林久通＊，李紅霞

（國網(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行。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時，備自投迅速動作，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 備自投動作原理

備自投正常運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 運行方式：進(jìn)線1，進(jìn)線2 運行，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，備自投動作，跳開1QF，合上3QF，110kVⅠ母恢復(fù)送電。

母分備自投方式2 運行方式與方式1 邏輯類似。

進(jìn)線1 備自投運行方式：進(jìn)線2，110kV 母分運行，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，在無外部閉鎖開入的情況下，備自投動作，跳開2QF，合上1QF，110kVⅠ、Ⅱ母恢復(fù)送電。

進(jìn)線2 備自投運行方式與進(jìn)線1 邏輯類似。

1.3 備自投設(shè)計功能要求

備自投設(shè)計功能應(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)動作。

（3）備自投只能動作一次，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，備自投不動作[2]。

2 備自投與其他保護(hù)配合

備自投獨立于保護(hù)，在正常運行狀態(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 備自投運行方式。當(dāng)1 號主變內(nèi)部發(fā)生故障，1 號主變差動保護(hù)動作，跳開1QF，3QF，1 號主變10kV 開關(guān)，此時滿足備自投動作條件：110kVⅠ、Ⅱ母無壓且進(jìn)線1 無流，備自投動作，合上2QF，恢復(fù)2 號主變送電，無需閉鎖備自投?？紤]3QF 斷路器拒動情況，同樣滿足備自投動作條件，為防止將進(jìn)線2 投于故障設(shè)備，此時應(yīng)閉鎖備自投[3]。

當(dāng)2 號主變內(nèi)部發(fā)生故障時，2 號主變差動保護(hù)動作，空跳2QF，跳開3QF，2 號主變10kV 開關(guān)，此時110kVⅠ母有壓且進(jìn)線1 有流，不滿足備自投動作條件，備自投閉鎖，不會將進(jìn)線2 投于故障設(shè)備?？紤]3QF 斷路器拒動情況，110kVⅠ、Ⅱ母無壓，進(jìn)線1 有流，備自投不會動作，進(jìn)線1 對側(cè)保護(hù)Ⅱ段時限動作，跳開進(jìn)線1對側(cè)開關(guān)，備自投滿足動作條件，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)運行方式為：進(jìn)線1，進(jìn)線2 分別送1 號、2 號主變，110kV 母分熱備用。此時1 號主變發(fā)生內(nèi)部故障時，跳開1QF，1 號主變10kV 開關(guān)，此時滿足備自投動作條件：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，會將備自投投于故障設(shè)備。因此主變差動保護(hù)動作，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，主變低后備保護(hù)動作，跳開主變低壓側(cè)開關(guān)，低壓側(cè)母分備自投滿足動作條件，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)動作，開關(guān)跳開，重合閘動作，進(jìn)線2 備自投動作時限應(yīng)大于線路保護(hù)動作時限+開關(guān)跳閘時限+重合閘動作時限+開關(guān)合閘時限，否則會將設(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，斷路器失靈保護(hù)動作，跳開除進(jìn)線1，Ⅰ母所連開關(guān)。進(jìn)線2 備自投動作時限應(yīng)大于線路保護(hù)動作時限+斷路器失靈動作時限。

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，母差保護(hù)動作，跳開母線所連開關(guān)，此時應(yīng)閉鎖備自投，防止將正常設(shè)備投于故障。

3 備自投異常動作原因

備自投實際運行過程中，由于某些原因會導(dǎo)致備自投不正確動作，不正確動作包括：誤動和拒動。以下簡要說明常見的集中原因。

3.1 備自投拒動原因分析

（1）誤投閉鎖備自投壓板

運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，備自投拒動[4]。

（2）運行方式不合理

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

（3）整定值設(shè)置不合理

設(shè)置備自投整定值時，容易因為定值設(shè)置錯誤導(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 備自投誤動原因分析

（1）負(fù)荷較輕運行時，電壓回路異常

當(dāng)母線空載運行或低負(fù)荷運行，此時電壓回路發(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。

4 備自投異常動作案例分析及改進(jìn)

4.1 電壓回路異常導(dǎo)致備自投誤動

（1）事故概括

220kV XX 變35kV 母分備自投動作，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，檢修人員正在開展測控裝置開入板絕緣異常反措工作，拉開35kV Ⅱ母母設(shè)測控裝置遙信電源后，35kV 母分備自投動作。

（2）原因分析

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

暴露問題：該變電站公共電壓二次回路接線不規(guī)范，電壓重動繼電器電源取自母設(shè)測控遙信電源，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繼電器，則重動繼電器必須采用電壓切換并列裝置電源（獨立繼電器電源）或采用雙位置自保持重動繼電器。

②從以上備自投動作條件分析可知，無外部閉鎖條件情況下，在無壓時，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)必然會導(dǎo)致誤動。邏輯框圖如圖2所示。

圖2 啟動條件傳統(tǒng)邏輯

設(shè)計方案一：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)計邏輯框圖如圖3 所示。

圖3 設(shè)計方案一邏輯

方案一在特殊極端條件下會存在問題，如在主變高中壓側(cè)發(fā)生事故導(dǎo)致主變失電時，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，則備自投不會動作，從而導(dǎo)致低壓側(cè)母線失電。而最初的無壓無流判據(jù)在該場景下則可以正確動作。為了克服該特殊情況的弊端，提出設(shè)計方案二。

設(shè)計方案二：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及主變高中壓側(cè)故障失電的場景，解決了低負(fù)載情況下壓變二次空開跳閘導(dǎo)致的備自投誤動問題。

雖然方案二考慮到了極端故障發(fā)生時備自投保證可靠動作，但從工程建設(shè)實際出發(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條件的情況同時發(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

（1）事故概括

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

（2）原因分析

經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)10kV 母分備自投電壓均取自10kVⅡ母，當(dāng)1 號主變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條件，備自投拒動，導(dǎo)致10kVⅠ母失壓。

暴露問題：基建階段，施工人員未按圖施工，同時繼保人員也未開展實際傳動試驗，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)致變電站長期帶隱患運行。

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

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

④針對在運變電站，應(yīng)加強(qiáng)備自投校驗力度，特別是重要變電站、接線復(fù)雜的要縮短檢驗周期，同時檢驗時應(yīng)盡量模擬各個事故場景，保證備自投在各種特殊場景下也可以正確動作。

5 結(jié)論

本文首先分析了備自投工作原理、設(shè)計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和誤動的原因，最后分析了兩起電壓回路接線異常引起備自投誤動和拒動的案例。以備自投誤動為切入點，對比提出多個關(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；以備自投拒動為切入點，提出多項運維管理手段，保障備自投動作邏輯正確可靠。