一种新颖的母联备自投逻辑方法

文化宾 宋永端 李 蕊 马小平

(1.北京交通大学电子信息工程学院,北京 100044;2.中科华核电技术研究院有限公司北京分公司,北京 100086)

0 引 言

随着经济的发展和科学技术的进步,人们对于电力系统的可靠性要求越来越高。目前,提高电力系统供电可靠性的方法主要有以下几种:一是采用环网供电,此种方式使得供电可靠性大大提高,但多级环网对系统稳定不利,在中、低压电网中较少采用;另一种提高供电可靠性的方式是采用双电源供电方式,由此将带来继电保护配合困难等问题。故此,电网供电普遍采用单路供电,当主工作电源出现故障不能正常供电时,由备用电源自动投入装置(简称备自投)将负荷自动切换到另一路备用电源系统中[1-3]。这种电源切换原则是由备自投的逻辑功能确定,备自投的逻辑功能的完善是保证供电的连续性和可靠性的必要条件[4]。

根据电力系统一次接线方式的不同,备自投可分为:母联(分段)备自投、桥开关备自投、进线备自投、变压器备自投、均衡负荷母联备自投等多种形式[5]。

本文主要对单母分段系统各种形式的开关变位进行分析,探讨了传统母联备自投逻辑,指出了其中存在的一些不足,针对这些问题,提出新的母联备自投逻辑,通过分析表明,该备自投逻辑能够有效地避免这些问题。

1 单母分段系统

常用的单母分段系统有:进线桥接线系统、出线分段系统两种。进线桥接线系统是指变电站有两条或两条以上的进线,出线分段系统是指变电站有两台或两台以上的变压器,每台变压器各带一段母线。由于进线桥接线系统和出线分段系统采用同种类型的备用电源自动投入装置,因此把桥接线系统也按单母分段系统分析。

1.1 桥接线系统

进线桥接线系统的典型接线示意图如图1所示。

系统说明:系统正常运行时,1#主变由进线 1供电,2#主变由进线 2供电,1DL、2DL、4DL、5DL处于合闸位置,3DL处于分闸位置,两段母线分别独立运行。当进线 1线路故障(如图2所示,d1点故障),对侧开关跳开,1母失压,此时由装在 3DL上的备用电源自动投入装置动作依次跳开 1DL,合 3DL,1#主变恢复供电;当进线 2线路故障,对侧开关跳开,2母失压,此时由装在 3DL上的备用电源自动投入装置动作依次跳开 2DL,合 3DL,2#主变恢复供电。

以下分析是以 1DL和 4DL的开关变位为例,假定图1的进线分段系统发生接地故障,如图2所示。

图1 进线分段系统示意图

根据 DL/T526-2002静态备用电源自动投入装置技术条件[6]的要求,当 d2或 d3点故障时,1DL跳开,3DL不应该合闸;当 d4点故障或 1#主变内部故障时,4DL跳开,3DL不应该合闸,若 4DL开关失灵,1DL作为 4DL的后备保护动作,3DL不应该合闸;当手动或远方操作跳开 1DL时,3DL不应该合闸;当 1#PT或2#PT进行检修时,手动合 3DL,二次系统的 PT并列装置发出 PT并列指令,使得PT二次侧在小母线侧并列,1#主变或 2#主变的保护装置不至于因为失压造成误动作、误报警。

图2 进线分段系统故障示意图

1.2 出线分段系统

出线分段系统的典型接线示意图如图3所示。

系统说明:系统正常运行时,1DL、2DL处于合闸位置,3DL处于跳闸位置,两条母线独立运行。当 1#主变故障,母线失压,则由装在母联柜上的备用电源自动投入装置动作依次跳开 1DL,合3DL,1母恢复供电;当 2#主变故障,则由装在母联柜上的备用电源自动投入装置动作依次跳开2DL,合3DL,2母恢复供电。

以下分析是以1DL的开关变位为例,假定图3的出线分段系统发生接地故障,如图4所示。

根据 DL/T526-2002静态备用电源自动投入装置技术条件[6]的要求,当 d1点故障时,1DL跳开,3DL不应该合闸;当 d2、d3点或变压器内部故障,1#主变差动保护动作,跳开 1DL开关,此时 3DL合闸,1母恢复供电;当手动或远方操作跳开 1DL时,3DL不应该合闸;当 1#PT或 2#PT进行检修时,手动合 3DL,二次系统的 PT并列装置发出PT并列指令,使得PT二次侧在小母线侧并列,1#主变、2#主变或出线部分的保护装置不至于因为失压造成误动作、误报警。

