張強(qiáng) 王東

摘 要：在電力系統(tǒng)中，因?yàn)楣收匣蛘咂渌蛟斐捎秒娫O(shè)備斷電的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。備自投的作用就是當(dāng)工作電源因故障斷開(kāi)后，能自動(dòng)而迅速地將備用電源投入到工作中或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去，從而使用戶不至于被停電的一種自動(dòng)控制裝置。文章主要對(duì)330 kV變電站內(nèi)站用電交流400 V備自投的工作原理做了詳細(xì)介紹，分析了備自投裝置的運(yùn)行邏輯及調(diào)試方法，指出了備自投運(yùn)行過(guò)程中的其他功能，以期通過(guò)文章的論述能夠?qū)╇娤到y(tǒng)的工作起到一定的輔助作用。

關(guān)鍵詞：400V備自投;工作原理;保護(hù)邏輯;調(diào)試方法

中圖分類號(hào)：TM762.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）11-107-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.036

微機(jī)備自投裝置在發(fā)生故障需要將備用電源投入時(shí)，應(yīng)正確動(dòng)作，且只允許動(dòng)作一次。為了滿足這個(gè)要求，裝置采用了類似于自動(dòng)重合閘“充放電”的概念模擬這種功能。備自投裝置滿足啟動(dòng)條件，開(kāi)始“充電”;經(jīng)過(guò)一定的“充電時(shí)間”后，“充電”完成，備自投裝置準(zhǔn)備就緒;當(dāng)備自投動(dòng)作后或滿足任一閉鎖條件時(shí)，會(huì)立即瞬時(shí)“放電”，“放電”后備自投裝置被閉鎖[1]。

因此，備用電源自動(dòng)投入裝置控制條件主要有充電條件、閉鎖條件、啟動(dòng)條件三個(gè)類型。考慮充電時(shí)間的重要因素是因?yàn)榈入娏ο到y(tǒng)由于故障造成的不利影響全部消失，電力系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，躲開(kāi)對(duì)面旁邊線路末端保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間及重合閘時(shí)間，防止重合到故障上，使故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

1 備自投工作原理及保護(hù)邏輯

備自投的主要形式有母聯(lián)或橋開(kāi)關(guān)備投、進(jìn)線備自投、線路開(kāi)關(guān)備自投、變壓器備自投以及均衡負(fù)荷母聯(lián)備自投。

以某330 kV變電站交流400 V備自投系統(tǒng)為例，如圖1所示：

正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)4001、4002斷路器在斷開(kāi)狀態(tài)，401、402、403斷路器在合位，3號(hào)站用變作為1號(hào)及2號(hào)站用變備用電源，該備自投屬于母聯(lián)備自投，該站備自投只能單向備用，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)互備。

該站備自投二次設(shè)備為北京四方數(shù)字式CSC—246保護(hù)裝置[2]，備用電源自動(dòng)投入裝置動(dòng)作邏輯如下：正常運(yùn)行時(shí)，母聯(lián)4001、4002斷路器在斷開(kāi)狀態(tài)，400 V Ⅰ母、Ⅲ母兩段母線分裂運(yùn)行，400 V Ⅱ母、Ⅲ母兩段母線分裂運(yùn)行，當(dāng)Ⅰ母失壓時(shí)，CSC—246充電條件為：400 V Ⅰ母、Ⅲ母三相有壓;401、403斷路器在合位，母聯(lián)4001斷路器在分位;方式1控制字投入;備投壓板投入。

放電條件為：400 V Ⅰ母、Ⅲ母均不滿足有壓條件;母聯(lián)4001斷路器合上;手動(dòng)分閘401或403斷路器;閉鎖有開(kāi)入;401、403、母聯(lián)4001斷路器TWJ異常;401斷路器拒跳;整定控制字將方式1自投退出。備投保護(hù)動(dòng)作出口。

