許 琦，曹建權(quán)

(南京供電公司，江蘇 南京 210019)

備自投裝置是保證對用戶不間斷供電的重要技術(shù)措施之一[1]，為提高供電可靠性，南京供電公司部分變電站都裝設(shè)了備用電源自動投入裝置[2]。由于南京城區(qū)110kV網(wǎng)絡(luò)廣泛使用了T接線的供電方式，進線電源故障將造成一系列備自投動作行為，可能引起進線過載或上級主變過載跳閘，擴大停電范圍。例如2010年7月28日，220kV龍山變1號主變動差動保護跳閘，其所供110kV陸郎變備自投成功引起2號主變重載。為防止類似事件發(fā)生，必須詳細(xì)考慮備用電源側(cè)過載情況[3]。

1 單個變電站備自投裝置防過載措施

目前，南京電網(wǎng)備自投裝置主要采用了以下的方式：

（1）220kV變電站啟用了10kV備自投；

（2）110kV橋開關(guān)（擴大橋）或母聯(lián)（分段）開關(guān)式變電站啟用了110kV及10（35）kV備自投；

（3）110kV線變組及其他接線方式變電站啟用了10kV備自投。

為防止本站主變因備自投動作而過載，采用了“和電流大于備用主變額定電流的1.2倍即閉鎖備自投”這一措施[4]。

2 多個廠站備自投聯(lián)動情況下防過載措施

從上面的分析可以看出，目前備自投的過負(fù)荷閉鎖方案可以較好地解決本站備自投動作導(dǎo)致主變過負(fù)荷問題，但沒有從電網(wǎng)全局角度考慮上一級備用主變及進線電源側(cè)過載問題。

以220kV大行宮變電站為例，對多個廠站多個備自投聯(lián)動情況進行分析。

大行宮變電站是南京電網(wǎng)中極其重要的變電站，它處于主城區(qū)的中心地帶，所供負(fù)荷包括很多重要用戶，夏季主變負(fù)荷較重。且備自投方式復(fù)雜。大行宮變運行方式如圖1所示。

圖1 220kV大行宮變電站運行方式圖

大行宮變所供110kV變電站一般有110kV，10kV兩級備自投，在迎峰度夏期間，2臺主變負(fù)荷率均在95%，在一臺主變故障跳閘后，如果大行宮變10kV備自投及下級受電側(cè)110kV變電站備自投均正確動作，負(fù)荷將全部轉(zhuǎn)移到另一臺運行主變，導(dǎo)致運行主變嚴(yán)重過負(fù)荷而跳閘，造成全站失電，擴大電網(wǎng)事故。由于110kV變電站的備自投裝置沒有針對上級電源過載的閉鎖措施，因此在必要時，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況及其他因素（如負(fù)荷大小、用電負(fù)荷性質(zhì)，線路是架空線還是電纜）綜合考慮，對電網(wǎng)運行方式進行調(diào)整。

（1）人為調(diào)整下級受電側(cè)110kV變電站的備自投裝置運行方式。該方法的缺點是在不同的季節(jié)，不同的廠站負(fù)荷不同，需要多次調(diào)整備自投裝置運行方式。

（2）運用軟件備自投自動調(diào)整備自投運行方式。對110kV變電站備自投裝置進行改造，在110kV變電站備自投裝置中增加上級電源變壓器 （進線）負(fù)荷邏輯判別條件，優(yōu)點是適用于不同季節(jié)，不受設(shè)備負(fù)荷的影響。

3 人為調(diào)整備自投運行方式

為了合理選擇需要投入的備自投，首先需要對備自投進行排序，然后設(shè)置上級電源熱穩(wěn)定極限，再按照一定的步驟對備自投的狀態(tài)進行調(diào)整。

3.1 備自投排序原則

3.1.1 按備自投所投負(fù)荷性質(zhì)進行排序

首先，可以按照備自投所供負(fù)荷的重要程度對備自投進行排序。

第一級：負(fù)荷為重要用戶或保電負(fù)荷；

第二級：可通過備用通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷，但轉(zhuǎn)移所需操作時間較長或備用通道可能過載；

第三級：可通過備用通道轉(zhuǎn)移負(fù)荷，且轉(zhuǎn)移方便；

在上級電源故障時，按照負(fù)荷情況，先保證第一級備自投能夠動作，從第二級、第三級開始必須根據(jù)負(fù)荷大小及用電負(fù)荷性質(zhì)情況來決定備自投的投退方式。

3.1.2 按備自投的電壓等級進行排序

（1）同時停用或閉鎖110kV備自投和10kV備自投。此時220kV主變過載的可能性降為最低，但是無法防御本級電壓線路（變壓器）故障損失負(fù)荷，引起負(fù)荷失電。

