張自偉

（連云港供電公司，江蘇 連云港 222004）

0 引言

備用電源自動(dòng)投入裝置（簡(jiǎn)稱備自投）是電力系統(tǒng)故障或其他原因?qū)е轮鞴ぷ麟娫磾嚅_后，能迅速將備用電源或備用設(shè)備自動(dòng)投入工作，使正常用戶負(fù)荷能迅速恢復(fù)的一種自動(dòng)裝置。備自投能夠改善電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的供電能力，提高供電的可靠性和連續(xù)性[1-2]。

近年來，電網(wǎng)運(yùn)行方式受電網(wǎng)設(shè)備檢修、基建、技改影響出現(xiàn)單母線、單變運(yùn)行；分布式電源發(fā)展迅速；部分地區(qū)電網(wǎng)布局落后，還存在串供線路供電，這都可能會(huì)影響到備自投裝置的正確動(dòng)作[3-5]。而在特殊運(yùn)行方式下，備自投正確動(dòng)作還需要與保護(hù)配置整定，以及周密的備自投動(dòng)作邏輯緊密配合。通過分析3例備自投裝置受運(yùn)行方式影響未發(fā)揮其應(yīng)有作用的案例，提出了積極的防范措施與改進(jìn)方案。

1 主備線路同源方式

1.1 備自投動(dòng)作邏輯

如圖1所示，110 kV甲變電站采用內(nèi)橋接線，進(jìn)線備自投，A進(jìn)線711作為主供線路，B進(jìn)線722作為備用電源，這兩條線路均來自上級(jí)電源220 kV乙變電站。

圖1 主備線路同源變電站接線

B進(jìn)線722備自投動(dòng)作邏輯為：B進(jìn)線722備自投充電完成，110 kVⅠ段、Ⅱ段母線無壓，且進(jìn)線711無流，檢進(jìn)線722有壓，自投啟動(dòng)，經(jīng)2.6 s延時(shí)跳開進(jìn)線711開關(guān)，在確認(rèn)進(jìn)線711開關(guān)跳開后，合進(jìn)線722開關(guān)。

某日，作為110 kV甲站主電源的A進(jìn)線711發(fā)生B相接地故障，上級(jí)電源220 kV乙變電站A進(jìn)線711距離保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，重合未成功。110 kV甲變電站備自投未動(dòng)作，造成甲站全站失電。甲變電站備自投的事件報(bào)文：備用線路B進(jìn)線722失壓；備自投裝置閉鎖發(fā)生；備自投告警燈點(diǎn)亮。

1.2 事故分析

事故發(fā)生前，220 kV乙變電站的110 kVⅡ段母線檢修，A進(jìn)線711與B進(jìn)線722均運(yùn)行于110 kVⅠ段母線。查閱乙變電站的故障錄波，110 kV A進(jìn)線711發(fā)生B相線路末端接地故障瞬間，電源端乙變電站的B相二次電壓降低至35 V。由于A進(jìn)線711與B進(jìn)線722運(yùn)行在乙變電站的110 kVⅠ段母線，所以甲變電站的B進(jìn)線722 B相線路二次抽取電壓在A進(jìn)線711接地故障瞬時(shí)也降低至35 V，低于備自投裝置無壓判定值40 V。同時(shí)，乙變電站的A進(jìn)線711距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.6 s，而甲站備自投無壓判定持續(xù)時(shí)間設(shè)定為0.4 s，判定無壓即對(duì)備自投裝置閉鎖。因此，在乙站的A進(jìn)線711的距離保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作切除故障前，甲站備自投已經(jīng)判定備用線路B進(jìn)線722無壓而閉鎖，最終備自投未動(dòng)作。綜上可見：

（1）甲站的主備電源A進(jìn)線711、B進(jìn)線722運(yùn)行于同一段母線，降低了供電可靠性。

（2）甲站備自投失壓判定時(shí)間與上級(jí)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間不配合，整定時(shí)間存在問題。故障尚未切除前，備自投已經(jīng)做出備用線路B進(jìn)線722的無壓判定，并將備自投裝置閉鎖。

（3）若乙站的110 kVⅠ段母線發(fā)生故障，則甲變電站無論備自投動(dòng)作與否都將造成全站失電。乙變電站在進(jìn)行110 kVⅡ段母線檢修時(shí)，下級(jí)變電站應(yīng)做好事故預(yù)想。

