備用電源自投裝置在縣級(jí)電網(wǎng)中的應(yīng)用

王留長

（國網(wǎng)河北省電力有限公司阜城縣供電分公司，河北 阜城 053700）

0 引言

當(dāng)前，多數(shù)縣公司110 kV 及以下電網(wǎng)為輻射形供電方式，為保證電網(wǎng)可靠持續(xù)供電，在N-1 故障時(shí)不間斷給用戶供電，電網(wǎng)接線一般采用主供電源 + 備用電源的雙電源模式。當(dāng)變電站主供電源出現(xiàn)故障引起跳閘后，備用電源自動(dòng)投入，迅速對(duì)用戶恢復(fù)供電，切實(shí)提升用戶的供電可靠性，保障電網(wǎng)安全。

備自投裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性，一旦主供電源故障跳閘，備自投裝置啟動(dòng)，備用電源將自動(dòng)投入，保證用戶的正常供電。然而，在實(shí)際應(yīng)用中備自投裝置會(huì)出現(xiàn)一些問題，本文介紹邯鄲供電公司阜城供電分公司備自投裝置應(yīng)用中存在的問題及其解決辦法。

1 備自投裝置的作用

由于電磁環(huán)網(wǎng)需要開環(huán)，雙電源或多電源的變電站通常只有一次電源，供電可靠性降低。而備自投可以實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

提高供電可靠性，迅速恢復(fù)失壓變電站持續(xù)供電；

降低不必要資金投入（減少手拉手式環(huán)網(wǎng)供電和增加多臺(tái)變壓器的投資）；

簡化繼電保護(hù)整定配合的多重復(fù)雜性（電網(wǎng)開環(huán)運(yùn)行方式下繼電保護(hù)整定更簡單、方便）。

2 備自投工作原則

當(dāng)工作電源失壓后，備自投裝置啟動(dòng)，經(jīng)“跳進(jìn)線延時(shí)”裝置跳開進(jìn)線開關(guān)，確認(rèn)運(yùn)行開關(guān)在跳位后，備自投邏輯才能繼續(xù)。故障不應(yīng)由備自投切除，所以“跳進(jìn)線延時(shí)”應(yīng)大于有關(guān)故障動(dòng)作和重合閘的最長動(dòng)作時(shí)間，以防止備自投裝置動(dòng)作合閘到故障線路、備用電源倒送電的情況發(fā)生。

若備自投備用線路出現(xiàn)故障，備自投裝置應(yīng)閉鎖，如以下幾種情況：（1）引起主變壓器后備保護(hù)動(dòng)作，切除主變壓器而造成母線電壓消失，這是由于低壓線路故障而出線保護(hù)拒動(dòng)造成的，低壓側(cè)分段備自投應(yīng)閉鎖，變壓器主進(jìn)線開關(guān)備自投動(dòng)作；（2）主變壓器保護(hù)全部跳閘，若是因?yàn)橹髯儔浩鞴收弦鸬?，這時(shí)應(yīng)當(dāng)閉鎖分段備自投高壓側(cè)，即橋開關(guān)備自投動(dòng)作。

備自投裝置設(shè)置延時(shí)，是為了避免誤操作，加快備用電源的投入。備自投動(dòng)作于故障后，合理設(shè)置延時(shí)既避免誤動(dòng)又加速合備用電源。備自投“跳進(jìn)線延時(shí)”應(yīng)大于外部故障排除的最長時(shí)間，才能有效避免母線電壓的短時(shí)間下降，如果進(jìn)線沒有重合閘裝置或功能時(shí)，當(dāng)母線的進(jìn)線開關(guān)跳開、母線電壓消失時(shí)，應(yīng)立即跳開斷路器，投入備用電源，縮短停電時(shí)間。

如果手動(dòng)切除工作電源，備自投不應(yīng)動(dòng)作。一種方式是沒有合后接點(diǎn)，通過閉鎖信號(hào)對(duì)備自投裝置設(shè)備放電，以確保備自投不動(dòng)作。另一種方式是引入工作開關(guān)斷路器的合后接點(diǎn)，當(dāng)斷路器就地或遙控跳開時(shí)，合后接點(diǎn)應(yīng)斷開，退出備自投。若須人工手動(dòng)切除（包括就地或遙控跳）斷路器，應(yīng)在退出備自投且動(dòng)作不能完成時(shí)，方可手動(dòng)切除。

如果備用電源不符合有壓條件，備自投應(yīng)不動(dòng)作。備自投裝置獲取備用電源線路電壓，并確定備自投裝置是否啟動(dòng)，如果未滿足，則不調(diào)用備自投邏輯。

3 縣級(jí)電網(wǎng)中備自投的3 種基本方式

阜城110 kV 及以下電網(wǎng)主要采用以下3 種備自投方式。

3.1 進(jìn)線備自投

阜城電網(wǎng)采用進(jìn)線備自投方式的共有10 個(gè)變電站。

動(dòng)作原理：運(yùn)行線路失去電壓，與其相關(guān)的開關(guān)處于合閘位置，在備用電源線路有電壓、母聯(lián)分段開關(guān)處在合閘位置的情況下，跳開運(yùn)行線路斷路器，如圖1 所示，啟動(dòng)條件為：I、II 段母線均失壓，2DL 處電流小于定值電流，且進(jìn)線處有壓，2DL 在跳閘位置作為閉鎖條件，延時(shí)跳開2DL，合閘倒至備用電源線路斷路器。

