馬殿勛，周靜位，吉元濤，李家漢，梁 剛，趙思意

(中國長江電力股份有限公司白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 寧南 615400)

備自投裝置是當(dāng)工作電源因故障或其他原因斷開后，能快速自動地啟動備用電源或其他正常工作電源，使工作電源被斷開的負(fù)荷不停電的一種自動裝置。當(dāng)運行的電源發(fā)生故障時，能自動快速地將備用電源投入，能有效地避免重要負(fù)荷因失去電源而造成損失，保障設(shè)備持續(xù)供電[1]。隨著對電網(wǎng)運行質(zhì)量要求的不斷提高，備自投動作的準(zhǔn)確性及可靠性也備受關(guān)注，導(dǎo)致備自投異常動作的因素有備自投程序邏輯缺陷、電壓變送器故障、內(nèi)部模塊損壞、開關(guān)電機損壞及控制回路故障等，若備自投發(fā)生誤動或拒動，可能造成電網(wǎng)故障范圍擴大,從而影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行[2]。

根據(jù)缺陷統(tǒng)計分析顯示，該大型水電站400 V備自投缺陷主要原因是由于電壓變送器模擬量輸出錯誤及程序缺陷導(dǎo)致PLC誤判。電壓變送器長期運行后確有輸出不穩(wěn)定現(xiàn)象，變送器出現(xiàn)輸出嚴(yán)重偏移時，在正常分段運行時可能不會表現(xiàn)出故障，只有在備自投需要動作或者有動作激勵的條件下才表現(xiàn)出來，可能會導(dǎo)致某些情況下備自投異常動作。廠內(nèi)大多數(shù)供電點均出現(xiàn)過電壓變送器輸出不正確的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致備自投異常動作。采用了參照法或替代法等故障處理方法，快速有效的對故障定位、分析及處理，為系統(tǒng)排除了故障隱患，增強備自投動作的可靠性和準(zhǔn)確性，提高了電廠的安全運行質(zhì)量。

1 大型水電站400 V備自投過程

大型水電站廠內(nèi)400 V備自投盤柜主要由PLC(西門子S7-300)、電壓變送器、中間繼電器、開關(guān)把手、指示燈等構(gòu)成，備自投裝置電源采用雙電源供電。正常運行時單母分段運行，兩段母線各有一路電源供。備自投裝置功能如下：

1)備自投裝置設(shè)置3種工作模式。①全自動模式，當(dāng)主供電源失電后，跳開主供電源開關(guān)，發(fā)自投指令合備用電源開關(guān)；當(dāng)主供電源恢復(fù)正常后，自動啟動返回程序，斷開備用電源開關(guān)，合主供電源開關(guān)；②半自動模式，當(dāng)主供電源失電后，跳開主供電源開關(guān)，發(fā)自投指令合備用電源開關(guān)；當(dāng)主供電源恢復(fù)正常后，不自動返回主供電源供電，維持原供電方式；③退出模式，備自投退出。

2)參與備自投的主、備電源開關(guān)手動分閘起動備自投，以便實現(xiàn)自動倒閘操作，設(shè)置了PT回路斷線閉鎖及母線故障閉鎖。

3)備自投裝置具備自恢復(fù)功能，兩個進(jìn)線電源都恢復(fù)正常后，備自投動作斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，合上失壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)，恢復(fù)單母分段運行。

4)每套備自投柜共設(shè)置4個電壓變送器，用于監(jiān)測兩段進(jìn)線電壓及兩段母線電壓，并輸出4～20 mA模擬量送至PLC進(jìn)行有壓(>320 V)、無壓(<100 V)判別。Ⅰ段進(jìn)線電壓監(jiān)測(BV1)，Ⅱ段進(jìn)線電壓監(jiān)測(BV2)，Ⅰ段母線線電壓監(jiān)測(BV3)，Ⅱ段母線線電壓監(jiān)測(BV4)。電壓變送器輸出電流正常時，閾值見表1[3]。

