自適應(yīng)備自投裝置在變電站中的應(yīng)用

邱天怡，李新海，王振剛，林雄鋒，閆 超

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局，廣東 中山 528400)

0 引言

備自投裝置是在供電發(fā)生故障后，快速將備用電源自動(dòng)投入或?qū)⒃O(shè)備自動(dòng)切換至其他正常電源以迅速恢復(fù)供電的一種自動(dòng)裝置[1]。由于大多數(shù)變電站為分期建設(shè)，10 kV母線(xiàn)的接線(xiàn)方式會(huì)根據(jù)建設(shè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生改變，導(dǎo)致現(xiàn)有的備自投邏輯無(wú)法滿(mǎn)足變化后的接線(xiàn)方式。

某地區(qū)有超過(guò)一半的110 kV變電站存在投運(yùn)2臺(tái)主變并將10 kV Ⅱ、Ⅲ母連通改為新Ⅱ母，當(dāng)2號(hào)主變的變低一分支退出運(yùn)行而轉(zhuǎn)由二分支供電新Ⅱ母時(shí)，現(xiàn)有的備自投裝置沒(méi)有相應(yīng)的備自投邏輯，導(dǎo)致備自投功能失效。因此，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)備自投裝置，在滿(mǎn)足常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)備自投功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“只有2臺(tái)主變投運(yùn)時(shí)，無(wú)論2號(hào)主變?nèi)我庾兊头种Ч╇?，均可?shí)現(xiàn)兩段10 kV母線(xiàn)互為暗備用”的功能，提高了10 kV系統(tǒng)的供電可靠性。

1 110 kV變電站一次接線(xiàn)

某110 kV變電站目前已有2臺(tái)主變投入運(yùn)行，當(dāng)2臺(tái)主變不滿(mǎn)足負(fù)荷要求時(shí)，將會(huì)擴(kuò)展成3臺(tái)主變運(yùn)行。3臺(tái)主變的10 kV母線(xiàn)采用單母線(xiàn)雙分段四段母線(xiàn)接線(xiàn)方式，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)10 kV分段備自投裝置具備四段母線(xiàn)兩兩互為暗備用的功能，符合3臺(tái)主變運(yùn)行要求，但對(duì)于目前變電站10 kV母線(xiàn)接線(xiàn)方式，則沒(méi)有完整的備自投邏輯。

如圖1所示，1號(hào)主變?yōu)閱畏种В?號(hào)主變?yōu)殡p分支，Ⅰ母和Ⅱ母之間由3DL分段開(kāi)關(guān)相連；2號(hào)主變供電的10 kV Ⅱ母與Ⅲ母之間由4DL分段開(kāi)關(guān)相連，并連通為新Ⅱ母，且只有2號(hào)主變變低一分支2DL 供電新Ⅱ母時(shí)，備自投裝置可以實(shí)現(xiàn)Ⅰ母、新Ⅱ母互為暗備用功能。如果2DL因缺陷退出運(yùn)行且轉(zhuǎn)由二分支4DL供電新Ⅱ母時(shí)，當(dāng)前10 kV分段備自投裝置將失去備自投功能。當(dāng)變電站擴(kuò)建3號(hào)主變時(shí)，3號(hào)主變?yōu)閱畏种?，Ⅲ母和Ⅳ母之間由6DL分段開(kāi)關(guān)相連。

圖1 110 kV變電站一次接線(xiàn)

2 自適應(yīng)備自投二次接線(xiàn)設(shè)計(jì)

2.1 備自投裝置的輸入量

自適應(yīng)備自投裝置由1n 5012備自投裝置模塊和2n 5023備自投裝置模塊組成。1號(hào)主變變低的三相電流通過(guò)1號(hào)主變低壓側(cè)電流回路傳輸給1n 5012備自投裝置；2號(hào)主變低一分支的三相電流通過(guò)2號(hào)主變低壓1側(cè)的電流回路傳輸給1n 5012備自投裝置，再由1n 5012備自投裝置傳輸給2n 5023備自投裝置；2號(hào)主變低二分支的三相電流通過(guò)2號(hào)主變低壓2側(cè)的電流回路傳輸給2n 5023備自投裝置，再由2n 5023備自投裝置傳輸給1n 5012備自投裝置；3號(hào)主變未建設(shè)，若擴(kuò)建，可由3號(hào)主變低壓側(cè)電流回路傳輸其低壓側(cè)三相電流給2n 5023備自投裝置[2]。