啟動(dòng)條件為：400 V Ⅰ母無(wú)壓;400 V Ⅲ母有壓;400 V Ⅰ母進(jìn)線電流I1無(wú)流。

備自投動(dòng)作過(guò)程：延時(shí)T1跳開(kāi)401斷路器;通過(guò)判斷I1無(wú)流確認(rèn)401斷路器已跳開(kāi)且確認(rèn)Ⅰ母無(wú)壓;延時(shí)T2合上母聯(lián)4001斷路器。

當(dāng)400 V Ⅱ母失壓時(shí)，CSC—246裝置充電條件為：400 V Ⅱ母、Ⅲ母三相有壓;402、403斷路器在合位，母聯(lián)4002斷路器在分位。

放電條件為：400 V Ⅱ母、Ⅲ母均不滿足有壓條件;母聯(lián)4002斷路器合上;手跳402或403斷路器;閉鎖有開(kāi)入;402、403、母聯(lián)4002斷路器TWJ異常;402斷路器拒跳。

啟動(dòng)條件為：400 V Ⅱ母無(wú)壓;400 V Ⅲ母有壓;400 V Ⅱ母進(jìn)線電流I2無(wú)流。

400VⅠ、Ⅲ母?jìng)渥酝侗Ｗo(hù)裝置動(dòng)作主要分為以下步驟：

動(dòng)作步驟1：Ⅰ母失壓時(shí)，400 V Ⅰ母進(jìn)線無(wú)流，Ⅲ母有壓作為啟動(dòng)條件，401斷路器分閘位置及4001斷路器合閘位置作為閉鎖條件，以方式1跳閘延時(shí)時(shí)間T1跳開(kāi)401斷路器。

動(dòng)作步驟2：以401斷路器分閘位置、Ⅰ母無(wú)壓、Ⅲ母有壓作為啟動(dòng)條件，4001合閘作為閉鎖條件，以T3延時(shí)合上4001斷路器。

母聯(lián)備自投動(dòng)作邏輯如圖2所示。

1.1 備自投動(dòng)作遵循的基本原則

用電設(shè)備電源斷開(kāi)后，才能將備用電源切至用電設(shè)備。備用電源自動(dòng)投入裝置要經(jīng)過(guò)一定動(dòng)作時(shí)限才能合上開(kāi)關(guān)，動(dòng)作時(shí)間需大于系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)間。手分?jǐn)嚅_(kāi)用電設(shè)備電源開(kāi)關(guān)時(shí)，備自投不會(huì)保護(hù)動(dòng)作。備自投必須設(shè)置防止誤動(dòng)作的條件，避免將備用電源投切至故障線路上，造成電網(wǎng)二次沖擊。備用電源沒(méi)電時(shí)，備自投不會(huì)保護(hù)動(dòng)作，備自投在保護(hù)裝置TV斷線告警時(shí)，不會(huì)保護(hù)動(dòng)作。備自投僅允許投切一次，避免投切至故障線路，造成電力系統(tǒng)受到更大沖擊，擴(kuò)大投切范圍。

1.2 備自投運(yùn)行遵循的基本原則

應(yīng)該有備用電源或備用設(shè)備;備自投每次動(dòng)作前，都應(yīng)先跳一次故障設(shè)備開(kāi)關(guān)，保證故障設(shè)備開(kāi)關(guān)在分位，才能合上備用電源開(kāi)關(guān)。備用電源電位必須符合相關(guān)要求。對(duì)于雙母接線方式，都應(yīng)該安裝，取線路側(cè)電壓也可以。備自投要考慮跟跳故障設(shè)備開(kāi)關(guān)時(shí)間與投入備用電源開(kāi)關(guān)時(shí)間的配合關(guān)系，盡可能縮短用電設(shè)備失去電源時(shí)間。