表1 電壓變送器輸出電流閾值表

400 V Ⅰ、Ⅱ段母線由兩個進(jìn)線電源分別供電，兩個進(jìn)線電源互為備用，Ⅰ、Ⅱ段母線間有聯(lián)絡(luò)開關(guān)[4]。正常運行時，400 V Ⅰ、Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)均處于合閘位置分別向兩段母線供電，兩段母線電壓正常，聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于斷開位置。當(dāng)某段進(jìn)線失壓，另一段進(jìn)線電源正常，則失壓段進(jìn)線開關(guān)延時2.5 s跳閘，聯(lián)絡(luò)柜中的備自投裝置判斷某段進(jìn)線失壓后，進(jìn)線開關(guān)處于斷開位置且無閉鎖信號時，聯(lián)絡(luò)開關(guān)合閘向失壓側(cè)母線供電。當(dāng)失壓側(cè)進(jìn)線電壓恢復(fù)正常，備自投裝置延時60 s自恢復(fù)斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，合上失壓側(cè)進(jìn)線開關(guān)，恢復(fù)分段運行[5]。

2 備自投裝置異常動作及原因分析

2.1 事件概況

大型水電站運行人員進(jìn)行10 kV廠用電倒閘操作時，400 V供電點21JS備自投異常動作導(dǎo)致400 V Ⅱ段母線失電。供電點21JS備自投接線示意圖1所示。

圖1 400 V供電點21JS備自投接線示意圖

2.1.1 倒閘前運行方式

1)10 kV 18 M、19 M由廠內(nèi)14 M供電，G18K14、G19K18開關(guān)合位；10 kV 17M由廠內(nèi)11 M供電，G17K11開關(guān)合位；

2)400 V Ⅰ、Ⅱ段母線分段運行正常，分別由17 M、18 M供電，備自投在“遠(yuǎn)方”、“全自動”方式。

2.1.2 事件描述

運行人員在10 kV 18 M、19 M由G18K14開關(guān)供電倒電至G17K19開關(guān)供電的過程中，18 M備自投動作斷開G18K14，18 M失電，10 kV備自投動作成功。與此同時，400 V備自投誤動作再分進(jìn)線開關(guān)4272，但聯(lián)絡(luò)開關(guān)4JS21合閘失敗。倒閘成功后18 M復(fù)電，II段進(jìn)線電壓恢復(fù)，400 V 備自投發(fā)生拒動現(xiàn)象。運行人員現(xiàn)場退出400 V 21JS供電點備自投，手動合上Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)4272后，Ⅰ、Ⅱ段母線分段運行正常。分析發(fā)現(xiàn)以下兩個問題：

1)備自投誤動作。10 kV廠用電倒閘操作過程中，由于10 kV備自投已正確動作，400 V備自投不應(yīng)動作。

2)主供電源自恢復(fù)后備自投動作失敗。倒閘成功后，400 V Ⅱ段進(jìn)線電壓恢復(fù)，400 V備自投本應(yīng)動作斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)4JS21、合上進(jìn)線開關(guān)4272，但發(fā)生了拒動。

2.2 備自投異常動作原因分析

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，備自投柜內(nèi)PLC裝置、指示燈及二次回路等均無異?，F(xiàn)象，監(jiān)控系統(tǒng)未報“故障”、“閉鎖”、“斷線”等異常信號。

2.2.1 備自投誤動作原因分析

檢查10 kV 18 M備自投在“半自動”模式，遠(yuǎn)方發(fā)令斷開G18K14開關(guān)，檢查18 M備自投動作正常，G18K14開關(guān)分閘正常，G17K19開關(guān)合閘正常，17 M帶18 M、19 M運行正常?？紤]10 kV備自投和400 V備自投的時間配合關(guān)系，10 kV備自投已正確動作，400 V備自投不應(yīng)動作。查看監(jiān)控系統(tǒng)報警信號，通過查詢監(jiān)控報警信號與運行日志，從G18K14合閘復(fù)歸到G17K19合閘動作所用時間為2.101 s，如圖2所示；查看10 kV備自投動作試驗波形，母線失壓時間為2.021 s；查看400 V供電點21JS備自投程序中進(jìn)線開關(guān)延時跳閘設(shè)置為2 s，小于10 kV母線失壓時間，10 kV 備自投和400 V備自投的時間配合不當(dāng)導(dǎo)致400 V 備自投誤動作。

