林久通＊，李紅霞

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，浙江 杭州）

引言

備自投裝置是在工作電源因故斷開后，自動(dòng)投入備用電源，從而保障供電或盡可能縮小停電區(qū)域的電力系統(tǒng)安全自動(dòng)裝置。尤其在110kV 及以下終端變電站，在進(jìn)線電源不設(shè)線路保護(hù)的情況下設(shè)置備自投，提高了供電可靠性。但考慮到備自投動(dòng)作邏輯與其他保護(hù)配合和電壓回路接線等存在可能影響備自投正確動(dòng)作的情況，需要引起電力工作者的重視和關(guān)注。

1 備自投原理

1.1 備自投作用

在具備雙電源的情況下，其中一電源作為備用電源運(yùn)行。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，備自投迅速動(dòng)作，跳開故障電源，投入備用電源，最大程度減少因工作電源故障導(dǎo)致的電網(wǎng)停電范圍[1]。

1.2 備自投動(dòng)作原理

備自投正常運(yùn)行方式一般包括母分備自投，進(jìn)線備自投。下面以110 千伏內(nèi)橋接線方式為例，說明備自投動(dòng)作原理，接線方式如圖1 所示。

圖1 110kV 備自投主接線

母分備自投方式1 運(yùn)行方式：進(jìn)線1，進(jìn)線2 運(yùn)行，110kV 母分熱備用。當(dāng)110kVⅠ母失壓且進(jìn)線1 無流，110kVⅡ母有壓且進(jìn)線2 有流，在無外部閉鎖開入情況下，備自投動(dòng)作，跳開1QF，合上3QF，110kVⅠ母恢復(fù)送電。

母分備自投方式2 運(yùn)行方式與方式1 邏輯類似。

進(jìn)線1 備自投運(yùn)行方式：進(jìn)線2，110kV 母分運(yùn)行，進(jìn)線1 熱備用。當(dāng)110kVⅠ母、Ⅱ母失壓且進(jìn)線2 無流，進(jìn)線1 線路側(cè)有壓時(shí)，在無外部閉鎖開入的情況下，備自投動(dòng)作，跳開2QF，合上1QF，110kVⅠ、Ⅱ母恢復(fù)送電。

進(jìn)線2 備自投運(yùn)行方式與進(jìn)線1 邏輯類似。

1.3 備自投設(shè)計(jì)功能要求

備自投設(shè)計(jì)功能應(yīng)滿足以下要求：

（1）除發(fā)電廠備用電源快速切換之外，備自投應(yīng)動(dòng)作于工作電源斷開后，防止正常設(shè)備投于故障。

（2）工作電源不論因何種原因消失，除外部閉鎖之外，備自投均應(yīng)動(dòng)作。

（3）備自投只能動(dòng)作一次，防止將正常設(shè)備連續(xù)投于故障。

（4）正常人工斷開工作電源，備自投不動(dòng)作[2]。

2 備自投與其他保護(hù)配合

備自投獨(dú)立于保護(hù)，在正常運(yùn)行狀態(tài)下應(yīng)與其他保護(hù)配合，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 進(jìn)線備自投與主變保護(hù)配合

以圖1 為例，說明進(jìn)線備自投與主變保護(hù)的配合關(guān)系。

假設(shè)為進(jìn)線2 備自投運(yùn)行方式。當(dāng)1 號(hào)主變內(nèi)部發(fā)生故障，1 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開1QF，3QF，1 號(hào)主變10kV 開關(guān)，此時(shí)滿足備自投動(dòng)作條件：110kVⅠ、Ⅱ母無壓且進(jìn)線1 無流，備自投動(dòng)作，合上2QF，恢復(fù)2 號(hào)主變送電，無需閉鎖備自投?？紤]3QF 斷路器拒動(dòng)情況，同樣滿足備自投動(dòng)作條件，為防止將進(jìn)線2 投于故障設(shè)備，此時(shí)應(yīng)閉鎖備自投[3]。