2 備自投裝置的試驗(yàn)方法和步驟

2.1 安全措施

防止電壓互感器二次反送電及短路。斷開(kāi)電壓空開(kāi)，在加電壓模擬量處斷開(kāi)端子連接片。

防止電流互感器二次開(kāi)路。檢測(cè)電流互感器二次回路在進(jìn)線控制屏已可靠短接后方可斷開(kāi)連接片。

斷開(kāi)跳、合不做試驗(yàn)?zāi)且欢芜M(jìn)線開(kāi)關(guān)的出口壓板。做哪一套試驗(yàn)就投哪一套相關(guān)的壓板，把另外不做試驗(yàn)的那一套保護(hù)裝置壓板退出，母線帶電的情況需要引起注意。

此外，注意一次運(yùn)行方式倒換時(shí)，二次做相應(yīng)變換的安全措施。

2.2 試驗(yàn)方法及具體步驟

以圖1兩臺(tái)主變互為分段備自投帶開(kāi)關(guān)整組試驗(yàn)為例，只考慮400 V Ⅰ、Ⅲ母之間互備，4001為備自投斷路器。

模擬運(yùn)行方式：400 V Ⅰ母進(jìn)線401斷路器在合位;400 V Ⅲ母進(jìn)線403斷路器在合位;分段4001斷路器在分位。

模擬1號(hào)站用變發(fā)生故障后的主保護(hù)動(dòng)作，造成401開(kāi)關(guān)跳閘，400 V Ⅰ段母線失壓，備自投跟跳401開(kāi)關(guān)后合上4001開(kāi)關(guān)。

模擬PT斷線時(shí)，備自投可靠不動(dòng)作（方法：用微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進(jìn)線I1、I3電流采樣加正常電流，備自投充電完成后，斷開(kāi)400 V Ⅰ母電壓）。

模擬400 V Ⅰ母進(jìn)線401開(kāi)關(guān)手動(dòng)或遙控分閘，備自投可靠不動(dòng)作（方法：用微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進(jìn)線I1、I3電流采樣加正常電流，備自投充電完成后，手動(dòng)分閘401斷路器，斷開(kāi)400 V Ⅰ母母線電壓）。

模擬1號(hào)站用變低后備保護(hù)動(dòng)作后，備自投可靠不動(dòng)作（方法：用微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)儀給備自投裝置400 V Ⅰ、Ⅲ母母線電壓采樣加正常電壓和兩條進(jìn)線電流I1、I3正常電流，備自投充電完成后，先給1號(hào)站用變低后備保護(hù)裝置加一個(gè)故障電流使401開(kāi)關(guān)跳閘，再斷開(kāi)400 V Ⅰ母母線電壓）。

模擬1號(hào)站用變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作或主保護(hù)動(dòng)作后，備自投應(yīng)可靠動(dòng)作（方法：用微機(jī)保護(hù)試驗(yàn)儀給備自投裝置兩段母線電壓采樣加正常電壓和兩條進(jìn)線電流I1、I3采樣加正常電流，備自投充電完成后，給1號(hào)站用變一個(gè)重瓦斯信號(hào)使401開(kāi)關(guān)跳閘后，再斷開(kāi)400 V Ⅰ母母線電壓）。

試驗(yàn)完成后把安全措施拆除，恢復(fù)原樣接線。

3 備自投保護(hù)裝置的其他功能及注意事項(xiàng)

3.1 過(guò)負(fù)荷聯(lián)切

備自投保護(hù)裝置均配置過(guò)負(fù)荷切載保護(hù)，為避免用電設(shè)備負(fù)荷過(guò)大造成備用電源過(guò)載。過(guò)負(fù)荷切載保護(hù)主要通過(guò)以下兩種形式實(shí)現(xiàn)：第一，切除其中一部分不重要的用電設(shè)備，確保投入備用電源時(shí)低于過(guò)負(fù)荷界限，此種方法主要是針對(duì)備用電源容量小、用電設(shè)備負(fù)荷大的地區(qū)，優(yōu)先保障重要的用電設(shè)備;第二，用電設(shè)備切換至備用電源后，通過(guò)備自投裝置自動(dòng)判斷用電設(shè)備負(fù)荷分布狀況，出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷情況時(shí)選擇切掉部分過(guò)負(fù)荷線路。

3.2 合閘后加速保護(hù)

