特殊接線變電站10kV備自投設計原則及邏輯分析

楊朝赟 張國平 張 豐 王翠霞

特殊接線變電站10kV備自投設計原則及邏輯分析

楊朝赟 張國平 張 豐 王翠霞

（國網(wǎng)福州供電公司，福州 350009）

備自投裝置是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、保證供電連續(xù)性的有效手段，主要應用于110kV及以下電壓等級的變電站。常規(guī)的橋型接線、單母雙（多）分段接線、各臺同等容量變壓器運行的變電站備自投裝置邏輯相對簡單、功能較易設計，但是部分老舊變電站內(nèi)變壓器容量不統(tǒng)一，接線方式特殊，導致常規(guī)的備自投動作邏輯不能適用。因此，各臺變壓器容量不同、接線方式特殊的變電站備自投在設計上必須考慮更多的影響因素，邏輯更為復雜。本文分析特殊接線變電站10kV備自投的設計原則，針對不同運行方式對10kV備自投進行邏輯分析，為10kV備自投邏輯設計提供參考。

特殊接線；備自投；邏輯；閉鎖；設計

0 引言

近年來電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電力用戶對電能質量的要求越來越高[1-4]。110kV降壓變電站主接線方式主要為橋型接線方式、單母雙（多）分段接線方式等，站內(nèi)有備用變壓器或者互為備用的母線段，要求裝設備自投裝置，以保證在工作電源斷開后投入備用電源，這是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、保證供電連續(xù)性的一種有效手段，主要用于110kV及以下電壓等級的系統(tǒng)[5-10]。

110kV降壓變電站一般安裝同等容量的2～3臺變壓器，110kV電壓等級設備采用內(nèi)橋或擴大內(nèi)橋接線方式，10kV（35kV）設備采用單母雙（多）分段接線方式，此類接線方式的備自投動作邏輯簡單、功能易設計[11]，但是部分老舊變電站內(nèi)變壓器容量不統(tǒng)一，接線方式特殊，導致常規(guī)的備自投動作邏輯不能適用。特殊接線方式下的備自投與常規(guī)備自投在邏輯上有不同之處，需要考慮更多、更復雜的影響因素[12-13]。本文分析特殊接線變電站10kV備自投的設計原則，并針對不同運行方式對10kV備自投進行邏輯分析。

1 特殊接線變電站的運行方式

變電站的主接線如圖1所示，110kV為內(nèi)橋接線，10kV為單母三分段接線，1號、2號主變壓器高壓側同接在110kV Ⅰ段母線，容量均為31.5MV·A，3號主變壓器高壓側接在110kV Ⅱ段母線，容量為50MV·A。變電站3臺主變壓器容量不一致，互備時需考慮主變壓器容量與負荷容量關系，且1號、2號主變壓器高壓側都接在110kV Ⅰ段母線上，僅在少數(shù)老舊技改站內(nèi)才會出現(xiàn)，因此，對備自投的設計邏輯提出了特殊的要求。

圖1 變電站主接線

正常情況下，調(diào)度統(tǒng)籌安排該特殊接線變電站有以下幾種運行方式：

方式一：10kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，1DL、2DL、3DL、4DL開關合位，5DL開關分位的運行方式。

方式二：10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，1DL、2DL、3DL開關合位，4DL、5DL開關分位的運行方式。

方式三：1號主變壓器檢修，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，2DL、3DL開關合位，5DL開關分位的運行方式。

方式四：3號主變壓器檢修，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行，1DL、2DL開關合位，4DL開關分位的運行方式。

方式五：2號主變壓器檢修，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線分列運行，1DL、3DL、4DL開關合位，5DL開關分位的運行方式。

方式六：2號主變壓器檢修，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線分列運行，1DL、3DL、5DL開關合位，4DL開關分位的運行方式。

2 10kV備自投設計原則

由圖1可知，3臺主變壓器容量不一致，實際運行中應預防備自投動作后運行主變壓器帶負荷太重引起主變壓器過負荷。且容量不同的變壓器并列時，負荷分配不平衡，運行不經(jīng)濟，因此不同容量的變壓器不宜并列運行。綜合各方面因素，10kV備自投設計時應考慮運行方式，并兼顧以下原則：

1）31.5MV·A小容量主變壓器不作為50MV·A大容量主變壓器的備用電源。

2）31.5MV·A小容量主變壓器不宜帶全站負荷。

3）不同容量變壓器不宜并列運行，調(diào)度不安排此類運行方式。

4）考慮主變壓器低后備保護動作時的閉鎖問題，不得備投于故障設備。

5）只考慮分段備自投，不考慮變壓器備投。

6）具備過負荷聯(lián)切饋線功能。

3 10kV備自投動作邏輯分析

備自投的動作邏輯與運行方式是密不可分的。上述內(nèi)容列舉了調(diào)度安排的六種運行方式，本文逐一分析方式一～方式六的備自投動作邏輯。

3.1 方式一備自投動作邏輯分析

由方式一的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、2DL、3DL、4DL、6DL、7DL、8DL開關合位；③5DL開關分位；④無其他閉鎖量。