當(dāng)2 號(hào)主變內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，2 號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，空跳2QF，跳開3QF，2 號(hào)主變10kV 開關(guān)，此時(shí)110kVⅠ母有壓且進(jìn)線1 有流，不滿足備自投動(dòng)作條件，備自投閉鎖，不會(huì)將進(jìn)線2 投于故障設(shè)備。考慮3QF 斷路器拒動(dòng)情況，110kVⅠ、Ⅱ母無壓，進(jìn)線1 有流，備自投不會(huì)動(dòng)作，進(jìn)線1 對(duì)側(cè)保護(hù)Ⅱ段時(shí)限動(dòng)作，跳開進(jìn)線1對(duì)側(cè)開關(guān)，備自投滿足動(dòng)作條件，合上2QF，將進(jìn)線2 投于故障設(shè)備，因此需閉鎖備自投。

2.2 母分備自投與主變保護(hù)配合

以圖1 為例，說明母分備自投與主變保護(hù)的配合關(guān)系。假設(shè)運(yùn)行方式為：進(jìn)線1，進(jìn)線2 分別送1 號(hào)、2 號(hào)主變，110kV 母分熱備用。此時(shí)1 號(hào)主變發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，跳開1QF，1 號(hào)主變10kV 開關(guān)，此時(shí)滿足備自投動(dòng)作條件：110kVⅠ母無壓且進(jìn)線1 無流，110kVⅡ母有壓且進(jìn)線2 有流，若不閉鎖備自投，會(huì)將備自投投于故障設(shè)備。因此主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)閉鎖母分備自投。

當(dāng)?shù)蛪簜?cè)母線發(fā)生故障或出線故障保護(hù)拒動(dòng)，主變低后備保護(hù)動(dòng)作，跳開主變低壓側(cè)開關(guān)，低壓側(cè)母分備自投滿足動(dòng)作條件，合上低壓側(cè)母分，將正常設(shè)備投于故障，因此需要閉鎖低壓側(cè)母分備自投。

2.3 進(jìn)線備自投與線路保護(hù)配合

單母分段運(yùn)行方式，進(jìn)線1 送Ⅰ母，Ⅱ母，進(jìn)線2 熱備用。進(jìn)線配置完整的線路保護(hù)，母線配置母差保護(hù)。

若進(jìn)線1 發(fā)生故障，進(jìn)線1 保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳開，重合閘動(dòng)作，進(jìn)線2 備自投動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)限+開關(guān)跳閘時(shí)限+重合閘動(dòng)作時(shí)限+開關(guān)合閘時(shí)限，否則會(huì)將設(shè)正常設(shè)備投于故障。

若進(jìn)線1 發(fā)生永久性故障，開關(guān)拒動(dòng)，斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，跳開除進(jìn)線1，Ⅰ母所連開關(guān)。進(jìn)線2 備自投動(dòng)作時(shí)限應(yīng)大于線路保護(hù)動(dòng)作時(shí)限+斷路器失靈動(dòng)作時(shí)限。

2.4 母分備自投與母差保護(hù)配合

當(dāng)母差范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，母差保護(hù)動(dòng)作，跳開母線所連開關(guān)，此時(shí)應(yīng)閉鎖備自投，防止將正常設(shè)備投于故障。

3 備自投異常動(dòng)作原因

備自投實(shí)際運(yùn)行過程中，由于某些原因會(huì)導(dǎo)致備自投不正確動(dòng)作，不正確動(dòng)作包括：誤動(dòng)和拒動(dòng)。以下簡(jiǎn)要說明常見的集中原因。

3.1 備自投拒動(dòng)原因分析

（1）誤投閉鎖備自投壓板

運(yùn)行人員誤投閉鎖備自投壓板，導(dǎo)致備自投放電，發(fā)生故障時(shí)，備自投拒動(dòng)[4]。

（2）運(yùn)行方式不合理

一次運(yùn)行方式調(diào)整前，未調(diào)整備自投狀態(tài)，備自投滿足放電條件放電，若在運(yùn)行方式調(diào)整過程中發(fā)生故障，備自投將拒動(dòng)。