備自投保護(hù)裝置均配有合閘后加速保護(hù)功能，該保護(hù)功能主要有手動(dòng)合閘備用電源斷路器。此時(shí)用電設(shè)備出現(xiàn)故障，將加速跳開(kāi)備用電源斷路器，備自投保護(hù)裝置自動(dòng)合閘備用電源斷路器，此時(shí)用電設(shè)備出現(xiàn)故障，將加速跳開(kāi)備用電源斷路器[3]。

3.3 與其他保護(hù)的配合

備自投裝置的主要作用是提高用電設(shè)備供電可靠性。如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷，如母線發(fā)生單相接地或相間短路故障或者開(kāi)關(guān)失靈跳不開(kāi)，由于母差保護(hù)已經(jīng)斷開(kāi)相應(yīng)斷路器，故障已被隔離開(kāi)，母線已不帶電，備自投裝置將不會(huì)動(dòng)作。相反，如果備自投誤動(dòng)作，將使電力系統(tǒng)遭受二次沖擊。備自投與其他保護(hù)都存在時(shí)，如果其他保護(hù)先動(dòng)作，要給備自投裝置發(fā)送閉鎖命令，禁止備自投動(dòng)作。

3.4 備自投運(yùn)行注意事項(xiàng)

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式配置備自投裝置可簡(jiǎn)化電網(wǎng)運(yùn)行方式，從而限制短路電流，提高故障時(shí)供電端母線殘余電壓。由于電網(wǎng)運(yùn)行方式簡(jiǎn)化，可使繼電保護(hù)配置和整定簡(jiǎn)化，同時(shí)提高了對(duì)受電端供電的可靠性。在對(duì)備自投裝置日常維護(hù)中，充電燈亮不亮是一個(gè)非常重要的信號(hào)。充電燈正常亮，說(shuō)明備自投保護(hù)裝置的充電條件符合，不一定滿足啟動(dòng)條件與動(dòng)作條件。充電燈正常滅，說(shuō)明備自投保護(hù)裝置一定不滿足充電條件，備自投保護(hù)裝置肯定不會(huì)動(dòng)作[4]。

4 備自投不正確動(dòng)作原因分析

4.1 備自投不正確動(dòng)作原因分析

備自投保護(hù)裝置能否準(zhǔn)確投切，取決于保護(hù)定值整定。以目前保護(hù)裝置的發(fā)展趨勢(shì)，裝置準(zhǔn)確動(dòng)作率非常高，備自投保護(hù)裝置出現(xiàn)不正確動(dòng)作的原因大多是與其他保護(hù)配合定值整定問(wèn)題。為使備自投保護(hù)裝置正確動(dòng)作，要考慮備自投與其他保護(hù)相配合的問(wèn)題[5]。

備自投保護(hù)動(dòng)作時(shí)間與線路保護(hù)的重合閘動(dòng)作時(shí)限不匹配，造成備自投不正確動(dòng)作。線路發(fā)生單相接地故障占到線路故障的80 %左右，線路保護(hù)重合閘動(dòng)作一般情況下均能恢復(fù)線路正常供電，線路故障時(shí)不需要投切至備用電源，備自投保護(hù)動(dòng)作時(shí)間應(yīng)比其他保護(hù)動(dòng)作時(shí)限以及重合閘動(dòng)作時(shí)限長(zhǎng)。

對(duì)于存在上下級(jí)備自投接線方式，兩級(jí)備自投動(dòng)作時(shí)限不合適引起備自投不正確動(dòng)作。正常條件下，上級(jí)備自投先動(dòng)作，下級(jí)備自投后動(dòng)作，如果下級(jí)備自投先于上級(jí)備自投動(dòng)作，有可能使電網(wǎng)受到二次沖擊，擴(kuò)大投切范圍。如果在用電設(shè)備負(fù)荷較大時(shí)，下級(jí)備自投比上級(jí)備自投動(dòng)作快，會(huì)造成主變被迫停電，影響其他正常運(yùn)行的主變負(fù)荷增大，發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，甚至造成電力系統(tǒng)大范圍停電[6]。

