程　　方，田中強(qiáng)，宋　　坤，孫　　鵬

備用電源自動(dòng)投入裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

程方1，田中強(qiáng)2，宋坤2，孫鵬2

（1.山東省電力企業(yè)協(xié)會(huì)，濟(jì)南250101；2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濟(jì)寧供電公司，山東濟(jì)寧272100）

對(duì)電力系統(tǒng)中備用電源自動(dòng)投入裝置的概念、備用方式進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求、定值整定原則進(jìn)行分析，并舉例說(shuō)明備用電源自動(dòng)投入方式的動(dòng)作邏輯。

備自投裝置；備用方式；定值整定

0　　引言

在電力系統(tǒng)中，很多變電站（或用戶(hù)）是由單電源的輻射形網(wǎng)絡(luò)供電的。當(dāng)供電電源由于某種原因而斷開(kāi)時(shí)，由它供電的變電站（或用戶(hù)）將失去電源，給用電企業(yè)經(jīng)濟(jì)造成不同程度的損失。為了消除或減少損失，保證不間斷供電，在某些變電站（或用戶(hù)）中采用了備用電源自動(dòng)投入裝置。

1　　備用電源自動(dòng)投入裝置

備用電源自動(dòng)投入裝置就是當(dāng)工作電源因故障或其他原因被斷開(kāi)以后，能自動(dòng)迅速地將備用電源投入工作或?qū)⒂脩?hù)供電切換到其他正常工作的電源上去，使用戶(hù)不停電的一種裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)BZT裝置。變電站的一次設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及BZT作用的開(kāi)關(guān)如圖1、圖2所示。

在圖1中，正常情況下電源1工作，電源2處于備用狀態(tài)。當(dāng)電源1線路發(fā)生故障時(shí)，對(duì)側(cè)繼電保護(hù)動(dòng)作，斷開(kāi)對(duì)側(cè)斷路器，線路失電，本側(cè)BZT裝置動(dòng)作，斷開(kāi)斷路器1DL，將斷路器2DL自動(dòng)投入，保證繼續(xù)供電。

圖1　BZT作用于1DL、2DL開(kāi)關(guān)

圖2　BZT作用于2DL、4DL開(kāi)關(guān)

在圖2中，正常情況下變壓器B1運(yùn)行，變壓器B2處于備用狀態(tài)。當(dāng)變壓器B1發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，斷開(kāi)斷路器1DL和3DL，然后BZT裝置動(dòng)作，將2DL和4DL自動(dòng)投入，備用變壓器B2投入工作，保證繼續(xù)供電。

2　　備自投的備用方式

專(zhuān)職備用方式。一個(gè)元件運(yùn)行，另一個(gè)元件僅為運(yùn)行元件作備用（備用電源正常不工作），這樣的結(jié)線叫專(zhuān)職備用，圖1、圖2方式就是專(zhuān)職備用。

互為備用方式。一個(gè)元件不僅運(yùn)行，而且還為另一個(gè)元件作備用（備用電源正常工作），這樣的結(jié)線叫互為備用，圖3、圖4就是互為備用。

圖3　BZT作用于1DL、2DL、5DL開(kāi)關(guān)

圖4　BZT作用于3DL、4DL、5DL開(kāi)關(guān)

從圖3、圖4工作情況可見(jiàn)，如果不采用BZT裝置，要想達(dá)到同樣的供電可靠性，同一母線必須由兩路電源供電或兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行，這樣勢(shì)必造成繼電保護(hù)配置復(fù)雜，短路電流增大，設(shè)備投資增加等冗余和浪費(fèi)，因此，采用不同運(yùn)行方式的BZT裝置，對(duì)電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是一種有效的手段，且提高了供電的可靠性。

3　BZT裝置基本要求

能反映工作母線失去電壓的狀態(tài)。當(dāng)工作母線因變壓器、線路發(fā)生故障或運(yùn)行的斷路器因某種原因自動(dòng)跳閘時(shí)，工作母線將失去電壓，這時(shí)備用電源應(yīng)自動(dòng)投入，以保證不間斷的供電。

斷開(kāi)工作電源后投入。把備用電源投入到故障元件上，易導(dǎo)致擴(kuò)大事故，加重設(shè)備損壞程度，且達(dá)不到備用電源自動(dòng)投入裝置的預(yù)定效果。所以備用電源應(yīng)在工作電源斷開(kāi)后才能投入。

BZT裝置只應(yīng)動(dòng)作一次。當(dāng)工作母線或其引出線上發(fā)生永久性故障時(shí)，備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作后，切除工作電源、投入備用電源。由于故障仍然存在，備用電源上的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，又將備用電源斷開(kāi)。這時(shí)候不允許再次投入備用電源，以免擴(kuò)大事故，對(duì)系統(tǒng)造成再次沖擊。