2 单母分段系统的备自投逻辑

图5为单母分段系统的常规备自投逻辑图,分为充、放电逻辑,跳闸逻辑和合闸逻辑三部分,在此仅讨论跳闸逻辑。

如图5所示,当备用电源自动投入装置充电完成后,检测到1母无压、无流或 2母无压、无流,经过跳闸延时,跳开失电开关。

该逻辑对于图2的 d 1点故障、图4的 d2、d3点故障,可以很好的完成备自投功能,恢复 1母供电,提高系统的供电可靠性。但对于图2的 d 2、d3点故障和图4的 d1点故障,由于备自投动作 3DL合闸后故障仍然存在,则会出现 3DL再次跳开的现象,对系统造成冲击。要解决这个问题,对于图2所示的系统,进线保护和变压器高后备、差动保护都需配置“保护跳闸闭锁备自投”功能(保护装置需提供一付继电器输出接点或外扩继电器,该接点接至备用电源自动投入装置的“闭锁备自投”开入点,用于实现相应保护动作后闭锁备自投功能)。

图5 单母分段备自投逻辑

对于图4所示的系统,主变的低后备保护也要配置“保护跳闸闭锁备自投”功能(保护装置需提供一付继电器输出接点或外扩继电器,该接点接至备用电源自动投入装置的“闭锁备自投”开入点,用于实现主变低后备保护动作闭锁备自投功能)。

另外,手跳 1DL或 2DL开关时,备用电源自动投入功能也会启动,合 3DL。要解决这个问题,需要把 1DL和 2DL的手动跳闸接点接至备用电源自动投入装置的“闭锁备自投”开入点;保护装置还需提供一付独立的继电器输出接点,接至“闭锁备自投”开入点,实现远方操作跳开 1DL或 2DL时闭锁备自投功能。

如上所述,常规的备自投逻辑需要增加保护的出口继电器和施工电缆,增加了不同屏柜之间的电缆连线,提高了工程造价,同时,给现场运行人员带来操作麻烦。

如果在图5所示的备自投的跳闸逻辑中增加相应 1DL或2DL的跳闸位置接点闭锁备自投,即可避免上述问题。这种新思路的备自投逻辑图如图6所示。

对于图2的 d1点故障,对侧断路器跳开,1母无压无流,由于1DL在合闸位置,备用电源自动投入装置动作,首先跳开 1DL,切除故障点,再合 3DL,1母恢复供电;对于图2的 d2、d3点故障(绝大部分都是永久性故障),1DL跳开,1母无压、无流,但由于 1DL已经在跳位,因此备用电源自动投入装置不动作;当手动跳开1DL开关后,1母无压、无流,但由于 1DL已经在跳位,因此备用电源自动投入装置不动作。

对于图4的 d 1点故障,1DL跳开,1母无压、无流,但由于1DL已经在跳位,因此备用电源自动投入装置不动作;如果 d2、d 3点故障,主变差动动作,如果差动动作同时跳高、低压侧开关,则由于 1DL已经在跳位,备用电源自动投入装置不动作,但是如果差动动作仅跳开电源端(即高压侧)开关,则备用电源自动投入装置动作后首先跳开主变低压侧开关,再合 3DL,1母恢复供电;当手动或远方跳开 1DL开关后,1母无压、无流,但由于 1DL已经在跳位,因此备用电源自动投入装置不动作。

图6 单母分段备自投新逻辑

3 结论

(1)本文对单母分段系统各种形式的开关变位进行分析,探讨了传统母联备自投逻辑,找出其中存在的一些不足,主要表现在增加微机保护装置出口接点和电缆连接等问题。

(2)通过对传统备自投的跳闸逻辑中增加相应的断路器位置接点闭锁备自投,不仅可以很方便实现远方或手动操作闭锁备自投,还可以减少电缆连接,从而减少相应的投入。

[1] 崔家佩,孟庆炎,陈永炎,等.电力系统继电保护与安全自动装置整定计算[M].北京:中国电力出版社,1990.

[2] 杨新民,杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2000.

[3] 杜景远,崔艳.微机备自投在济南电网中的应用[J].继电器,2001,29(9):40～42.

[4] 刘佐华.110 kV变电站备自投动作不成功原因分析及补救措施[J].电力系统保护及控制,2009,37(2):91～92.

[5] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M].北京:中国电力出版社,2000.

[6] DL/T 526-2002静态备用电源自动投入装置技术条件[M].北京:中国电力出版社,2002.