一种变电站站用交流系统的智能化设计和应用

苏凤飞，原中东

（西安供电局，陕西西安710032）

一种变电站站用交流系统的智能化设计和应用

苏凤飞，原中东

（西安供电局，陕西西安710032）

变电站站用系统为主变通风、直流系统、UPS不间断电源、照明等站内设备提供380V交流电源。站用交流电源全停后，如果不能得到及时恢复，将会引起全站一、二次设备的全停，造成极大的损失。随着设备的日益更新，自动化程度的提高，在减轻人员操作等工作量的同时，设备运行可靠性也越来越高，对站用交流系统的设计和实际应用也提出了更高要求[1-2]。

1 典型接线形式

根据实际运行经验，变电站380V站用系统一种典型接线形式如图1所示，其中1、2号站用变压器高压侧进线电源Ⅰ、Ⅱ段由本站提供，3号站用变压器高压侧进线电源由外接电源提供。正常运行方式下，本站主供两路进线电源，分别经1、2号站用变压器带380VⅠ、Ⅱ段母线运行，外接电源经3号站用变压器带380V备用段母线运行，381、382开关在合位，3831、3832、380开关在分位[3-5]。

图1380 V站用系统典型接线形式Fig.1 A typical connection form of the station 380V AC system

对于变电站内重要负荷，如主变通风、直流系统等使用的380V交流电源，分别从380V交流Ⅰ、Ⅱ段各引出一条馈路，其余生活、照明等用负荷从380V交流Ⅰ段或Ⅱ段引出。

当380VⅠ段（或Ⅱ段）进线电源失去时，断开381（或382）开关，合上3831（或3832）开关，由380V备用段母线带380VⅠ段（或Ⅱ段）负荷运行；当380VⅠ段（或Ⅱ段）和备用段母线进线电源同时失去时，合上380开关，由380VⅡ段（或Ⅰ段）带380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有负荷运行。

2 智能化工作方式设计

按照前一节站用系统典型接线形式，确定站用系统智能化工作方式：

1）在380VⅠ段（或Ⅱ段）进线电源失去时，自动断开381（或382）开关，然后合上3831（或3832）开关，由380V备用段母线带380VⅠ段（或Ⅱ段）负荷运行；

2）当380VⅠ段（或Ⅱ段）和备用段母线进线电源同时失去时，自动合上380开关，由380VⅡ段（或Ⅰ段）带380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有负荷运行；

3）在380VⅠ段、Ⅱ段和备用段母线进线电源均失去时，断开381和382开关；

4）在上述1）、2）、3）381（或382）开关断开情况下，当380VⅠ段（或Ⅱ段）进线电源恢复后，自动断开备用开关，合上381（或382）开关，切回到系统正常运行方式；

5）在情况2）下，当380V备用段母线进线电源恢复后，自动断开380开关，合上3831（或3832）开关，由380V备用段母线带380VⅠ段（或Ⅱ段）负荷运行[6-7]。

2.1 保护方式设计

对于图1所示站用系统的保护：

1）从3台站用变压器高压侧Ⅰ、Ⅱ段及备用段进线电源开关至381、382、3831和3832开关间电气设备分别由各自高压侧保护装置进行保护，即当Ⅰ、Ⅱ段及备用段进线电源开关至381、382、3831和3832开关间电气设备有接地或相间短路故障时，跳开相应的高压开关，同时该保护作为下一级电气设备的后备保护；

2）从381、382、3831、3832和380开关至各馈路开关间，由381、382、3831、3832和380开关本体过流保护及断相保护作为主保护，动作时跳开相应开关，并作为下一级各馈路开关的后备保护；