BZT裝置延時(shí)時(shí)間的整定原則。從工作母線失去電壓到備用電源自動(dòng)投入為止，中間有一段停電時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，從母線上取得電源的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，甚至降到零。如果停電時(shí)間較長(zhǎng)，異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間將過(guò)長(zhǎng)，啟動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將引起繞組發(fā)熱，有些情況下甚至不能啟動(dòng)；另外，啟動(dòng)電流過(guò)大，將使電網(wǎng)電壓降低。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)指出，停電時(shí)間不應(yīng)超過(guò)0.5～1.5 s。但必須指出，在某些情況下BZT裝置的動(dòng)作時(shí)間要躲過(guò)線路的重合閘時(shí)間 （如主供電源線路上發(fā)生瞬時(shí)性故障，電源重合成功后需要繼續(xù)供電者），不得不采用停電時(shí)間較長(zhǎng)的備用電源自動(dòng)投入裝置。在某些情況下BZT裝置的動(dòng)作時(shí)間雖然不需要躲過(guò)線路的重合閘時(shí)間 （如當(dāng)工作母線或其引出線上發(fā)生瞬時(shí)性故障，可立即斷開(kāi)主供電源而投入備用電源者），也必須考慮到故障點(diǎn)的去游離時(shí)間，以保證備用電源自動(dòng)投入成功。特殊情況下（如變壓器內(nèi)部故障或差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)故障）BZT則不需要?jiǎng)幼鲿r(shí)間（僅裝置的固有時(shí)間），可立即斷開(kāi)主供電源而投入備用電源。

一次系統(tǒng)正常，BZT裝置不應(yīng)動(dòng)作。運(yùn)行中較易出現(xiàn)電壓互感器二次失去電壓的情況，但此時(shí)一次回路仍正常，工作母線仍照常供電，所以此時(shí)不應(yīng)使備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作，電壓互感器二次斷線時(shí)應(yīng)閉鎖BZT裝置。

備用電源無(wú)電壓時(shí)，BZT裝置不應(yīng)動(dòng)作。因?yàn)樵谶@種情況下即使動(dòng)作也是沒(méi)有實(shí)際意義的，備用電源自動(dòng)投入裝置不應(yīng)動(dòng)作。

正常操作斷開(kāi)工作電源時(shí)，BZT裝置不應(yīng)動(dòng)作。因?yàn)檎２僮鲾嚅_(kāi)工作電源，本身就是需要將用電設(shè)備停電，所以備用電源自動(dòng)投入裝置不應(yīng)動(dòng)作。

BZT裝置的邏輯構(gòu)成。為滿(mǎn)足BZT裝置的基本要求，BZT裝置應(yīng)由兩個(gè)基本部分組成：低電壓?jiǎn)?dòng)部分，當(dāng)工作母線因各種原因失去電壓時(shí)，經(jīng)一定延時(shí)斷開(kāi)工作電源；自動(dòng)合閘部分，在工作電源的斷路器斷開(kāi)后，將備用電源的斷路器自動(dòng)投入。

4　　備用電源自動(dòng)投入裝置的定值整定原則

4.1低電壓元件的啟動(dòng)電壓

低電壓元件的啟動(dòng)值按兩個(gè)原則確定。

1）躲開(kāi)工作母線上的電抗器或變壓器后發(fā)生的短路故障。此故障母線上的殘余電壓相當(dāng)大，不應(yīng)將工作電源斷開(kāi)，即低電壓元件不應(yīng)動(dòng)作。故有

即

式中：UZX為電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最低電壓；f為返回系數(shù)，f＞1。

4.2時(shí)間元件的動(dòng)作時(shí)間

時(shí)間元件的動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與線路過(guò)流保護(hù)時(shí)間相配合。當(dāng)線路發(fā)生故障，母線殘壓降低到低電壓?jiǎn)?dòng)值時(shí)，應(yīng)由線路保護(hù)切除故障而不應(yīng)使備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作。即

式中：tDZ為時(shí)間元件的動(dòng)作時(shí)間；td.Zd為線路保護(hù)切除故障的最大動(dòng)作時(shí)間；Δt為時(shí)間余度，取0.5 s。