（3）整定值設(shè)置不合理

設(shè)置備自投整定值時(shí)，容易因?yàn)槎ㄖ翟O(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致備自投閉鎖。

（4）外部閉鎖回路開入異常

外部閉鎖信號(hào)一般包括：主變低后備保護(hù)跳閘閉鎖，手分閉鎖等。若繼保工作人員在工作過程中，誤碰相應(yīng)二次回路，將造成備自投閉鎖。

3.2 備自投誤動(dòng)原因分析

（1）負(fù)荷較輕運(yùn)行時(shí)，電壓回路異常

當(dāng)母線空載運(yùn)行或低負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)電壓回路發(fā)生異常，負(fù)荷電流小于備自投閉鎖電流值且電壓低于電壓閉鎖值，備自投誤動(dòng)出口[5]。

（2）誤碰或誤接二次回路

備自投裝置工作過程中，工作人員未采取相應(yīng)安全措施，誤碰備自投出口回路，導(dǎo)致備自投誤動(dòng)。

4 備自投異常動(dòng)作案例分析及改進(jìn)

4.1 電壓回路異常導(dǎo)致備自投誤動(dòng)

（1）事故概括

220kV XX 變35kV 母分備自投動(dòng)作，跳開#2 主變35kV 開關(guān)，合上35kV 母分開關(guān)，負(fù)荷無損失。事件發(fā)生時(shí)，檢修人員正在開展測(cè)控裝置開入板絕緣異常反措工作，拉開35kV Ⅱ母母設(shè)測(cè)控裝置遙信電源后，35kV 母分備自投動(dòng)作。

（2）原因分析

35kV 母線二次電壓回路中，串接有重動(dòng)繼電器接點(diǎn)，該重動(dòng)繼電器電源引自35kV 母設(shè)測(cè)控裝置遙信電源。將該遙信電源空開拉開后，重動(dòng)繼電器失磁接點(diǎn)斷開，35kVⅡ段母線失壓，由于35kVⅡ段母線僅有一條出線運(yùn)行，負(fù)荷電流小于備自投無流閉鎖值，且無外部閉鎖，滿足備自投動(dòng)作條件，35kV 母分備自投動(dòng)作出口。

暴露問題：該變電站公共電壓二次回路接線不規(guī)范，電壓重動(dòng)繼電器電源取自母設(shè)測(cè)控遙信電源，且采用非自保持繼電器，存在單一設(shè)備電源消失造成公共設(shè)備保護(hù)交流電壓消失的隱患。

（3）改進(jìn)措施

從以下兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

①公共設(shè)備交流電壓回路若經(jīng)除電壓切換并列裝置外其它重動(dòng)繼電器，則重動(dòng)繼電器必須采用電壓切換并列裝置電源（獨(dú)立繼電器電源）或采用雙位置自保持重動(dòng)繼電器。

②從以上備自投動(dòng)作條件分析可知，無外部閉鎖條件情況下，在無壓時(shí)，當(dāng)負(fù)荷電流小于備自投無流閉鎖值，單一無壓無流判據(jù)必然會(huì)導(dǎo)致誤動(dòng)。邏輯框圖如圖2所示。

圖2 啟動(dòng)條件傳統(tǒng)邏輯

設(shè)計(jì)方案一：母分備自投方式下，在無壓無流判據(jù)的基礎(chǔ)上增加主變低壓側(cè)開關(guān)分位判據(jù)。設(shè)計(jì)邏輯框圖如圖3 所示。

圖3 設(shè)計(jì)方案一邏輯

方案一在特殊極端條件下會(huì)存在問題，如在主變高中壓側(cè)發(fā)生事故導(dǎo)致主變失電時(shí)，無壓無流判據(jù)已滿足，但由于主變低壓側(cè)開關(guān)在合位，在該方案下，則備自投不會(huì)動(dòng)作，從而導(dǎo)致低壓側(cè)母線失電。而最初的無壓無流判據(jù)在該場(chǎng)景下則可以正確動(dòng)作。為了克服該特殊情況的弊端，提出設(shè)計(jì)方案二。