放電條件，即閉鎖條件，通常發(fā)生在備自投條件不滿足或外部閉鎖備自投等情況下，如充電條件不滿足、備自投動作后跳電源失敗、手動斷開開關、主變壓器保護動作閉鎖等。對放電條件的考慮與常規(guī)接線類似，本文不再一一贅述。

圖2為方式一備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有兩個動作邏輯：

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線同時失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號、2號主變壓器低壓側無電流，跳1DL、2DL開關。確認1DL、2DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

圖2 方式一動作邏輯

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ母失電壓，2號主變壓器低后備保護動作僅斷開4DL，10kV Ⅱ母有電壓，因此不必考慮備自投問題及1號主變壓器后備保護動作閉鎖問題。10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時情況類似，此處不再 贅述。

（2）考慮由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅱ母有電壓，3號主變壓器低壓側無電流，跳3DL開關。確認3DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL，造成10kV Ⅲ母失電壓，3號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

3.2 方式二備自投動作邏輯分析

由方式二的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、2DL、3DL、6DL、7DL、8DL開關合位；③4DL、5DL開關分位；④無其他閉鎖量。

圖3為方式二備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有4個動作邏輯：

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線同時失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號、2號主變壓器低壓側無電流，跳1DL、2DL開關。確認1DL、2DL開關跳開后，合4DL、5DL母聯(lián)開關，確認4DL、5DL開關合上后，動作邏輯結束。

圖3 方式二動作邏輯

（2）考慮由于2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，2號主變壓器低壓側無電流，跳2DL開關。確認2DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。備自投動作后選擇合5DL開關，而不選擇合4DL開關，50MV·A容量的主變壓器作為31.5MV·A容量主變壓器的備用電源，可有效預防1號主變壓器過負荷，符合設計原則1）。

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL和5DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

（3）考慮由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅱ母有電壓，3號主變壓器低壓側無電流，跳3DL開關。確認3DL開關跳開后，合4DL、5DL母聯(lián)開關，確認4DL、5DL開關合上后，動作邏輯結束。備自投動作后同時合上4DL、5DL開關，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線并列運行，相同容量的1號、2號主變壓器并列運行，累計63MV·A總容量的主變壓器作為50MV·A容量主變壓器的備用電源，符合設計原則1）。

10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL，造成10kV Ⅲ母失電壓，3號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

（4）考慮由于1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ母有電壓，1號主變壓器低壓側無電流，跳1DL開關。確認1DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kVⅠ母失電壓，1號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

3.3 方式三備自投動作邏輯分析

由方式三的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②2DL、3DL、7DL、8DL開關合位；③1DL、6DL、5DL開關分位；④無其他閉鎖量。

圖4為方式三備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有1個動作邏輯：考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，2號主變壓器低壓側無電流，跳2DL開關。確認2DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

圖4 方式三動作邏輯

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL和5DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

由于110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅲ段母線失電壓時，若備自投動作成功，必然造成31.5MV·A小容量主變壓器作為50MV·A大容量主變壓器的備用電源，不符合設計原則1）；若4DL開關在合位時會造成31.5MV·A小容量主變壓器帶全站負荷，不符合設計原則2），因此不考慮這種情況下備自投動作邏輯。

3.4 方式四備自投動作邏輯分析

由方式四的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ母線有電壓；②1DL、2DL、6DL、7DL開關合位；③3DL、8DL、4DL、5DL開關分位；④無其他閉鎖量。若5DL開關在合位時，備自投動作造成31.5MV·A小容量主變壓器帶全站負荷，不符合設計原則2），因此方式四充電條件要求5DL開關分位。

圖5為方式四備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有2個動作邏輯：

圖5 方式四動作邏輯

（1）考慮由于1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ母有電壓，1號主變壓器低壓側無電流，跳1DL開關。確認1DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ母失電壓，1號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

（2）考慮由于2號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ母有電壓，2號主變壓器低壓側無電流，跳2DL開關。確認2DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，2號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開2DL，造成10kV Ⅱ母失電壓，2號主變壓器后備保護動作必須閉鎖備自投，防止備自投動作再次合于故障，符合設計原則4）。

3.5 方式五備自投動作邏輯分析

由方式五的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、3DL、4DL、6DL、8DL開關合位；③2DL、7DL、5DL開關分位；④無其他閉鎖量。

圖6為方式五備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有2個動作邏輯：

圖6 方式五動作邏輯

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號主變壓器低壓側無電流，跳1DL開關。確認1DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

