備自投異常動作分析及改進

林久通＊，李紅霞

（國網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，浙江 杭州）

引言

備自投裝置是在工作電源因故斷開后，自動投入備用電源，從而保障供電或盡可能縮小停電區(qū)域的電力系統(tǒng)安全自動裝置。尤其在110kV 及以下終端變電站，在進線電源不設(shè)線路保護的情況下設(shè)置備自投，提高了供電可靠性。但考慮到備自投動作邏輯與其他保護配合和電壓回路接線等存在可能影響備自投正確動作的情況，需要引起電力工作者的重視和關(guān)注。

1 備自投原理

1.1 備自投作用

在具備雙電源的情況下，其中一電源作為備用電源運行。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時，備自投迅速動作，跳開故障電源，投入備用電源，最大程度減少因工作電源故障導(dǎo)致的電網(wǎng)停電范圍[1]。

1.2 備自投動作原理

備自投正常運行方式一般包括母分備自投，進線備自投。下面以110 千伏內(nèi)橋接線方式為例，說明備自投動作原理，接線方式如圖1 所示。

圖1 110kV 備自投主接線

母分備自投方式1 運行方式：進線1，進線2 運行，110kV 母分熱備用。當(dāng)110kVⅠ母失壓且進線1 無流，110kVⅡ母有壓且進線2 有流，在無外部閉鎖開入情況下，備自投動作，跳開1QF，合上3QF，110kVⅠ母恢復(fù)送電。

母分備自投方式2 運行方式與方式1 邏輯類似。

進線1 備自投運行方式：進線2，110kV 母分運行，進線1 熱備用。當(dāng)110kVⅠ母、Ⅱ母失壓且進線2 無流，進線1 線路側(cè)有壓時，在無外部閉鎖開入的情況下，備自投動作，跳開2QF，合上1QF，110kVⅠ、Ⅱ母恢復(fù)送電。

進線2 備自投運行方式與進線1 邏輯類似。

1.3 備自投設(shè)計功能要求

備自投設(shè)計功能應(yīng)滿足以下要求：

（1）除發(fā)電廠備用電源快速切換之外，備自投應(yīng)動作于工作電源斷開后，防止正常設(shè)備投于故障。

（2）工作電源不論因何種原因消失，除外部閉鎖之外，備自投均應(yīng)動作。

（3）備自投只能動作一次，防止將正常設(shè)備連續(xù)投于故障。

（4）正常人工斷開工作電源，備自投不動作[2]。

2 備自投與其他保護配合

備自投獨立于保護，在正常運行狀態(tài)下應(yīng)與其他保護配合，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2.1 進線備自投與主變保護配合

以圖1 為例，說明進線備自投與主變保護的配合關(guān)系。

假設(shè)為進線2 備自投運行方式。當(dāng)1 號主變內(nèi)部發(fā)生故障，1 號主變差動保護動作，跳開1QF，3QF，1 號主變10kV 開關(guān)，此時滿足備自投動作條件：110kVⅠ、Ⅱ母無壓且進線1 無流，備自投動作，合上2QF，恢復(fù)2 號主變送電，無需閉鎖備自投?？紤]3QF 斷路器拒動情況，同樣滿足備自投動作條件，為防止將進線2 投于故障設(shè)備，此時應(yīng)閉鎖備自投[3]。

當(dāng)2 號主變內(nèi)部發(fā)生故障時，2 號主變差動保護動作，空跳2QF，跳開3QF，2 號主變10kV 開關(guān)，此時110kVⅠ母有壓且進線1 有流，不滿足備自投動作條件，備自投閉鎖，不會將進線2 投于故障設(shè)備?？紤]3QF 斷路器拒動情況，110kVⅠ、Ⅱ母無壓，進線1 有流，備自投不會動作，進線1 對側(cè)保護Ⅱ段時限動作，跳開進線1對側(cè)開關(guān)，備自投滿足動作條件，合上2QF，將進線2 投于故障設(shè)備，因此需閉鎖備自投。

2.2 母分備自投與主變保護配合

以圖1 為例，說明母分備自投與主變保護的配合關(guān)系。假設(shè)運行方式為：進線1，進線2 分別送1 號、2 號主變，110kV 母分熱備用。此時1 號主變發(fā)生內(nèi)部故障時，跳開1QF，1 號主變10kV 開關(guān)，此時滿足備自投動作條件：110kVⅠ母無壓且進線1 無流，110kVⅡ母有壓且進線2 有流，若不閉鎖備自投，會將備自投投于故障設(shè)備。因此主變差動保護動作，應(yīng)閉鎖母分備自投。