4.3過(guò)電壓元件的啟動(dòng)電壓

備用電源最低運(yùn)行電壓時(shí)，過(guò)電壓元件應(yīng)可靠動(dòng)作。此時(shí)滿(mǎn)足

式中：UDZ為低電壓元件動(dòng)作電壓；UCY為母線上的殘余電壓；n為電壓互感器變比；k為可靠系數(shù)，取1.1～1.3。

2）躲過(guò)線路故障切除后電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)時(shí)的最低電壓。若出線上發(fā)生故障離工作母線很近，此時(shí)母線殘余電壓很低接近于零，低電壓元件必然動(dòng)作。當(dāng)故障由出線斷路器切除后，母線電壓恢復(fù)，但由于電動(dòng)機(jī)自啟動(dòng)，電壓不能立即恢復(fù)到正常運(yùn)行電壓，在此電壓下，低壓?jiǎn)?dòng)應(yīng)可靠返回。此時(shí)

式中：UB.ZX為備用電源最低運(yùn)行電壓。

5　BZT裝置應(yīng)用

5.1進(jìn)線備投（專(zhuān)職備用）

正常運(yùn)行方式如圖5所示，110 kV市中I線為變電站進(jìn)線主供電源，110 kV市中Ⅱ線為變電站進(jìn)線備用電源，兩線路變壓器組高低壓側(cè)并列運(yùn)行，當(dāng)任一線路故障時(shí) （以市中Ⅰ線線路故障為例），110 kV市中Ⅱ線開(kāi)關(guān)（4713）備自投動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖6。

圖5　　進(jìn)線備投方式下BZT作用的開(kāi)關(guān)

圖6　4713備自投動(dòng)作邏輯

5.2分段備投（互為備用）

正常運(yùn)行方式如圖7所示，110 kV市中I線、110 kV市中Ⅱ線均為變電站進(jìn)線主供電源，兩線路變壓器組高低壓側(cè)分裂運(yùn)行，當(dāng)任一線路故障時(shí)（以市中Ⅰ線線路故障為例），110 kV分段開(kāi)關(guān)（4712）備自投動(dòng)作邏輯如圖8所示。

圖7　　分段備投方式下BZT作用的開(kāi)關(guān)

圖8　4712備自投動(dòng)作邏輯

5.3分段加速備投（互為備用）

正常運(yùn)行方式如圖9所示，110 kV市中I線、110 kV市中Ⅱ線均為變電站進(jìn)線主供電源，兩線路變壓器組高低壓側(cè)分裂運(yùn)行，當(dāng)任一變壓器故障時(shí)（以1號(hào)主變故障為例），10 kV分段開(kāi)關(guān) （47010）加速備自投動(dòng)作邏輯：當(dāng)BZT裝置上電正常后，無(wú)閉鎖分段備自投條件發(fā)生，分段備自投的軟、硬壓板均處于投入位置，開(kāi)關(guān)47001、47002處于合位，開(kāi)關(guān)47010處于分位，1號(hào)主變本體或差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，1號(hào)主變后備保護(hù)未動(dòng)作，且1號(hào)主變47001開(kāi)關(guān)無(wú)電流，10 kVⅠ母線電壓異常 （＜40%），10 kVⅡ母線電壓正常（＞80%）時(shí)，備自投裝置起動(dòng)，無(wú)時(shí)限（裝置固有時(shí)間）跳開(kāi)1號(hào)主變47001開(kāi)關(guān)后，立即合上10 kV分段47010開(kāi)關(guān)，分段加速備投結(jié)束。

6　　結(jié)語(yǔ)

圖9　　分段加速備投方式下BZT作用的開(kāi)關(guān)

采用備用電源自動(dòng)投入裝置可以提高供電可靠性。對(duì)BZT裝置的概念、備自投方式進(jìn)行說(shuō)明，確定BZT裝置在電力系統(tǒng)中的作用，對(duì)BZT裝置的備投方式、工作的基本要求、定值的整定原則進(jìn)行分析以及應(yīng)用舉例，掌握BZT裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。

Application Analysis of Standby Power Automatic Input Device in Power System

CHENG Fang1，TIAN Zhongqiang2，SONG Kun2，SUN Peng2
（1.Shandong Electric Power Enterprise Association，Jinan 250101，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272100，China）

The concept and the standby mode of the standby power automatic input device in the power system are explained. The basic requirements of the automatic input device of standby power supply and the setting principle of the fixed value setting are analyzed，and an example is given to explain the action logic of the automatic input mode of the standby power supply.

automatic throw-in equipment of emergency power supply；standby mode；fixed value setting

TM762.1

B

1007-9904（2016）06-0048-03

2016-04-14

程方（1988），女，從事山東省電力行業(yè)安全咨詢(xún)、技術(shù)指導(dǎo)工作；田中強(qiáng)（1963），男，高級(jí)技師，從事變電運(yùn)維技術(shù)管理工作；宋坤（1990），男，從事變電運(yùn)維安全管理工作；孫鵬（1985），男，從事變電運(yùn)維管理工作。