（2）單獨停用或閉鎖10kV備自投。此時110kV備自投按照預(yù)定條件正常啟用，仍然可能引起上級電源過載，且無法防御變壓器故障損失負(fù)荷。

（3）單獨停用或閉鎖110kV備自投。此時10kV備自投在滿足動作條件的情況下任然可能動作，恢復(fù)供電，但是無法防御本級電壓線路故障損失負(fù)荷。如果10kV備自投動作可能引起本級110kV主變過載，即Ⅰ段母線及Ⅱ段母線電源開關(guān)流過的電流之和大于1.2倍主變額定電流時，將按照預(yù)定邏輯閉鎖。在迎峰度夏（冬）主變重載期間，部分110kV變電站變壓器負(fù)載率較高，可以利用10kV備自投負(fù)荷閉鎖條件，禁止部分不重要的負(fù)荷自動投切到正常運行的220kV主變。

3.1.3 從110kV變電站上級供電線路類型來分析

一般來說，架空線路故障概率較大，容易受到雷擊及外力破壞，而電纜線路的故障概率相對較低，架空線、電纜混合線路故障概率介于兩者之間。為了提高電網(wǎng)的供電可靠性，在迎峰度夏（冬）主變重載情況下，根據(jù)以下原則來設(shè)置備自投的啟停狀態(tài)：

（1）首先停用上級線路為電纜110kV備自投；

（2）如果主變?nèi)匀豢赡苓^載，即停用電纜所占長度較大的架空線、電纜混合線路，比如電纜占70%的線路；

（3）盡量不停用上級線路為架空線的110kV備自投，特別是長架空線。

3.2 上級電源熱穩(wěn)定極限的確定

由于主變在允許時間內(nèi)都有一定的過負(fù)荷能力，可以充分利用這個過負(fù)荷能力來調(diào)整電網(wǎng)的運行方式，比如轉(zhuǎn)移部分負(fù)荷或者切除次要負(fù)荷，保證重要用戶的供電。比如40℃時，在1 h內(nèi)，油浸變壓器可以承受1.4倍事故過負(fù)荷，油浸強迫油循環(huán)冷卻變壓器可以承受1.25倍事故過負(fù)荷。油浸自然循環(huán)冷卻變壓器事故過負(fù)荷允許時間如表1所示。油浸強迫油循環(huán)冷卻變壓器事故過負(fù)荷允許時間如表2所示。

表1 油浸自然循環(huán)冷卻變壓器事故過負(fù)荷允許時間

表2 油浸強迫油循環(huán)冷卻變壓器事故過負(fù)荷允許時間

3.3 人為調(diào)整備自投啟停狀態(tài)的過程

在迎峰度夏（冬）負(fù)荷高峰期間，為防止備自投動作后上級220kV主變嚴(yán)重過載跳閘，必須對其饋供的110kV變電站備自投啟停狀態(tài)進行調(diào)整。以220kV大行宮變及其饋供的110kV變電站為例，結(jié)合上述原則，說明負(fù)荷高峰及平穩(wěn)季節(jié)備自投調(diào)整方法。迎峰度夏（冬）負(fù)荷高峰期，220kV大行宮變110kV出線均為全電纜線路，電纜外力破壞概率較小，所饋供的110kV變電站總負(fù)荷大于1.2倍主變額定負(fù)荷，可以將沒有重要用戶的110kV長江路變、淮海路110kV備自投停用，饋供重要用戶的110kV上海路變、珠江路變110kV備自投保持啟用，確保其供電可靠性。通過調(diào)整，220kV大行宮變?nèi)我庖慌_主變故障，在110kV備自投動作成功后，另一臺正常運行的主變負(fù)荷大約為額定負(fù)荷的1.3倍，可運行45 min。在這45 min內(nèi)，可以通過110kV串供線路、10kV線路轉(zhuǎn)移負(fù)荷的方式來降低220kV大行宮運行主變的負(fù)荷。如主變?nèi)猿d，即按照事故拉負(fù)荷有選擇性控制負(fù)荷，從而將220kV主變故障影響范圍降低到最小范圍，防止變電站全停事故的發(fā)生。在事故情況下，綜合比較停用110kV變電站110kV備自投造成單臺主變失電，與備自投全部啟用造成220kV變電站全停，顯然是有選擇地停用110kV備自投更為合理。

春秋季負(fù)荷平穩(wěn)期，220kV大行宮變兩臺主變最大總負(fù)荷不超過單臺主變的1.3倍，饋供的110kV變電站110kV，10kV備自投應(yīng)該全部啟用。當(dāng)單臺主變故障跳閘后，在備自投全部動作成功時，220kV大行宮主變負(fù)荷也僅為1.3倍額定負(fù)荷，仍可運行45 min。此時可以通過系統(tǒng)一次方式調(diào)整來轉(zhuǎn)移負(fù)荷，不會造成負(fù)荷損失。因此在春秋季負(fù)荷平穩(wěn)期，220kV大行宮變饋供的下一級110kV變電站110kV，10kV備自投全部啟用，最大限度提高供電可靠性。