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母線發(fā)生故障或出線故障保護拒動，主變低后備保護動作，跳開主變低壓側(cè)開關(guān)，低壓側(cè)母分備自投滿足動作條件，合上低壓側(cè)母分，將正常設(shè)備投于故障，因此需要閉鎖低壓側(cè)母分備自投。

2.3 進線備自投與線路保護配合

單母分段運行方式，進線1 送Ⅰ母，Ⅱ母，進線2 熱備用。進線配置完整的線路保護，母線配置母差保護。

若進線1 發(fā)生故障，進線1 保護動作，開關(guān)跳開，重合閘動作，進線2 備自投動作時限應(yīng)大于線路保護動作時限+開關(guān)跳閘時限+重合閘動作時限+開關(guān)合閘時限，否則會將設(shè)正常設(shè)備投于故障。

若進線1 發(fā)生永久性故障，開關(guān)拒動，斷路器失靈保護動作，跳開除進線1，Ⅰ母所連開關(guān)。進線2 備自投動作時限應(yīng)大于線路保護動作時限+斷路器失靈動作時限。

2.4 母分備自投與母差保護配合

當(dāng)母差范圍內(nèi)發(fā)生故障時，母差保護動作，跳開母線所連開關(guān)，此時應(yīng)閉鎖備自投，防止將正常設(shè)備投于故障。

3 備自投異常動作原因

備自投實際運行過程中，由于某些原因會導(dǎo)致備自投不正確動作，不正確動作包括：誤動和拒動。以下簡要說明常見的集中原因。

3.1 備自投拒動原因分析

（1）誤投閉鎖備自投壓板

運行人員誤投閉鎖備自投壓板，導(dǎo)致備自投放電，發(fā)生故障時，備自投拒動[4]。

（2）運行方式不合理

一次運行方式調(diào)整前，未調(diào)整備自投狀態(tài)，備自投滿足放電條件放電，若在運行方式調(diào)整過程中發(fā)生故障，備自投將拒動。

（3）整定值設(shè)置不合理

設(shè)置備自投整定值時，容易因為定值設(shè)置錯誤導(dǎo)致備自投閉鎖。

（4）外部閉鎖回路開入異常

外部閉鎖信號一般包括：主變低后備保護跳閘閉鎖，手分閉鎖等。若繼保工作人員在工作過程中，誤碰相應(yīng)二次回路，將造成備自投閉鎖。

3.2 備自投誤動原因分析

（1）負(fù)荷較輕運行時，電壓回路異常

當(dāng)母線空載運行或低負(fù)荷運行，此時電壓回路發(fā)生異常，負(fù)荷電流小于備自投閉鎖電流值且電壓低于電壓閉鎖值，備自投誤動出口[5]。

（2）誤碰或誤接二次回路

備自投裝置工作過程中，工作人員未采取相應(yīng)安全措施，誤碰備自投出口回路，導(dǎo)致備自投誤動。

4 備自投異常動作案例分析及改進

4.1 電壓回路異常導(dǎo)致備自投誤動

（1）事故概括

220kV XX 變35kV 母分備自投動作，跳開#2 主變35kV 開關(guān)，合上35kV 母分開關(guān)，負(fù)荷無損失。事件發(fā)生時，檢修人員正在開展測控裝置開入板絕緣異常反措工作，拉開35kV Ⅱ母母設(shè)測控裝置遙信電源后，35kV 母分備自投動作。

（2）原因分析

35kV 母線二次電壓回路中，串接有重動繼電器接點，該重動繼電器電源引自35kV 母設(shè)測控裝置遙信電源。將該遙信電源空開拉開后，重動繼電器失磁接點斷開，35kVⅡ段母線失壓，由于35kVⅡ段母線僅有一條出線運行，負(fù)荷電流小于備自投無流閉鎖值，且無外部閉鎖，滿足備自投動作條件，35kV 母分備自投動作出口。

暴露問題：該變電站公共電壓二次回路接線不規(guī)范，電壓重動繼電器電源取自母設(shè)測控遙信電源，且采用非自保持繼電器，存在單一設(shè)備電源消失造成公共設(shè)備保護交流電壓消失的隱患。

（3）改進措施

從以下兩個方面進行改進：

①公共設(shè)備交流電壓回路若經(jīng)除電壓切換并列裝置外其它重動繼電器，則重動繼電器必須采用電壓切換并列裝置電源（獨立繼電器電源）或采用雙位置自保持重動繼電器。