10 kV備自投電流回路中取線(xiàn)路電流互感器的一相輸入作為判斷電源線(xiàn)路失壓的依據(jù)之一，通過(guò)電壓回路，自適應(yīng)10 kV母線(xiàn)接線(xiàn)方式變化的備自投裝置從PT并列及母線(xiàn)測(cè)控屏采集Ⅰ母、Ⅱ母、Ⅲ母的三相電壓(3號(hào)主變未建設(shè)，若擴(kuò)建，將采集Ⅳ母的三相電壓)，即取母線(xiàn)的相電壓和線(xiàn)路電壓互感器電壓作為輸入量，作為判斷失壓或備用電源有壓的另一依據(jù)[3]。

自適應(yīng)備自投裝置采集了斷路器的合位、斷路器的“手跳”開(kāi)入、閉鎖備自投等信號(hào)。這些開(kāi)入接點(diǎn)并聯(lián)接入到閉鎖回路中，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)備自投裝置的閉鎖控制。

2.2 備自投裝置的輸出量

備自投裝置的輸出量用于實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的控制，通過(guò)5012備自投裝置的輸出控制回路，經(jīng)1n 5012備自投裝置模塊對(duì)輸入量進(jìn)行邏輯判斷，輸出相應(yīng)的跳閘控制點(diǎn)，從而觸發(fā)1號(hào)變低、2號(hào)變低、5012分段的跳閘出口或1號(hào)變高、2號(hào)變高、5012分段的合閘出口，以及觸發(fā)聯(lián)切相應(yīng)負(fù)荷的出口。最終實(shí)現(xiàn)5012備自投的正確動(dòng)作。

通過(guò)5023備自投裝置的輸出控制回路，經(jīng)2n 5012備自投裝置模塊對(duì)輸入量進(jìn)行邏輯判斷，輸出相應(yīng)的跳閘控制點(diǎn)，從而觸發(fā)2號(hào)變低、3號(hào)變低、5023分段的跳閘出口或2號(hào)變高、3號(hào)變高、5023分段的合閘出口，以及觸發(fā)聯(lián)切相應(yīng)負(fù)荷的出口，最終實(shí)現(xiàn)5023備自投的正確動(dòng)作。由于目前該110 kV變電站3號(hào)主變未建設(shè)，系統(tǒng)中保留了相關(guān)接入口和對(duì)應(yīng)的備自投邏輯。自適應(yīng)備自投裝置不僅實(shí)現(xiàn)了單母線(xiàn)雙分段四段母線(xiàn)接線(xiàn)方式下的各種備自投邏輯，同時(shí)具有擴(kuò)展性，也適用于初期只投入2臺(tái)主變的情況，并且各個(gè)備自投模塊高度集成，形成了一體化的自適應(yīng)備自投功能。

3 自適應(yīng)備自投充放電條件

為同時(shí)滿(mǎn)足不同接線(xiàn)方式的充放電條件，自適應(yīng)備自投裝置采用“每個(gè)分段開(kāi)關(guān)配置1套10 kV備自投裝置”的原則，2個(gè)分段的備自投裝置完全相同并獨(dú)立組屏；同時(shí)增加2MAB連通壓板，其退出和投入，對(duì)應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)Ⅱ、Ⅲ母的連通情況。

3.1 備自投充電條件

一般的備自投充電邏輯分為主變備投充電狀態(tài)和分段備投充電狀態(tài)[4]，這2種備投方式的充電條件均需滿(mǎn)足總功能硬壓板和總功能軟壓板都在投入狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上，分段備自投充電條件為：分段開(kāi)關(guān)為分位；兩段母線(xiàn)三相電壓均大于設(shè)定值(檢母線(xiàn)有壓定值)；分段備投方式控制字整定為1。主變備自投充電條件為：分段開(kāi)關(guān)為合位；兩段母線(xiàn)三相電壓均大于設(shè)定值(檢母線(xiàn)有壓定值)；變低備投方式控制字整定為1；一臺(tái)主變運(yùn)行，另一臺(tái)主變熱備用。

