shè)母線PT柜,或者裝設(shè)進(jìn)線PT,或者裝設(shè)進(jìn)線PT和母線PT。常見的4種供電系統(tǒng)如圖1所示。

針對(duì)以上幾種供電系統(tǒng),目前常用的備自投方式有以下4種:進(jìn)線備自投(自復(fù)),母聯(lián)備自投(自復(fù)),自適應(yīng)備自投,聯(lián)切備自投(自復(fù))。

1.2 備自投裝置基本要求

根據(jù)GB 50062—1992《電力裝置的繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定,對(duì)備自投裝置的基本要求如下:

(1) 可根據(jù)需要選擇開啟或關(guān)閉備自投功能。

(2) 工作電源不論因何種原因失電時(shí)(如工作電源故障或被誤斷開等),備自投應(yīng)動(dòng)作。

圖1 常見的4種供電系統(tǒng)

(3) 應(yīng)保證在工作電源斷開后,備用電源才能投入。

(4) 失去工作電源后,自動(dòng)投入裝置保證只動(dòng)作一次。

(5) 自動(dòng)投入裝置動(dòng)作,如電源投入到故障時(shí),應(yīng)使其保護(hù)加速動(dòng)作。

2 備自投裝置設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)運(yùn)行方式有多種,傳統(tǒng)的備自投裝置都是支持其中一種備自投方式,用戶在采購備自投裝置時(shí)需要明確具體的運(yùn)行方式,這對(duì)于部分尚未確定備自投運(yùn)行方式的用戶會(huì)造成一定的困擾,甚至于有很多現(xiàn)場(chǎng)在后期再次改造時(shí)會(huì)調(diào)整運(yùn)行方式,若選用傳統(tǒng)的備自投裝置則會(huì)使得備自投功能的實(shí)現(xiàn)受到限制。對(duì)此,本文設(shè)計(jì)了一款備自投裝置,能夠在上述幾種常見供電系統(tǒng)運(yùn)行方式下,兼容上述4種備自投方式,便于后期用戶更改運(yùn)行方式以及再次改造。

設(shè)計(jì)的備自投裝置主要是通過采集電壓、電流等模擬量信號(hào),斷路器位置狀態(tài)、閉鎖備自投、允許備自投等開關(guān)量輸入信號(hào)及供電系統(tǒng)方式選擇等內(nèi)部控制字,通過內(nèi)部有效運(yùn)算,觸發(fā)相關(guān)繼電器出口閉合,實(shí)現(xiàn)備自投功能。首先,裝置采集供電系統(tǒng)的各處電壓、電流及斷路器位置狀態(tài),作為備自投的初定判據(jù);其次,裝置引入備自投自動(dòng)投入和備自投自動(dòng)復(fù)歸兩個(gè)開關(guān)量輸入的采集,用戶可根據(jù)需求將其設(shè)計(jì)成硬壓板或者轉(zhuǎn)換開關(guān),由此可以滿足自動(dòng)自復(fù)、自投手復(fù)、手投手復(fù)等多種選擇性。再次,根據(jù)備自投裝置基本要求,引入閉鎖備自投開入,將保護(hù)跳閘信號(hào)與手動(dòng)跳閘引入此開入量,避免備自投裝置動(dòng)作于故障線路。最后,裝置引入供電系統(tǒng)方式選擇內(nèi)部控制字,可以有效識(shí)別出系統(tǒng)供電方式和備自投的觸發(fā)判據(jù),避免在不同供電系統(tǒng)下,某些備自投判據(jù)誤觸發(fā)導(dǎo)致的誤動(dòng)或拒動(dòng)。

2.1 進(jìn)線備自投

圖1(a)中,單母線分段系統(tǒng)采集進(jìn)線電壓,進(jìn)線備自投即為:在兩路進(jìn)線電源都正常時(shí),由主供電源QF1給全段負(fù)載供電,母聯(lián)斷路器QF3為合,備供電源斷路器QF2為分;在主供電源失電時(shí),斷開主供電源QF1,合上備供電源QF2,此時(shí)全段負(fù)載均由備供電源供電。

設(shè)計(jì)備自投動(dòng)作條件時(shí),加入充電條件判斷。根據(jù)上述系統(tǒng),備供電源進(jìn)線2的充電條件如下:主供進(jìn)線1、備供進(jìn)線2均有壓;主供QF1、母聯(lián)QF3在合位,備供QF2在分位;裝置此時(shí)沒有閉鎖備自投信號(hào)。進(jìn)線2的放電條件如下:備供進(jìn)線2無壓;備供QF2在合位;裝置此時(shí)有閉鎖備自投信號(hào)接入;等待充電延時(shí)后,進(jìn)線2充電完成,若此時(shí)進(jìn)線1失電,進(jìn)線備自投動(dòng)作邏輯如圖2所示。

圖2 進(jìn)線備自投動(dòng)作邏輯

圖2中,進(jìn)線1作為主供,進(jìn)線2作為備供,若進(jìn)線2作為主供,進(jìn)線1作為備供,其備自投動(dòng)作過程相同。

若當(dāng)前系統(tǒng)為單母線不分段系統(tǒng),如圖1(b),則將母聯(lián)QF3接為常合,即可實(shí)現(xiàn)進(jìn)線備自投功能。為有效防止圖1(a)系統(tǒng)在備自投判斷時(shí)與圖1(c)的電壓條件有沖突,引入“4路進(jìn)線電壓做備投”內(nèi)部控制字,使得裝置除上述進(jìn)線備自投功能外,還可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)備自投、母聯(lián)備自投自復(fù)以及聯(lián)切備自投自復(fù)功能。