1.3 改進(jìn)措施

（1）110 kV內(nèi)橋變電站的主備電源應(yīng)盡量引自不同變電站或分列運(yùn)行的母線。

（2）將甲站備自投失壓判定時(shí)間由0.4 s改為10 s，以躲過短時(shí)失壓時(shí)間。

（3）合理進(jìn)行電網(wǎng)布局，周密安排運(yùn)行方式。110 kV內(nèi)橋變電站進(jìn)線與110 kV聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行T形接線，10 kV布局手拉手的聯(lián)絡(luò)線，可在必要時(shí)提供負(fù)荷支援，顯著提高供電可靠性，減少經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。

（4）考慮將進(jìn)線備自投中檢備用線路有壓的充電條件取消，確保備自投能夠正確動(dòng)作。

2 變電站中壓側(cè)接入分布式電源方式

2.1 事故經(jīng)過

分布式電源發(fā)展迅速，給繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置提出了更要的要求[6-9]。如圖2所示，110 kV甲變電站進(jìn)線722經(jīng)2號(hào)主變帶35 kV全部負(fù)荷、10 kVⅡ段母線負(fù)荷，進(jìn)線711經(jīng)1號(hào)主變帶10 kV的Ⅰ段母線負(fù)荷，某熱電廠經(jīng)熱電311開關(guān)接35 kV的Ⅱ段母線入網(wǎng)。35 kV主變備自投充電完成，當(dāng)35 kV甲、乙兩段母線均失壓，且2號(hào)主變35 kV側(cè)302開關(guān)無流，跳開302開關(guān)，確認(rèn)302開關(guān)跳開后，合上1號(hào)主變中壓側(cè)301開關(guān)；10 kV部分采用10 kV母聯(lián)備自投，跳101或102開關(guān)，合10 kV母聯(lián)110開關(guān)。

某日，2號(hào)主變內(nèi)部故障，瓦斯、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)跳閘；10 kV母聯(lián)備自投空跳102開關(guān)，合上10 kV母聯(lián)110開關(guān)，動(dòng)作正確及時(shí)；35 kV備自投未及時(shí)動(dòng)作，經(jīng)1.0 s延時(shí)后備自投滿足條件，確認(rèn)302開關(guān)分閘后，合上301開關(guān)。

2.2 事故分析

圖2 分布式電源接入的變電站接線

2號(hào)主變瓦斯、差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳三側(cè)開關(guān)后，35 kV母線所接的熱電廠側(cè)發(fā)電機(jī)裝有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置，當(dāng)母線電壓降低，通常在低于額定值的80%～85%時(shí)，強(qiáng)勵(lì)裝置動(dòng)作，迅速提高母線電壓[6]。則甲站的備自投裝置因35 kV甲、乙2條母線有壓而未及時(shí)動(dòng)作，而熱電廠輸出功率不能滿足正常對(duì)外供電，待頻率降低至低頻解列裝置設(shè)定值，經(jīng)整定動(dòng)作時(shí)限1.0 s，熱電廠解列，此時(shí)甲站的35 kV部分備自投裝置滿足動(dòng)作條件，確認(rèn)302開關(guān)跳開后，合上301開關(guān)。

2.3 改進(jìn)措施

通常并網(wǎng)小發(fā)電廠都裝設(shè)了可靠的保護(hù)和解列裝置，而甲變電站的主變保護(hù)應(yīng)具備聯(lián)切小發(fā)電廠的功能[10]。即當(dāng)2號(hào)主變主保護(hù)或后備保護(hù)動(dòng)作跳35 kV側(cè)302開關(guān)時(shí)，同時(shí)增加跳開35 kV熱電廠的上網(wǎng)311開關(guān)，使熱電廠機(jī)組盡快與系統(tǒng)解列。這樣可以使主變或上級(jí)電源出線故障時(shí)，備自投及時(shí)動(dòng)作，保護(hù)電氣設(shè)備。同時(shí)，當(dāng)35 kV母線故障或35 kV出線相間故障出線開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，加快切除熱電廠的短路故障電流。

甲站備自投裝置引入熱電廠上網(wǎng)開關(guān)311開關(guān)位置接點(diǎn)，在35 kV備自投裝置動(dòng)作時(shí)先跳開35 kV熱電廠上網(wǎng)開關(guān)311開關(guān)，在確認(rèn)311開關(guān)跳開后，再投入備用電源301開關(guān)，可以防止備自投裝置在投入備用電源后發(fā)生非同期并列。