設(shè)計(jì)方案二：母分備自投方式下，在無壓無流判據(jù)的基礎(chǔ)上增加主變低壓側(cè)開關(guān)分位、主變高中壓側(cè)母線均無壓判據(jù)，邏輯框圖如圖4 所示。

圖4 設(shè)計(jì)方案二邏輯

該方案可以滿足低負(fù)載情況下備自投易誤動(dòng)及主變高中壓側(cè)故障失電的場(chǎng)景，解決了低負(fù)載情況下壓變二次空開跳閘導(dǎo)致的備自投誤動(dòng)問題。

雖然方案二考慮到了極端故障發(fā)生時(shí)備自投保證可靠動(dòng)作，但從工程建設(shè)實(shí)際出發(fā)，備自投裝置背板端子無空余模擬量端子，且二次電纜接線繁雜，另外，滿足該極端故障各項(xiàng)條件的情況同時(shí)發(fā)生幾乎不可能。方案一能滿足保障供電或減少失電范圍的備自投功能，并易在當(dāng)前變電站中進(jìn)行改造，僅需新增主變低壓側(cè)開關(guān)分位判據(jù)，不需要改變外部接線。綜上考慮，本文建議采用方案一。

4.2 電壓回路異常導(dǎo)致備自投拒動(dòng)

（1）事故概括

110kV XX 變電站，1 號(hào)主變，2 號(hào)主變分別送10kVⅠ母，10kVⅡ母，10kV 母分備自投投入運(yùn)行。10kVⅠ母出線故障，線路保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘，1 號(hào)主變承受不了近區(qū)短路故障，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開主變各側(cè)開關(guān)。10kV 母分備自投拒動(dòng)。

（2）原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)10kV 母分備自投電壓均取自10kVⅡ母，當(dāng)1 號(hào)主變10kV 開關(guān)跳開后，接入10kV 母分備自投的10kVⅠ母仍為正常電壓，10kV 母分備自投不滿足啟動(dòng)條件，備自投拒動(dòng)，導(dǎo)致10kVⅠ母失壓。

暴露問題：基建階段，施工人員未按圖施工，同時(shí)繼保人員也未開展實(shí)際傳動(dòng)試驗(yàn)，未能發(fā)現(xiàn)10kV 母分備自投10kVⅠ母、10kVⅡ母取自同一電壓的隱患，導(dǎo)致變電站長(zhǎng)期帶隱患運(yùn)行。

（3）改進(jìn)措施

①加強(qiáng)施工人員技能培訓(xùn)，提高人員水平，嚴(yán)格按圖施工。

②投產(chǎn)前必須對(duì)所有邏輯條件和閉鎖條件進(jìn)行檢查驗(yàn)證，特別是針對(duì)電流電壓回路應(yīng)進(jìn)行通流試。

③變電站投產(chǎn)時(shí)，調(diào)度人員合理調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行方式，創(chuàng)造備自投各種運(yùn)行方式的動(dòng)作條件，進(jìn)行實(shí)際傳動(dòng)，確保備自投動(dòng)作邏輯正確無誤。

④針對(duì)在運(yùn)變電站，應(yīng)加強(qiáng)備自投校驗(yàn)力度，特別是重要變電站、接線復(fù)雜的要縮短檢驗(yàn)周期，同時(shí)檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量模擬各個(gè)事故場(chǎng)景，保證備自投在各種特殊場(chǎng)景下也可以正確動(dòng)作。

5 結(jié)論

本文首先分析了備自投工作原理、設(shè)計(jì)要求以及與其他繼電保護(hù)的配合關(guān)系。隨后闡述了常見的備自投裝置拒動(dòng)和誤動(dòng)的原因，最后分析了兩起電壓回路接線異常引起備自投誤動(dòng)和拒動(dòng)的案例。以備自投誤動(dòng)為切入點(diǎn)，對(duì)比提出多個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)改進(jìn)措施，從工程建設(shè)和事故概率角度選取最佳改進(jìn)方案；以備自投拒動(dòng)為切入點(diǎn)，提出多項(xiàng)運(yùn)維管理手段，保障備自投動(dòng)作邏輯正確可靠。