圖1 進(jìn)線備自投

3.2 橋接線備自投

阜城電網(wǎng)采用橋接線備自投方式的共有24 個(gè)變電站。

動(dòng)作原理：運(yùn)行線路失去電壓，與其相關(guān)的斷路器處在合閘位置時(shí)，當(dāng)備用線路有壓、橋開關(guān)處在合閘位置時(shí)，運(yùn)行線路斷路器跳開，備用線路斷路器開關(guān)閉合，如圖2 所示。

圖2 橋接線備自投

當(dāng)橋開關(guān)在3DL 在分開位時(shí)，應(yīng)閉鎖備自投裝置，橋開關(guān)3DL 在合閘位置時(shí)，如備自投開始啟動(dòng)后，3DL 發(fā)生合－分的動(dòng)作變位，備自投應(yīng)動(dòng)作，也就是說當(dāng)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開運(yùn)行電源線路開關(guān)及3DL 時(shí)，備用電源線路開關(guān)可正確動(dòng)作。

取線路電流值作為線路失去電壓的閉鎖依據(jù)，防止電壓互感器斷線時(shí)設(shè)備誤動(dòng)作。

3.3 母聯(lián)開關(guān)備自投

阜城電網(wǎng)220 kV 站的低壓側(cè)母線均采用母聯(lián)開關(guān)備自投方式，如圖3 所示。

圖3 母聯(lián)開關(guān)備自投

動(dòng)作原理：在母聯(lián)開關(guān)在斷位的情況下，兩段母線不論哪條失壓，備自投都會(huì)跳開故障母線上的電源開關(guān)，再合上母聯(lián)斷路器。為防止電壓互感器斷線時(shí)誤動(dòng)作，取主變壓器低壓側(cè)母線主進(jìn)線斷路器開關(guān)電流，作為母線是否失去電壓的閉鎖依據(jù)。

存在問題：當(dāng)母線發(fā)生故障時(shí)，備自投也會(huì)動(dòng)作，從而將故障母線再次投入系統(tǒng)，使系統(tǒng)再次受到?jīng)_擊，還有可能造成母線全部停電。為避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)采用母差保護(hù)閉鎖備自投的方式。另外當(dāng)線路發(fā)生故障開關(guān)拒動(dòng)造成主變主進(jìn)線開關(guān)越級(jí)跳閘時(shí)，如果備自投動(dòng)作，也會(huì)造成備自投帶故障合閘，為避免這種情況的發(fā)生，應(yīng)采用主變后備保護(hù)閉鎖備自投的方式。

4 網(wǎng)絡(luò)備自投系統(tǒng)的應(yīng)用情況

傳統(tǒng)的備自投裝置，可在線路發(fā)生故障后馬上恢復(fù)送電，但是資金投入很大，也無法快速排除高電壓等級(jí)電源發(fā)生故障造成的低電壓等級(jí)電源失電。為彌補(bǔ)變電站現(xiàn)場未安裝備自投的不足，邯鄲供電公司推廣網(wǎng)絡(luò)備自投系統(tǒng)，在D5000 系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)備自投系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合電網(wǎng)拓?fù)湫：?、備自投定值設(shè)定等重點(diǎn)技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)備自投程序納入D5000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型，匹配網(wǎng)絡(luò)備自投隔離故障、恢復(fù)送電順序和時(shí)間，編制適用于35 kV 變電站電源線路的網(wǎng)絡(luò)備自投程序。邯鄲供電公司在D5000 系統(tǒng)上成功部署網(wǎng)絡(luò)備自投程序，實(shí)現(xiàn)了35 kV 變電站電源線路故障s 級(jí)自愈。

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)分析故障信號(hào)、智能定位故障范圍、自動(dòng)隔離故障點(diǎn)、快速自愈等功能，避免因高電壓等級(jí)電源發(fā)生故障而影響低電壓等級(jí)的正常供電，提升了電網(wǎng)故障處置效率。

為進(jìn)一步驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)備自投功能的實(shí)用化能力，在運(yùn)行環(huán)境下完成網(wǎng)絡(luò)備自投的實(shí)時(shí)傳輸驗(yàn)收工作，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)故障設(shè)備自動(dòng)隔離、非故障區(qū)域s 級(jí)復(fù)電，2023 年5 月，邯鄲供電公司率先在河北南網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障時(shí)自愈功能的測試。

設(shè)定網(wǎng)絡(luò)備自投充電、放電閉鎖及定值參數(shù)，強(qiáng)化D5000 系統(tǒng)圖模拓?fù)湫：?，加?qiáng)測試驗(yàn)收過程雙監(jiān)護(hù)全流程閉環(huán)管控。為確保測試驗(yàn)收順利開展，提前對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式、影響遙控操作等因素進(jìn)行排查，針對(duì)試驗(yàn)中可能遇到的各類問題，采用不同方案確保網(wǎng)絡(luò)備自投功能的實(shí)時(shí)傳輸驗(yàn)收。

網(wǎng)絡(luò)備自投試點(diǎn)成功應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)未配置備自投的變電站設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，快速隔離故障，實(shí)現(xiàn)s 級(jí)復(fù)電，同時(shí)采用級(jí)差配置作為現(xiàn)場備自投裝置雙重化配置，提升了電網(wǎng)自愈能力，縮短了停電時(shí)長。

5 結(jié)束語

由于目前網(wǎng)絡(luò)備自投裝置已經(jīng)在縣級(jí)電網(wǎng)的110 kV 新站建設(shè)和舊站改造中應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)各種問題是不可避免的，因此在技術(shù)協(xié)議、設(shè)計(jì)、安裝中盡量考慮全面，為了正確使用備自投，對(duì)備用自投操作流程進(jìn)行規(guī)范管理，這是保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的有力手段?？傊?，提升各種技術(shù)措施和組織措施，對(duì)保證電力供應(yīng)、提高電網(wǎng)可靠性具有重要作用。