4.2 平時(shí)工作中維護(hù)檢驗(yàn)備自投的注意事項(xiàng)

現(xiàn)階段，絕大數(shù)備自投保護(hù)裝置為微機(jī)保護(hù)，投運(yùn)時(shí)間較早的保護(hù)裝置為電磁繼電器類的保護(hù)裝置，微機(jī)保護(hù)裝置有利有弊。一方面，微機(jī)保護(hù)裝置人機(jī)交互更友好，保護(hù)裝置更可靠;另一方面，微機(jī)保護(hù)裝置保護(hù)動(dòng)作邏輯不像電磁繼電器類的裝置直觀，給現(xiàn)場(chǎng)檢修人員帶來(lái)挑戰(zhàn)[7]。

維護(hù)與檢驗(yàn)備自投保護(hù)裝置時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

第一，經(jīng)常查看備自投保護(hù)裝置軟件版本，排查備自投保護(hù)裝置軟件是否存在家族性缺陷，對(duì)于存在缺陷的裝置及時(shí)整改，并要求保護(hù)裝置廠家解釋說(shuō)明，必要時(shí)出具解釋說(shuō)明函。對(duì)于新投運(yùn)的備自投保護(hù)裝置，應(yīng)實(shí)際模擬備自投各種動(dòng)作條件，實(shí)際分合備自投斷路器，如果有任何問(wèn)題，應(yīng)停止模擬，查清問(wèn)題后，再繼續(xù)試驗(yàn)。如有必要，應(yīng)有備自投保護(hù)裝置廠家及一次設(shè)備廠家在場(chǎng)指導(dǎo)試驗(yàn)。

第二，做實(shí)做細(xì)備自投保護(hù)裝置定期檢驗(yàn)工作，對(duì)于運(yùn)行方式特殊、保護(hù)動(dòng)作邏輯復(fù)雜、用電設(shè)備負(fù)荷較大的情況，建議將保護(hù)定檢周期由6年定檢一次縮短至3年或4年定檢一次，調(diào)試備自投保護(hù)裝置時(shí)，要仔細(xì)將備自投保護(hù)裝置配置的所有保護(hù)都調(diào)試到位[8]。

第三，對(duì)于部分智能變電站，備自投保護(hù)裝置在監(jiān)控后臺(tái)投入功能軟壓板后，備自投保護(hù)裝置才能完成充電，如果不投入，備自投充電燈不會(huì)亮，因此，要求運(yùn)行操作人員必須熟知這一操作流程。

第四，備自投的停運(yùn)與投運(yùn)均存在操作順序問(wèn)題。例如，備自投保護(hù)裝置退出運(yùn)行時(shí)，第一步將跳閘出口壓板退出，第二步將備自投保護(hù)裝置的直流電源空開(kāi)斷開(kāi)，第三步將備自投保護(hù)裝置涉及的交流電源空開(kāi)斷開(kāi)。備自投保護(hù)裝置投入運(yùn)行，第一步將備自投保護(hù)裝置涉及的交流電源空開(kāi)合上，第二步將備自投保護(hù)裝置的直流電源空開(kāi)合上，第三步將跳閘出口壓板投入，避免備自投保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

用電設(shè)備正常供電電源掉電后，備自投保護(hù)裝置能夠跟跳一次主供電源斷路器，并且迅速準(zhǔn)確地切換至用電設(shè)備，保障用電設(shè)備能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減少了電力系統(tǒng)主變過(guò)負(fù)荷情況的產(chǎn)生，防止電力系統(tǒng)發(fā)生主變過(guò)負(fù)荷切載大范圍停電。在備自投保護(hù)定檢工作過(guò)程中，一定要按照備自投保護(hù)裝置使用說(shuō)明書進(jìn)行調(diào)試，做到應(yīng)檢必檢，不缺項(xiàng)漏項(xiàng)，確保備自投保護(hù)裝置能夠可靠動(dòng)作。

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