3 串供線路運(yùn)行

3.1 事故經(jīng)過

110 kV甲變電站采用單母分段接線形式，甲乙711線、甲乙722線分別帶甲變電站的110 kV的Ⅰ段、Ⅱ段母線，上級(jí)電源引自乙變電站的不同母線，1號(hào)、2號(hào)主變分列運(yùn)行；另有甲丙733線運(yùn)行于110 kVⅠ段母線帶丙變電站的全部負(fù)荷，這種串供線路供電方式在電網(wǎng)建設(shè)相對(duì)滯后的地區(qū)普遍存在[11]。甲變電站110 kV備自投采用110 kV母聯(lián)710開關(guān)備自投，即跳甲乙711開關(guān)或甲乙722開關(guān)，合110 kV母聯(lián)710開關(guān)；主變35 kV側(cè)備自投投跳1號(hào)主變301開關(guān)或2號(hào)主變302開關(guān)，合35 kV母聯(lián)310開關(guān)；主變10 kV側(cè)備自投投跳1號(hào)主變101開關(guān)或2號(hào)主變102開關(guān)，合10 kV母聯(lián)110開關(guān)。

串供線路供電變電站接線如圖3所示。某日，甲變電站甲丙733線距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，甲丙733開關(guān)拒動(dòng)，乙變電站的乙甲711線距離保護(hù)Ⅲ段動(dòng)作，跳開乙甲711開關(guān)，重合不成功；甲變電站110 kV母聯(lián)備自投滿足動(dòng)作條件，跳開甲乙711開關(guān)，合上110 kV母聯(lián)710開關(guān)。隨后，乙變電站乙甲722線距離保護(hù)Ⅲ段動(dòng)作，跳開乙甲722開關(guān)，重合不成功，甲丙2個(gè)變電站全站失電。并且故障點(diǎn)處經(jīng)歷了4次短路電流沖擊。

圖3 串供線路供電的變電站接線

3.2 事故分析

（1）保護(hù)配合不完全，不滿足繼電保護(hù)選擇性要求，待備自投動(dòng)作后，應(yīng)由甲變電站的110 kV母聯(lián)710開關(guān)切斷故障，而非上級(jí)電源越級(jí)跳閘。

（2）備自投動(dòng)作后，將備用電源合于故障線路屬于誤動(dòng)，備自投閉鎖條件不完善。

（3）串供線路影響供電可靠性，再加上開關(guān)拒動(dòng)，勢(shì)必影響非故障部分正常供電。

3.3 改進(jìn)措施

（1）110 kV母聯(lián)710開關(guān)加裝母聯(lián)保護(hù)，當(dāng)備自投動(dòng)作，將故障點(diǎn)引至備用線路上時(shí)，母聯(lián)保護(hù)可以跳開母聯(lián)切除故障，避免停電范圍的擴(kuò)大，并且減少了1次對(duì)故障點(diǎn)的短路電流沖擊，但不能阻止備自投裝置的誤動(dòng)。

（2）增加備自投閉鎖條件。如甲丙733線 路保護(hù)動(dòng)作而甲丙733開關(guān)拒動(dòng)、甲站1號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作而701開關(guān)拒動(dòng)，以及甲變電站的110 kVⅠ段母線發(fā)生故障，110 kV母聯(lián)備自投都應(yīng)可靠不動(dòng)作。此時(shí)，甲乙711開關(guān)內(nèi)都有故障電流經(jīng)過，數(shù)值超過整定值，且持續(xù)時(shí)間超過上級(jí)電源乙站乙甲711距離保護(hù)Ⅱ段動(dòng)作時(shí)間0.6 s，即可對(duì)甲站的110 kV母聯(lián)備自投閉鎖。如圖4所示，增加備自投閉鎖條件，可提高備自投動(dòng)作可靠性。

圖4 增加進(jìn)線過流閉鎖備自投方案

（3）退出主備線路距離保護(hù)Ⅱ段、Ⅲ段啟動(dòng)重合閘功能，防止備自投誤動(dòng)作時(shí)對(duì)永久性故障點(diǎn)形成多次沖擊。

（4）加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，消除串供線路，完善電網(wǎng)布局，可顯著提高供電可靠性。

4 結(jié)語

分析了主備電源引自同一電源系統(tǒng)、變電站中壓側(cè)接入分布式電源、電網(wǎng)存在串供線路3種特殊運(yùn)行方式下，備自投的動(dòng)作行為，詳盡剖析了動(dòng)作原因，并給出了切實(shí)可行的改進(jìn)措施，確保當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，備自投裝置都能夠正確動(dòng)作，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和設(shè)備的安全，顯著提高了備自投裝置的可靠性與安全性，對(duì)今后的運(yùn)行方式安排與備自投方案設(shè)計(jì)有較好的參考價(jià)值。

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