3）从各馈路开关往下，由各馈路开关本体过流保护作为各馈路负荷侧设备的主保护。

2.2 工作方式设计

按照实际运行需要，站用系统设计为“手动”和“自动”2种工作方式，工作方式的切换由KK把手来实现，如图2所示，KK把手切“自动”位置时1、2接点接通，切“手动”位置时3、4接点接通。正常运行中，各开关工作方式均切为“自动”，实现设备故障、进线电源消失、恢复等情况下，各开关之间的自动切换功能；在需对站用设备进行检查、试验、检修等工作时，将各开关工作方式切为“手动”，由人工完成对相应设备的停电操作及恢复工作。

图2 KK把手切换回路图Fig.2 The circuit of KK handle′s switching

2.2.1 控制电源的选取

对于381、382、3831、3832开关其交流控制电源分别取自各开关进线电源侧380V交流电源，本文选取为U、W两相，其具体位置分别如图1所示①、②、③、④处。381开关控制电源监视回路如图3所示，其中，1ZJ为无延时继电器，1SJ为带时间延时继电器，382开关控制电源监视回路相类似，无延时和带时间延时继电器分别为2ZJ、2SJ；3831开关控制电源监视回路如图4所示，其中，3ZJ为无延时继电器，3SJ为带时间延时继电器，3832开关控制电源监视回路相类似，无延时和带时间延时继电器分别为4ZJ、4SJ。

图3381 开关控制电源监视回路图Fig.3 The monitoring circuit of 381breaker′s control power source

图43831 开关控制电源监视回路图Fig.4 The monitoring circuit of 3831breaker′s control power source

对于380开关，其交流控制电源按照实际运行情况，在381开关为合位时，选取381开关进线电源侧380V交流电源①，在381开关为分位、382开关为合位时，选取382开关进线电源侧380V交流电源②，其U相控制电源0U自动选取回路如图5所示，W相控制电源0W自动选取回路相类似。380开关控制电源监视回路如图6所示，其中，0SJ为带时间延时继电器。另外，按照相继动作时间的配合要求，0SJ延时时间比1SJ（2SJ、3SJ、4SJ）延时时间较长。

图5380 开关U相控制电源自动选取图Fig.5 The automatic selecting circuit of 380breaker U phase′s control power source

图6380 开关控制电源监视回路图Fig.6 The monitoring circuit of 380breaker′s control power source

2.2.2 开关自动控制方式的实现

1）保护动作闭锁合闸回路。在开关控制回路中加装保护动作闭锁开关合闸回路，当保护动作跳开381、382、3831、3832或380开关时，闭锁相应开关自动合闸回路，防止此时误合开关造成故障电流的再次冲击，在检查处理确认相应设备无异常后，需人工对其进行复位操作。381、3831、380开关控制回路加装的保护动作接点分别如图3、图4、图6所示，382、3832开关保护动作闭锁合闸方式相类似。

2）失压跳闸回路。该回路实现381、382、3831、3832或380开关在其进线侧电压消失时，快速自动跳开该开关的功能。其控制回路设计如图7所示，其中，SYTQ为失压跳闸线圈。

3）备用开关合闸回路。当主供电电源381（或382）开关进线侧失压跳闸后，备用3831（或3832）开关自动合闸，恢复失压母线出线负荷用电。在3831、3832开关控制回路中，分别加装381、382开关失压跳闸后3831、3832开关延时自动合闸回路。3831开关延时自动合闸回路如图8所示，其中，3HQ为3831开关合闸线圈。

图7 失压跳闸回路图Fig.7 The breaker′s tripping circuit while it′s power source loses

图83831 开关合闸回路图Fig.8 The 3831breaker′s closing circuit

在主供电电源381（或382）开关进线侧失压跳闸后，备用3831（或3832）开关进线侧电源也失压的情况下，备用380开关自动合闸，由380VⅡ段（或Ⅰ段）带380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有负荷运行，其控制回路如图9所示，其中，0HQ为380开关合闸线圈。

