110KV 变电站备自投装置应用分析

刘 云

（重庆市电力公司长寿供电局，重庆401220）

概述

在电力系统中，因为故障或其他原因，工作电源断开以后，将备用电源、备用设备或其他电源自动地迅速地投入工作，令用户能尽快恢复供电的自动控制装置，简称备自投装置。采用备自投装置可以提高供电可靠性、简化继电保护配置、限制短路电流并提高母线残压；随着用户对供电可靠性要求的提高，备自投装置得到了广泛应用，是电力部门为保证用户连续可靠供电的重要手段。

备用电源自动投入装置是电力系统提高供电可靠性、保证供电连续性的一种有效手段，主要用于110 kV 及以下电压等级的系统中，其主接线方式主要为桥型接线方式。内桥接线有两种运行方式，一种是进线运行方式，另一种是分段运行方式，对应这两种运行方式有两种各自投方式，一种为迸线各自投，也称明备用，另一种为分段各自投，也称暗备用。对内桥接线，进线断路器和母联断路器实际就是主变的断路器，因此主变差动保护的保护范围包括母线。对110 kV 的桥备自投，主变保护(包括差动保护、重瓦斯保护、高后备保护)动作闭锁桥备自投；对110kV 进线备自投，主变保护动作不闭锁备自投。

1 备用电源自动投入装置基本要求

备用电源自动投入装置基本要求如下：（1）应保证在工作电源或设备断开后才投入备用电源或设备。（2）工作电源或设备上的电压不论何种原因，除有闭锁信号外，自动投入装置均应动作。（3）自动投入装置应保证只动作一次。（4）当自动投入装置动作时，如备用电源或设备投于故障，应有保护加速跳闸。（5）手动断开工作电源断路器时备用电源自动投入装置应可靠被闭锁。（6）应具有闭锁备自投装置的功能，以防止备用电源投到故障的元件上，造成事故扩大的严重后果。（7）备用电源不满足有压条件，备用电源自投装置不应动作。

图1 单母分段接线图

2 备自投装置在110kV 单母分段接线中的应用存在的问题及解决措施

2. 1 单母分段接线运行方式与备自投动作逻辑

图1 所示为单母分段接线方式，它可以有以下三种运行方式：①两路进线各带一台主变运行，110kV 母联16M 断路器在热备用：②进线163 线路带两台主变运行，进线164 断路器在热备用；③进线164 线路带两台主变运行，进线163 断路器在热备用。上述三种运行方式与内桥接线的三种运行方式极为相似，因此，单母接线备自投也有与内桥接线相同的四种动作逻辑。

2.1.1 对方式①，有两种备自投逻辑：i)I 母无压II 母有压，进线Ll 无流，确认进线163 断路器跳闸后合上母联16M 断路器；ii)II 母无压，I母有压，进线L2 无流，确认进线164 断路器跳闸后合上母联16M 断路器。

2.1.2 对方式②，配置的备自投通常称为进线各自投，其逻辑为I、II 母均无压，进线L2 线路有压，进线Ll 无流，确认进线163 断路器跳闸后合上进线164 断路器。

2.1.3 对方式③，也是进线备自投，其逻辑为I、II 母均无压，进线Ll 线路有压，进线L2 无流，确认进线164 断路器跳闸后合上进线163断路器。

2. 2 单母分段接线继电保护配置和保护范围

对于110kV 单母分段这种简单接线方式，一般作为终端变电站，其线路和母线不配置保护，主变差动保护范围为从主变断路器的电流互感器(Circuit Transformer，CT)到主变本体，如图1 中，群1 主变差动保护的保护范围为161断路器CT 到主变本体和66A 断路器CT 到主变本体。所以，对单母分段接线，主变保护的保护范围是不包括母线的。若110kV 母线故障，则依靠对侧线路保护动作来隔离故障。