圖2 G18K14與G17K19監(jiān)控系統(tǒng)動作信號圖

2.2.2 主供電源自恢復(fù)后備自投動作失敗原因分析

1)Ⅱ段進(jìn)線失壓后(10 kV 18 M備自投分G18K14，18 M失電)，備自投動作分Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)4272成功，維護人員現(xiàn)場查看備自投裝置處于全自動模式，且無“故障”、“閉鎖”、“斷線”等異常信號，同時檢查BV1、BV2電流輸出量正確，所以Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)4272分閘成功，但聯(lián)絡(luò)開關(guān)4JS21合閘失敗。動作邏輯見圖3。

圖3 全自動/半自動，Ⅱ段進(jìn)線失壓分進(jìn)線開關(guān)邏輯圖

2)由于監(jiān)控系統(tǒng)無異常報警信號，檢查Ⅱ段進(jìn)線開關(guān)4272分閘位置開入正確，備自投全自動模式，初步懷疑是BV2、BV3或BV4長期運行后電流輸出異常導(dǎo)致，由2.2.1可知，BV2電流輸出正確，只能是BV3或BV4輸出異常導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)開關(guān)4JS21合閘失敗，動作邏輯見圖4。當(dāng)Ⅱ段進(jìn)線電壓恢復(fù)后，備自投未動作，經(jīng)過分析是BV4輸出異常導(dǎo)致。維護人員現(xiàn)場測量BV3、BV4輸出電流，發(fā)現(xiàn)BV3電流輸出不穩(wěn)定，BV4電流測量值偏小，導(dǎo)致PLC未正確采集到模擬量進(jìn)行邏輯判斷，導(dǎo)致備自投拒動，動作邏輯見圖5。

圖4 Ⅱ段進(jìn)線失壓，備自投動作合聯(lián)絡(luò)開關(guān)邏輯圖

圖5 Ⅱ段進(jìn)線電壓恢復(fù)，備自投動作邏輯圖

3 結(jié) 語

大型水電站400 V供電點備自投動作失敗的主要原因是由于電壓變送器長期運行后輸出異?；蜷g歇性異常，備自投程序存在缺陷，導(dǎo)致PLC備自投動作失敗。當(dāng)電壓變送器單個出現(xiàn)輸出異常(如輸入電壓400 V左右，輸出電流小于14.24 mA)時，正常運行的備自投不會誤動，也不會發(fā)出電壓變送器輸出異常告警，但備自投會拒動。針對此類問題提出以下解決措施[6]：

1)針對電壓變送器長期運行后模擬量輸出不穩(wěn)定，采購新型電壓變送器進(jìn)行更換，其工作電壓、輸入電壓、輸出電流與原型號完全一致，具備輸出電流實時顯示界面。針對現(xiàn)場情況，考慮到運行的可靠性，現(xiàn)場更換為4個新型電壓變送器，由于廠內(nèi)運行環(huán)境基本一致，電壓變送器故障應(yīng)是由其在運行環(huán)境使用的壽命所致，但沒有明確的數(shù)據(jù)分析出電壓變送器的大致壽命。

2)考慮到廠內(nèi)10 kV備自投和400 V備自投的時間配合關(guān)系，重新梳理優(yōu)化備自投程序，修改進(jìn)線開關(guān)延時跳閘修改為2.5 s，保證兩者時間配合的正確性。

3)電壓變送器是備自投電壓判別的重要元件，可取消電壓變送器，改為電壓繼電器，并對備自投邏輯程序進(jìn)行修改，利用電壓繼電器的接點代替電壓變送器輸出的模擬量判別邏輯，有效規(guī)避電壓變送器電流輸出不穩(wěn)定的問題。

4)在備自投程序中增加電壓變送器輸出電流監(jiān)視功能模塊，利用“開關(guān)合位時，開關(guān)兩側(cè)進(jìn)線(母線)有壓不一致”判電壓變送器輸出電流異常，并上送監(jiān)控系統(tǒng)，以便提前發(fā)現(xiàn)并處理故障電壓變送器。

本文主要以大型水電站400 V備自投異常動作為案例，結(jié)合備自投動作邏輯進(jìn)行分析，總結(jié)提出改進(jìn)措施，改進(jìn)后的備自投運行情況穩(wěn)定，缺陷率降低，極大的提高了電廠的運行可靠性。