2.2 母聯(lián)備自投

圖1(c)中,單母線分段系統(tǒng)采集母線電壓,母聯(lián)備自投即為:正常情況下,兩路進(jìn)線電源分列運(yùn)行,分別帶本段負(fù)載,母聯(lián)為分(作為備用)。若進(jìn)線1失電,則備自投裝置斷開進(jìn)線電源QF1,合上母聯(lián)開關(guān)QF3,由進(jìn)線電源QF2帶全段負(fù)載;若進(jìn)線2失電,則備自投裝置斷開進(jìn)線電源QF2,合上母聯(lián)開關(guān)QF3,由進(jìn)線電源QF1帶全段負(fù)載。

根據(jù)上述系統(tǒng),分段備自投的充電條件如下:I段母線、Ⅱ段母線均有壓;進(jìn)線電源QF1、QF2均在合位,母聯(lián)QF3在分位;裝置此時(shí)沒有閉鎖備自投信號(hào)。分段備自投的放電條件如下:母聯(lián)QF3在合位;I段母線、Ⅱ段母線均無壓;裝置此時(shí)有閉鎖備自投信號(hào)接入;

等待充電延時(shí)后分段充電完成,此時(shí)若進(jìn)線1失電,母聯(lián)備自投動(dòng)作邏輯如圖3所示,若進(jìn)線2失電,則備自投動(dòng)作邏輯相同。

2.3 聯(lián)切備自投

目前在很多項(xiàng)目中,雖然設(shè)置雙電源進(jìn)線系統(tǒng),但兩個(gè)進(jìn)線容量不一樣,導(dǎo)致所能承載的負(fù)荷大小不同,這就要求備用電源僅為重要負(fù)荷提供電源。圖1(d)中,單母線分段系統(tǒng)采集母線電壓和進(jìn)線電壓,假設(shè)Ⅱ段母線負(fù)荷均為一級(jí)負(fù)荷,Ⅰ段母線均為二級(jí)、三級(jí)負(fù)荷。聯(lián)切備自投即為:正常情況下,由主供電源QF1帶全段負(fù)載,母聯(lián)斷路器QF3為合,若此時(shí)主供電源失電,由于備供電源容量較小,則需要備自投裝置斷開主供電源QF1和母聯(lián)斷路器QF3,合上備供電源QF2,備供電源僅為一級(jí)負(fù)荷供電。

根據(jù)上述系統(tǒng),此時(shí)進(jìn)線2充電條件為:進(jìn)線1、進(jìn)線2、Ⅰ段母線、Ⅱ段母線均有壓;主供電源QF1、母聯(lián)QF3均在合位,備供電源QF2在分位;裝置此時(shí)沒有閉鎖備自投信號(hào)。進(jìn)線2的放電條件如下:備供進(jìn)線2無壓;備供QF2在合位;裝置此時(shí)有閉鎖備自投信號(hào)接入。

等待充電延時(shí)后進(jìn)線2充電完成,此時(shí)若進(jìn)線1失電,聯(lián)切備自投動(dòng)作邏輯如圖4所示。

圖4中,進(jìn)線1作為主供,進(jìn)線2作為備供,若進(jìn)線2作為主供,進(jìn)線1作為備供,其備自投動(dòng)作過程相同。

為了在圖1(d)系統(tǒng)下有效實(shí)現(xiàn)聯(lián)切備投功能,該裝置引入“聯(lián)切備投軟壓板”后,除上述聯(lián)切備自投功能外,系統(tǒng)下還可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)備自投、母聯(lián)備自投自復(fù)以及進(jìn)線備自投自復(fù)功能。

2.4 自適應(yīng)備自投

傳統(tǒng)進(jìn)線備自投和母聯(lián)備自投均是固定備自投方式,若需要更改備自投方式,需要有人員去到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行更改設(shè)置,而自適應(yīng)備自投可根據(jù)當(dāng)前斷路器位置的狀態(tài)以及電壓自動(dòng)切換備自投方式,不需要工作人員再次調(diào)整。自適應(yīng)備自投即可在母聯(lián)備自投、進(jìn)線1備自投和進(jìn)線2備自投之間任意切換。由圖1(d)可知,正常情況下,兩路進(jìn)線電源分列運(yùn)行,若此時(shí)進(jìn)線1失電,則跳開進(jìn)線QF1,合上母聯(lián)QF3,由進(jìn)線2帶全段負(fù)載,若此時(shí)進(jìn)線2失電(進(jìn)線1已恢復(fù)供電),則跳開進(jìn)線QF2,合進(jìn)線QF1,由進(jìn)線1帶全段負(fù)載,其動(dòng)作過程同進(jìn)線備自投和母聯(lián)備自投。

圖4 聯(lián)切備自投動(dòng)作邏輯

3 結(jié) 語

在電力系統(tǒng)中,備自投裝置能夠?yàn)橹匾獔?chǎng)所提供備用電源自動(dòng)投切功能,提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。本文設(shè)計(jì)的備自投裝置通過裝置硬件與邏輯程序的配合,可以滿足用戶在不同供電系統(tǒng)下的不同備自投方式的需求,為用戶提供了多種選擇性,提升了備自投裝置在實(shí)際運(yùn)用過程中的便捷性。