針對(duì)Ⅱ母與Ⅲ母連通為新Ⅱ母的情況，在備自投裝置上添加2MAB連通壓板，為保證充電完成，當(dāng)Ⅱ，Ⅲ母連通為新Ⅱ母，2MAB連通壓板在投入狀態(tài)，且2MAB連通軟壓板也一并投入；當(dāng)Ⅱ，Ⅲ母未連通，2MAB連通壓板退出，且2MAB連通軟壓板同時(shí)也退出[5]。

3.2 放電條件

當(dāng)備自投裝置退出時(shí)立即放電，即備自投功能壓板退出。針對(duì)2MAB互聯(lián)壓板的特性，“2MAB互聯(lián)壓板”投入或退出時(shí)裝置立刻放電；“2MAB互聯(lián)壓板”“2號(hào)變低A檢修壓板”“2號(hào)變低B檢修壓板”同時(shí)投入，裝置立刻放電；“2MAB互聯(lián)壓板”與“允許發(fā)送均分信號(hào)壓板”同時(shí)投入，裝置立刻放電；備投開(kāi)關(guān)變?yōu)楹衔?，裝置延時(shí)10 s后放電；裝置未啟動(dòng)時(shí)，主供變低開(kāi)關(guān)合后位置信號(hào)由1→0 (或手跳信號(hào)由0→1)后立刻放電，無(wú)需手動(dòng)復(fù)歸。

備自投裝置收到任一閉鎖信號(hào)后立刻放電(非連通狀態(tài)時(shí)第三間隔不參與判斷，檢修間隔統(tǒng)一不參與判斷)，并需手動(dòng)復(fù)歸；兩段母線(xiàn)均發(fā)生PT斷線(xiàn)時(shí)，裝置立刻放電；在分段自投方式下，任一段母線(xiàn)發(fā)生PT三相斷線(xiàn)，裝置立刻放電[6]。

4 自適應(yīng)備自投動(dòng)作邏輯

某110 kV變電站有2臺(tái)主變，且采用了自適應(yīng)備自投裝置，針對(duì)該變電站可能的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)了多種備自投動(dòng)作邏輯，能夠快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)10 kV電網(wǎng)故障后的備用電源投入。

4.1 2MAB連通壓板退出

若2MAB連通壓板退出且Ⅱ、Ⅲ母未連通，1號(hào)主變向Ⅰ母供電，2號(hào)主變一分支向Ⅱ母供電，2號(hào)主變二分支向Ⅲ母供電，此時(shí)1號(hào)主變與2號(hào)主變一分支互為暗備投，如圖2所示。

圖2 Ⅱ、Ⅲ母未連通時(shí)10 kV母線(xiàn)分列運(yùn)行方式

備自投裝置在分段備自投的充電狀態(tài)時(shí)，Ⅰ母失壓，即備自投裝置收到Ⅰ母三相電壓均小于檢母線(xiàn)無(wú)壓定值且1號(hào)主變無(wú)電流時(shí)，經(jīng)延時(shí)Tq后裝置啟動(dòng)，跳1號(hào)主變變低，在跳閘等待時(shí)間TT內(nèi)檢測(cè)到變低開(kāi)關(guān)在分位，聯(lián)切小電源，并在等待時(shí)間Tt后合分段開(kāi)關(guān)，且在Th內(nèi)Ⅰ母有壓，則備自投動(dòng)作成功。Ⅱ母失壓邏輯類(lèi)似[7]。

若2MAB連通壓板退出且Ⅱ、Ⅲ母未連通，備自投裝置在主變備投的充電狀態(tài)時(shí)，即1號(hào)主變變低運(yùn)行，2號(hào)主變變低一分支開(kāi)關(guān)熱備用。