2. 3 存在的问题

从2.2 中分析可知，单母分段接线中母线不在主变保护范围内，母线故障依靠对侧线路保护来隔离故障，此时备自投不会闭锁仍然会动作，这不符合各自投装置的基本要求。如图1中，110kVI 段母线故障，此时故障不在主变保护范围内，两台主变保护均不会动作，而母线没有配置保护，故障必须依靠线路对侧保护动作隔离故障。当运行方式为方式①时，线路对侧隔离故障后满足自投逻辑i)的条件跳开163 断路器后合上16M 断路器从而合于故障元件。当运行方式为方式②时，线路对侧隔离故障后满足备自投动作条件跳开163 断路器后合上164 断路器从而合于故障元件。当运行方式为方式③时，线路对侧隔离故障后满足备自投动作条件跳开164 断路器后合上163 断路器从而合于故障元件。因此，必须增加母线故障闭锁备自投的条件。

2. 4 解决措施

对接线简单的终端变电站，母线不配置任何保护，为了解决母线故障闭锁各自投的问题，在两个线路上分别增加一套线路保护，配置I段反方向保护，其方向为线路指向母线，当母线故障时线路保护动作闭锁各自投保护，而当线路故障时由于方向为母线指向线路，与保护设置的方向相反，线路保护不会动作闭锁备自投。修改后的分段备自投逻辑见图2。

图2 单母接线分段备自投逻辑

增加线路保护的措施能解决母线故障闭锁备自投的问题，但并不是最终的解决方案，仍然存在问题需要解决。如图l，在进线备自投方式中，进线L1 带两台主变运行，164 断路器在热备用，此时，若110kV I 段母线发生故障，163 线路保护动作闭锁备自投，导致全站的负荷丢失。也就是说在进线备自投的方式中线路保护对母线失去选择性，无法区分是I 段母线故障还是Ⅱ段母线故障，一旦母线有故障则闭锁备自投，这样的做法不能满足对供电可靠性的要求。为了解决这个问题，必须在进线各自投的动作逻辑中增加母线故障选择性判据，即增加判断是哪

段母线故障的逻辑条件，动作逻辑见图3。

图3 单母分段进线备自投逻辑

2. 5 母线故障选择性判据及定值整定的考虑

如图1，若110kV I 段母线故障，则母联断路器中不会流过故障电流，若110kV II 段母线故障，则母联断路器中将流过故障电流，因此，可以利用母联断路器中是否流过故障电流来判断是哪段母线故障。母联断路器流过故障电流的判断可以采用过流判据，此时过流定值的整定应考虑躲过主变最大负荷电流，即任一相电流大于主变的额定电流；或者采用故障相电流突变量判据，如图1，若110kVI 段母线故障，此时母联相电流的突变量为负荷电流的变化量，若110kV II 段母线故障，此时母联相电流的突变量为故障相电流的变化量。故障相电流突变量判据比过流判据更灵敏，但过流判据可以利用备自投保护原有的母联过流保护来实现。

上述的解决措施能够解决备自投装置在单母分段接线方式中应用存在的问题，但仍然有一个问题需要注意。线路保护的方向为线路指向母线，若主变保护范围内发生故障，线路保护也会动作，若让保护出口跳闸断路器，必然会造成越级跳闸，因此线路保护只能利用其功能闭锁备自投，但绝对不能让其出口跳闸断路器，避免故障越级跳闸的发生。

结论

随着供电可靠性要求的不断提高，一些非内桥接线的110kV 终端变电站也要求装设备自投装置。本文通过对单母分段接线运行方式、继电保护配置、保护范围的分析，指出备自投装置在单母分段接线中应用存在的问题：由于母线没有配置保护，当母线故障时无法闭锁各自投装置。本文提出加装带反方向的线路保护保证母线故障时可靠闭锁备自投保护，同时在进线各自投逻辑中增加母线故障选择性判断是哪段母线故障来保证母线故障有选择性的闭锁备白投保护，满足提高供电可靠性的要求。对母线故障选择性判断，本文提出可以采用母联CT 过流判据，也可以采用更为灵敏的故障相电流突变量判据。

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