②從以上備自投動作條件分析可知，無外部閉鎖條件情況下，在無壓時，當(dāng)負(fù)荷電流小于備自投無流閉鎖值，單一無壓無流判據(jù)必然會導(dǎo)致誤動。邏輯框圖如圖2所示。

圖2 啟動條件傳統(tǒng)邏輯

設(shè)計方案一：母分備自投方式下，在無壓無流判據(jù)的基礎(chǔ)上增加主變低壓側(cè)開關(guān)分位判據(jù)。設(shè)計邏輯框圖如圖3 所示。

圖3 設(shè)計方案一邏輯

方案一在特殊極端條件下會存在問題，如在主變高中壓側(cè)發(fā)生事故導(dǎo)致主變失電時，無壓無流判據(jù)已滿足，但由于主變低壓側(cè)開關(guān)在合位，在該方案下，則備自投不會動作，從而導(dǎo)致低壓側(cè)母線失電。而最初的無壓無流判據(jù)在該場景下則可以正確動作。為了克服該特殊情況的弊端，提出設(shè)計方案二。

設(shè)計方案二：母分備自投方式下，在無壓無流判據(jù)的基礎(chǔ)上增加主變低壓側(cè)開關(guān)分位、主變高中壓側(cè)母線均無壓判據(jù)，邏輯框圖如圖4 所示。

圖4 設(shè)計方案二邏輯

該方案可以滿足低負(fù)載情況下備自投易誤動及主變高中壓側(cè)故障失電的場景，解決了低負(fù)載情況下壓變二次空開跳閘導(dǎo)致的備自投誤動問題。

雖然方案二考慮到了極端故障發(fā)生時備自投保證可靠動作，但從工程建設(shè)實際出發(fā)，備自投裝置背板端子無空余模擬量端子，且二次電纜接線繁雜，另外，滿足該極端故障各項條件的情況同時發(fā)生幾乎不可能。方案一能滿足保障供電或減少失電范圍的備自投功能，并易在當(dāng)前變電站中進行改造，僅需新增主變低壓側(cè)開關(guān)分位判據(jù)，不需要改變外部接線。綜上考慮，本文建議采用方案一。

4.2 電壓回路異常導(dǎo)致備自投拒動

（1）事故概括

110kV XX 變電站，1 號主變，2 號主變分別送10kVⅠ母，10kVⅡ母，10kV 母分備自投投入運行。10kVⅠ母出線故障，線路保護動作，開關(guān)跳閘，1 號主變承受不了近區(qū)短路故障，主變差動保護動作，跳開主變各側(cè)開關(guān)。10kV 母分備自投拒動。

（2）原因分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)10kV 母分備自投電壓均取自10kVⅡ母，當(dāng)1 號主變10kV 開關(guān)跳開后，接入10kV 母分備自投的10kVⅠ母仍為正常電壓，10kV 母分備自投不滿足啟動條件，備自投拒動，導(dǎo)致10kVⅠ母失壓。

暴露問題：基建階段，施工人員未按圖施工，同時繼保人員也未開展實際傳動試驗，未能發(fā)現(xiàn)10kV 母分備自投10kVⅠ母、10kVⅡ母取自同一電壓的隱患，導(dǎo)致變電站長期帶隱患運行。

（3）改進措施

①加強施工人員技能培訓(xùn)，提高人員水平，嚴(yán)格按圖施工。

②投產(chǎn)前必須對所有邏輯條件和閉鎖條件進行檢查驗證，特別是針對電流電壓回路應(yīng)進行通流試。

③變電站投產(chǎn)時，調(diào)度人員合理調(diào)整系統(tǒng)運行方式，創(chuàng)造備自投各種運行方式的動作條件，進行實際傳動，確保備自投動作邏輯正確無誤。

④針對在運變電站，應(yīng)加強備自投校驗力度，特別是重要變電站、接線復(fù)雜的要縮短檢驗周期，同時檢驗時應(yīng)盡量模擬各個事故場景，保證備自投在各種特殊場景下也可以正確動作。

5 結(jié)論

本文首先分析了備自投工作原理、設(shè)計要求以及與其他繼電保護的配合關(guān)系。隨后闡述了常見的備自投裝置拒動和誤動的原因，最后分析了兩起電壓回路接線異常引起備自投誤動和拒動的案例。以備自投誤動為切入點，對比提出多個關(guān)鍵性技術(shù)改進措施，從工程建設(shè)和事故概率角度選取最佳改進方案；以備自投拒動為切入點，提出多項運維管理手段，保障備自投動作邏輯正確可靠。