考慮由于10kV Ⅰ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作先斷開4DL、后斷開1DL，造成10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ、Ⅱ段母線失電壓，Ⅲ母有電壓，1號主變壓器保護動作開入量變位，跳4DL開關。確認4DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

（2）考慮4DL開關偷跳時，10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，無其他閉鎖開入量變位，跳4DL開關。確認4DL開關跳開后，合5DL母聯(lián)開關，確認5DL開關合上后，動作邏輯結束。

由于10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，1號主變壓器低后備保護動作斷開4DL造成10kV Ⅱ段母線失電壓時，會備投于故障設備，因此應閉鎖備自投，符合設計原則4）。10kV Ⅲ母失電壓時，若備投動作會造成31.5MV·A小容量主變壓器帶全站負荷，因此不考慮該備投邏輯，符合設計原則2）。

3.6 方式六備自投動作邏輯分析

由方式六的運行方式可以分析得出備自投的充電條件為：①10kV Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段母線有電壓；②1DL、3DL、5DL、6DL、8DL開關合位；③2DL、7DL、4DL開關分位；④無其他閉鎖量。

圖7為方式六備自投動作邏輯，從圖中可以看出共有3個動作邏輯：

圖7 方式六動作邏輯

（1）考慮由于110kV Ⅰ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者1號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘，造成10kV Ⅰ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅰ段母線失電壓，Ⅱ、Ⅲ母有電壓，1號主變壓器低壓側無電流，跳1DL開關。確認1DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

（2）考慮5DL開關偷跳時，10kV Ⅱ段母線失電壓時的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ段母線失電壓，Ⅰ、Ⅲ母有電壓，無其他閉鎖開入量變位，跳5DL開關。確認5DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

由于10kV Ⅱ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作斷開5DL造成10kV Ⅱ段母線失電壓時，會備投于故障設備，因此應閉鎖備自投，符合設計原則4）。

（3）考慮10kV Ⅲ母故障或饋線保護拒動時，3號主變壓器低后備保護動作先斷開5DL、后斷開3DL造成10kV Ⅱ、Ⅲ段母線失電壓的動作情況。備自投充電正常，10kV Ⅱ、Ⅲ段母線失電壓，Ⅰ母有電壓，3號主變壓器保護動作開入量變位，跳5DL開關。確認5DL開關跳開后，合4DL母聯(lián)開關，確認4DL開關合上后，動作邏輯結束。

110kV Ⅱ段母線失電壓而110kV備自投未動作成功或者3號主變壓器內(nèi)部故障后跳閘時造成10kV Ⅱ、Ⅲ母同時失電壓，若備投動作會造成31.5MV·A小容量主變壓器帶全站負荷，因此不考慮該備投邏輯，符合設計原則2）。

4 結論

備自投裝置是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、保證供電連續(xù)性的有效手段。110kV變電站橋型接線方式、單母雙（多）分段接線的常規(guī)變電站備自投裝置邏輯相對簡單、功能較易設計。

老舊變電站主變壓器尚未進行增容技改，主變壓器容量不一致，并列運行不經(jīng)濟，或接線方式特殊，暫不具備改變接線方式的條件，種種原因導致常規(guī)的備自投動作邏輯不能適用。特殊接線方式的備自投既要保證可靠供電，又要考慮主變壓器過負荷及容量等問題，在邏輯上有不同之處，需要考慮更多、更復雜的因素。本文分析了特殊接線變電站10kV備自投的設計原則，針對特殊運行方式下10kV備自投進行邏輯分析，為10kV備自投邏輯設計提供參考。

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Design principle and logic analysis of 10kV backup automatic switching in special connection substation

YANG Chaoyun ZHANG Guoping ZHANG Feng WANG Cuixia

(Fuzhou Electric Power Supply Company of State Grid Fujian Electric Power Co., Ltd, Fuzhou 350009)

The backup automatic switch device is an effective means to improve the power supply reliability and ensure the continuity of power supply in power system. It is mainly used in substations of 110kV and below voltage level. Substation backup automatic switch devices with conventional bridge connection, single-parent-double (multiple) segment connection and the same capacity transformers are relatively simple in logic and easy to design in function. However, the transformer capacities in some old substations are not uniform, and the connection mode is special, which results in that the conventional operation logic of backup automatic switch cannot be applied. Therefore, more factors must be considered in the design of substation backup automatic switch with different transformer capacities and special connection modes, and the logic is more complex. This paper analyses the design principle of 10kV backup automatic switch in special connected substations, and makes a logical analysis of 10kV backup automatic switch under different operating modes, which provides reference for the logical design of 10kV backup automatic switch.

special wiring; backup automatic switch; logic; blocking; design

2020-12-01

2020-12-29

楊朝赟（1990—），男，江西上饒人，本科，工程師，主要從事配電自動化、配電運維檢修等工作。