此時(shí)Ⅰ母、Ⅱ母均失壓，即1號(hào)主變變低無(wú)流且母線(xiàn)三相電壓均小于檢母線(xiàn)無(wú)壓定值，經(jīng)延時(shí)Tq后裝置啟動(dòng)，跳1號(hào)主變變低，在跳閘等待時(shí)間TT內(nèi)檢測(cè)到1號(hào)變低開(kāi)關(guān)在分位，聯(lián)切小電源，并在等待時(shí)間Tt后合2號(hào)主變變低一分支開(kāi)關(guān)，且Th內(nèi)任一段母線(xiàn)有壓，則備自投動(dòng)作成功。2號(hào)主變主供備自投功能的啟動(dòng)條件應(yīng)滿(mǎn)足Ⅱ母母線(xiàn)三相無(wú)壓且2DL對(duì)應(yīng)的分支無(wú)流，1號(hào)主變?cè)跓醾溆?，?dòng)作邏輯與上述類(lèi)似[8]。

4.2 2MAB連通壓板投入

若2MAB連通壓板投入且Ⅱ、Ⅲ母連通，則Ⅱ母與Ⅲ母聯(lián)通為新Ⅱ母，此時(shí)，1號(hào)主變運(yùn)行，2號(hào)主變變低一分支或二分支開(kāi)關(guān)至少有一個(gè)在運(yùn)行狀態(tài)。

執(zhí)行分段開(kāi)關(guān)備自投邏輯時(shí)，在新Ⅱ母失壓時(shí)，2號(hào)主變變低進(jìn)行無(wú)流判據(jù)檢測(cè)時(shí)，需滿(mǎn)足未投入檢修壓板的兩個(gè)分支開(kāi)關(guān)均為無(wú)流條件，裝置啟動(dòng)后，若要跳主變變低開(kāi)關(guān)時(shí)，先跳未投入檢修壓板的2號(hào)變低開(kāi)關(guān)，在跳閘等待時(shí)間TT內(nèi)檢測(cè)到2號(hào)變低開(kāi)關(guān)一分支及二分支均在在分位，并在等待時(shí)間Tt后合分段開(kāi)關(guān)，且在Th內(nèi)新Ⅱ母有壓，則備自投動(dòng)作成功，Ⅰ母失壓邏輯類(lèi)似。

若2MAB連通壓板投入且Ⅱ、Ⅲ母連通，執(zhí)行主變備自投邏輯時(shí)，1號(hào)主變運(yùn)行，2號(hào)主變變低一分支或二分支開(kāi)關(guān)熱備用。

備自投裝置啟動(dòng)，跳主供變低開(kāi)關(guān)后，合備供開(kāi)關(guān)，且合備供開(kāi)關(guān)原則為當(dāng)兩個(gè)變低開(kāi)關(guān)均熱備用時(shí)，優(yōu)先合閘接入裝置第二間隔的開(kāi)關(guān)，若合閘后母線(xiàn)電壓未恢復(fù)，再合閘接入裝置第三間隔的開(kāi)關(guān)。當(dāng)只有一個(gè)開(kāi)關(guān)熱備用時(shí)，裝置直接合閘該熱備用開(kāi)關(guān)。當(dāng)2號(hào)主變變低一分支或二分支運(yùn)行，1號(hào)主變變低熱備用時(shí)，裝置啟動(dòng)后，先跳未檢修2號(hào)變低中的開(kāi)關(guān)。若跳閘等待時(shí)間TT內(nèi)被跳開(kāi)關(guān)均在分位，則直接進(jìn)入下一步；若跳閘等待時(shí)間TT后被跳開(kāi)關(guān)仍處于合位，則裝置放電并返回。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)自適應(yīng)備自投裝置的研發(fā)以及其在變電站中的實(shí)際應(yīng)用，提高了備自投裝置對(duì)不同接線(xiàn)方式的適應(yīng)性。運(yùn)行實(shí)踐表明，該自適應(yīng)備自投裝置對(duì)變電站10 kV母線(xiàn)接線(xiàn)方式的變化具有較好的適應(yīng)能力，從根本上解決了常規(guī)備自投裝置在母線(xiàn)接線(xiàn)方式變化時(shí)邏輯判斷缺失的問(wèn)題，保證了母線(xiàn)失電故障情況下備自投裝置能夠快速、正確地動(dòng)作，提高了電力系統(tǒng)的供電可靠性。