图9380 开关合闸回路图Fig.9 The 380breaker′s closing circuit

4）运行方式自动恢复回路。该回路实现：①在主供电电源381（或382）开关断开情况下，当380VⅠ段（或Ⅱ段）进线电源恢复后，自动断开备用开关，合上381（或382）开关，切回到系统正常运行方式；②在380VⅠ段（或Ⅱ段）和备用段母线进线电源同时失去，由380开关并联380VⅠ段和Ⅱ段母线，由380VⅡ段（或Ⅰ段）电源带380V交流Ⅰ、Ⅱ段所有负荷运行情况下，当380V备用段母线进线电源恢复后，自动断开380开关，合上3831（或3832）开关，由380V备用段母线带380VⅠ段（或Ⅱ段）负荷运行的功能。

在主供电电源381（或382）开关进线侧无压，381（或382）开关断开情况下，381（或382）开关进线侧电源恢复后，立即启动3831（或3832）开关自动跳闸，然后延时启动381（或382）开关合闸。381开关进线侧电源恢复后，启动3831开关自动跳闸回路如图10所示，其中，3TQ为3831开关跳闸线圈；延时启动381开关合闸回路如图11所示，其中，1TQ为381开关合闸线圈。

在380VⅠ段和Ⅱ段只有一段有电，备用段电源无电，380开关在合位供电方式下，若380V无电的一段或备用段电源恢复供电时，立即启动380开关自动跳闸，然后延时启动原无电侧主供电电源开关（或备用开关）合闸，使得站用系统按照3）所述智能化工作方式运行。380V无电的一段或备用段电源恢复供电时，立即启动380开关自动跳闸回路如图11所示；380VⅠ段电源恢复供电后延时启动381开关自动合闸回路如图12所示；380VⅠ段和备用段电源无电情况下，备用段电源恢复供电时，3831开关自动合闸回路如图8所示。

图103831 开关跳闸回路图Fig.10 The 3831breaker′s tripping circuit

图11380 开关跳闸回路图Fig.11 The 380breaker′s tripping circuit

图12381 开关合闸回路图Fig.12 The 381breaker′s closing circuit

5）主、备用开关互相闭锁合闸回路。该回路实现在各开关自动切换过程中，防止380VⅠ段、Ⅱ段和备用段进线电源通过站用380V开关联络，而发生短路的功能。

381 和3831 开关，382和3832开关之间分别相互闭锁，即当381（或382）开关在合位时，3831（或3832）开关不能合闸，反之亦然。如图11与图8所示，在381和3831开关合闸回路中分别接入3831、381开关常闭辅助接点，实现其相互闭锁功能。

对于380开关，按照工作方式可知，在380开关为合位时，381、382、3831、3832开关均可能为合位，其防止通过380开关将380VⅠ段、Ⅱ段或备用段进线电源联络发生短路由启动开关跳合闸继电器时间差来实现。如前所述，在380VⅠ段和Ⅱ段只有一段有电，备用段电源无电，380开关在合位供电方式下，若380V无电的一段或备用段电源恢复供电时，立即启动380开关自动跳闸，然后延时启动381（或382、3831、3832）开关合闸，防止了不同380V电源通过380开关联络发生短路的可能。

2.2.3 开关手动控制方式的实现

1）控制电源有电。在各开关控制电源有电情况下，将各开关工作方式切为“手动”，即可实现由人工对开关的分合闸操作。图11、图8、图9分别可实现381、3831、380开关手动合闸操作，图10、图12分别可实现3831、380开关手动分闸操作，其他开关的手动分合闸回路图相类似。

2）控制电源无电。在各开关控制电源无电情况下，由开关本体上强制分合闸按钮即可实现对该开关的强制手动分合闸操作。由于此种操作各开关之间无任何操作闭锁功能，因此，在合开关操作前要严格检查各段电源和各开关分合位置情况，严防发生两段不同电源并列运行现象。