4 軟件備自投自動調(diào)整備自投運行方式

為了在不同溫度、不同負(fù)荷情況下，更好地考慮多級備自投投退情況，可以采取軟件備自投的方法。軟件備自投可基于站端備自投的動作邏輯，對上級電源過載進行預(yù)判，在必要時通過遙控系統(tǒng)閉鎖相關(guān)備自投。首先按照電網(wǎng)運行方式將電網(wǎng)中的備自投按不同的220kV電源分為若干組，并在每組中按照備自投所投負(fù)荷的特點進行排序，然后再設(shè)置一個備自投動作策略，在備自投上級電源失去時，按照預(yù)定的動作策略閉鎖動作后將引起過載的備自投。軟件備自投功能流程如圖2所示。

圖2 軟件備自投功能流程圖

（1）全網(wǎng)備自投分組。如圖3所示，A線為T接線，做B線的備用。對于這種接線，可能存在如下情況：當(dāng)A站110kV母線故障，則B站、C站I段母線失去電源。當(dāng)B站、C站備自投都動作時，B線或者1號主變將過載，但當(dāng)其中一個站備自投動作時，卻不會過負(fù)荷。在這種情況下，兩個備自投不能全部投入，但也沒有必要全部閉鎖。因此將圖3的備自投組成一個備自投組，包括220kV變電站10kV備自投、B站備自投及C站備自投。其中B線、C站共同由A線、B線供電，應(yīng)將B線、C站備自投作為同一個分組。按照這個原則，將220kV變電站自有的35kV或10kV備自投和其110kV出線所供變電站的備自投作為一個備自投組集中控制。

圖3 備自投組

（2）每組備自投排序原則。在每個備自投組中，按照備自投電壓等級、所投負(fù)荷的特點以及所供110kV變電站上級線路的類型對組中的備自投進行排序。

（3）備自投動作策略。當(dāng)上級電源故障時，備自投組中可能有多個備自投滿足動作條件，這時必須要按照熱穩(wěn)定約束進行判斷，必要的時候閉鎖某些備自投。

以圖3為例，當(dāng)1號主變跳閘后，備自投組中10kV備自投、B站備自投及C站備自投均滿足動作條件。首先判斷備自投投入后2號主變是否過載。將 2 號主變負(fù)荷（P2）加上 10kV I段母線（PA1）、B 站I段母線（PB1）、C 站 I段母線（PC1）跳閘前負(fù)荷與 2號主變在當(dāng)前溫度1 h能夠承受的過負(fù)荷能力（P2max）進行比較：

如果P2max＞P2+PA1+PB1+PC1，備自投組中的備自投正常投入；

如果P2max＜P2+PA1+PB1+PC1，備自投組中的備自投必須有選擇性地投入；

首先，假設(shè)閉鎖PB1，PC1中重要性低的備自投（即備自投所帶負(fù)荷重要性低或可由備用通道轉(zhuǎn)移的負(fù)荷，設(shè)為P0），再判斷P2max是否大于P2+PA1+PB1+PC1-P0。

如果條件成立，再將P0按從小到大順序投入，不能投入的備自投則進行閉鎖；

如果條件不成立，則閉鎖P0中所有備自投，然后假設(shè)閉鎖PB1，PC1中重要性比P0高一些的備自投，再進行判斷和閉鎖，如果無法滿足熱穩(wěn)定條件，繼續(xù)閉鎖重要性更高的備自投，直至滿足條件。

當(dāng)110kV備自投閉鎖后，某些10kV備自投仍然可以在滿足熱穩(wěn)定條件的情況下進行動作，此時按照上述類似邏輯將10kV滿足動作條件的備自投再進行排序，閉鎖相關(guān)備自投。當(dāng)電網(wǎng)運行方式變化，引起某些備自投上級電源發(fā)生相應(yīng)變化時，可以通過更改備自投的分組來解決，使軟件備自投更具適應(yīng)性。

5 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全可靠供電顯得尤為重要。備自投在投退過程中，可能造成相關(guān)設(shè)備嚴(yán)重過載，從而擴大停電范圍。由于南京城區(qū)廣泛使用了T接線的供電方式，上級電源故障將造成多個廠站一系列備自投動作行為。本文以220kV大行宮變電站為例，對多個廠站多級備自投聯(lián)動的情況進行了分析，提出了高峰負(fù)荷下對備自投的投退進行人工設(shè)置的原則，以及運用軟件備自投采取基于備自投分組的投退控制策略。這種方法可充分反映備用電源側(cè)元件的熱穩(wěn)定極限對備自投投退的限制作用，具有一定的實用性。

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[2]李文書.一起跳閘線圈燒壞導(dǎo)致備自投誤動的事故分析[J].江蘇電機工程，2011，30(1)：14-15.

[3]唐海軍，楊承衛(wèi)，姚翔，等.電網(wǎng)備用電源自動投入的實踐與思考[J].電力自動化設(shè)備，2005，28(5)：100-101.

[4]馮 玲.如何防止備自投動作后造成過負(fù)荷[J].電氣時代，2006(11)：106-107.