3 运行维护注意事项

3.1 切换试验

对前一节站用系统，在新投、检修后，或正常运行必要时，需对其进行切换试验，以检查其自动切换功能完好与否。

1）试验方式。381、3831、380开关间自动切换试验操作顺序：①拉开1号站用变压器高压侧101开关，检查是否按照逻辑顺序，先是381开关断开，然后3831开关合上；②拉开0号站用变压器高压侧103开关，检查是否按照逻辑顺序，先是3831开关断开，然后380开关合上；③合上0号站用变压器高压侧103开关，检查是否按照逻辑顺序，先是380开关断开，然后3831开关合上；④合上1号站用变压器高压侧101开关，检查是否按照逻辑顺序，先是3831开关断开，然后381开关合上；⑤在步骤②后，合上1号站用变压器高压侧101开关，检查是否按照逻辑顺序，先是380开关断开，然后381开关合上。

382 、3832 、380 开关间自动切换试验操作顺序和381、3831、380开关间自动切换试验操作顺序相类似。

2）注意事项。在进行1）中所述切换试验前，要先检查该站用系统在正常运行方式，即381、382开关在合位，3831、3832、380开关在分位；同时，检查380VⅠ段、Ⅱ段和备用段母线电压均指示正常。

3.2 保护动作处理

1）区外保护动作。如图1所示，当故障发生在站用381、382、3831、3832开关电源侧（区外），保护动作跳开101（或102、103）开关时，除了需检查具体故障点和故障原因外，还应检查站用380V各开关是否按照设计逻辑顺序进行相应切换，保证站用380V负荷的正常用电。

2）区内保护动作。当故障发生在站用381、382、3831、3832、380开关至各出线负荷开关间（区内），应详细检查具体故障点、故障原因及保护动作、开关跳闸情况，根据实际检查情况：①若故障能立即消除，复归各保护动作信号，恢复站用系统正常运行；②若故障不能立即消除，将故障相邻站用380V开关“手动/自动”控制方式切至“手动”位置，如对于381、3831、380开关至各出线负荷开关间故障，其相邻开关即为381、3831和380开关，然后拉开相应刀闸和出线负荷开关，将故障进行隔离，等待检修处理。

3）注意事项。在区内保护动作跳开开关后，需在将故障相邻站用380V开关“手动/自动”控制方式切至“手动”位置后，才能复归相应保护动作信号，防止开关误合闸，造成再一次的短路冲击。

3.3 设备检修

1）停电操作。在站用系统设备出现异常等情况需对设备进行检修时，需先将相应设备停电，并做好安全措施后进行。

2）注意事项。在对设备进行停电检修前，先将相应需断开开关“手动/自动”控制方式切至“手动”位置后，拉开相应开关及刀闸，并检查其他开关切换正确，运行开关已带上了所有负荷。

4 结语

本文所述变电站站用交流系统实现了各供电电源之间的自动切换功能，并在部分设备故障情况下，能够自动断开相关开关，隔离故障区域，大大提高了站用交流系统的供电可靠性和安全性，其运行方式灵活，试验、检修方便，为电网的安全可靠运行提供了良好基础[8]。

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An Intelligent Design and Application of the AC System in Substation Power

SU Feng-fei,YUAN Zhong-dong
（Xi’an Power Supply Bureau,Xi’an 710032,Shaanxi Province,China）

Based on a typical wiring of the AC system in substation power sources,this paper introduces the specific realization of the system′s intelligent working pattern.It also explores the related operation and maintenance services of the system such as the AC testing and inspection and repairing services.The study conduced in the paper can serve as reference to the design and application of the AC system in substation power sources.

power station system;intelligent;substation

从一种变电站站用交流系统典型接线形式出发，介绍了该种系统智能化工作方式的具体实现；在此基础上，探讨了该种站用交流系统试验、检修等运行维护注意事项，对变电站站用交流系统的设计和应用有一定的参考作用。

站用系统；智能化；变电站

1674-3814（2011）11-0035-06

TM642

B

2011-07-02。

苏凤飞（1981—），男，硕士研究生，工程师，从事变电运行方面的工作。

（编辑 董小兵）