影响BZT装置正确动作的原因分析及自适应改进措施

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(新疆电力调度控制中心，新疆 乌鲁木齐 830002)

0 引 言

备用电源自动投入装置(简称备自投或BZT)是电力系统中为了提高供电可靠性而装设的自动装置[1]。目前，中国110 kV及以下电压等级电网多为开环运行[2-4]。对处于电网终端的变电站，为了提高供电可靠性和经济性，其进线多为两路——互为备用或一备一用。近年来，随着能源需求和新能源技术的发展，以风电、光电为代表的分布式电源(distributed generation，简称DG)接入电网以及系统接线和运行方式等因素的影响，BZT常常不能正确动作[5-10]。

首先介绍了BZT装置基本工作原理及其分类；其次分析了影响BZT装置正确动作的主要因素——分布式电源的接入与安自装置功能冲突以及备投后主变压器过负荷等。最后，针对DG接入问题提出了主供电源跳开时联切DG的方案、针对安自装置与BZT功能冲突问题提出了电压不平衡启动判据、针对主变压器过负荷问题提出了基于功率负荷的自适应BZT方案，得出一些有益结论。

1 备自投装置的原理及分类

备自投装置是一种当工作电源因故障断开后，能自动且迅速地将备用电源投入到工作，保证对用户不间断供电的一种自动装置。BZT采用交流不间断采样方式采集信号并实时进行傅里叶法变换，进而准确判断电源状态，并经一定延时来切换电源进线。

目前，中国电网中BZT常用方式主要有进线BZT方式和母联分段BZT方式以及主变压器BZT方式，且均以微机型BZT为主，以图1为例来说明。

图1 典型备自投接线方式

1)进线BZT方式

进线BZT方式中，图1中DL2、DL8断开，其他断路器合上。正常运行方式下，进线1处于工作状态，进线2备用。当BZT检测到变电站110 kVⅠ母失压且主供开关DL1无电流，在整定时间内，主供电源进线对侧重合闸重合不成功。此时，若进线2有压，则备自投装置启动，迅速跳开DL1，合上DL2。

2)母联分段BZT方式

母联分段BZT方式下一般无备用进线2。图1中，DL8断开，其他断路器合上。即正常工作时2台变压器各母线均投入，分段断路器断开，10 kV的两段母线互为备用。当10 kV母线的某一进线电源因故障断开后且重合不成功，则BZT启动，跳开故障线路且DL8自动投入。

3)主变压器BZT方式

主变压器备自投方式下T1工作，T2备用。DL1、DL3、DL4、DL6、DL8合上，其他断路器断开。当变压器T1发生故障，10 kVⅠ母失压，则BZT启动，跳开DL4、DL6，合上DL5、DL7。

2 影响备自投正确动作的主要因素

2.1 DG接入对BZT的影响

如图2所示，以110 kV终端变电站为例，进线L1运行，L2备用，即DL1、DL3、DL4、DL6、DL8、DL9在合位，DL2在分位。DG从110 kV母线侧接入变电站，以下分两种情况讨论，当变电站主供电源线路故障时DG对BZT的影响。

(1)DL1对侧开关无重合闸功能

当电源进线L1发生故障，DL1对端保护动作跳闸且不重合，在没有DG情况下，此时110 kVⅠ母失压，备自投满足启动条件，迅速启动跳开DL1，合上DL2，恢复对负荷供电。但当DG接入时，在电源进线消失后，DG继续与电网连在一起对负荷送电，将形成一个单独供电的短时孤岛。导致110 kVⅠ母、Ⅱ母上仍有电压且高于备自投检无压定值(一般为0.3Ue)，备自投不启动。

图2 含DG的变电站接线图

(2)DL1对侧开关有重合闸功能

当DG未接入时，进线L1发生瞬时性故障时，DL1对侧跳开后，经一段时间延时重合闸检无压重合，恢复供电，备自投不投运。若进线发生永久性故障，DL1跳开后重合不成功，此时备自投检无压启动，跳开DL1，合上DL2。在这个过程中，备自投时间整定必须躲过重合闸动作时间。当DG接入时，瞬时性和永久性故障下，备自投检无压均失效，从而不启动，即备用电源无法可靠供电。

2.2 BZT与安自装置的功能冲突的影响

电网中安自装置主要有低频、低压解列装置、振荡(失步)解列装置、切负荷装置、自动低频、低压减负荷装置、大小电流联切装置等。当系统中频率或电压低于电网下限时，即系统有功或无功不足时，其将可靠切除部分负荷，使系统频率或电压恢复稳定。为了保证电网的稳定，中国220 kV变电站内开始大量安装安自装置，其对110 kV线路BZT的投退将产生影响。

如图3，220 kV站Ⅰ安装有低周减载装置，同时A站内安装有进线BZT装置。当系统有功不足时，要求220 kV站Ⅰ处低周减载装置动作以切除负荷线路1，此时A站处BZT装置检测到母线无压且主供开关无电流，满足启动条件，BZT装置将会误动，即BZT与低周减载装置之间发生了功能冲突。在实际运行中，BZT装置应能区分线路是因故障时保护动作跳开，还是因安自装置动作跳开。

2.3 过负荷对BZT装置的影响

如图4所示为典型的两线路主变压器组运行方式，配置主变压器BZT或分段BZT。若系统中两台主变压器容量大小不同或单台主变压器容量小于全站负荷，此时，其中1台主变压器发生故障时，BZT的动作将全部负荷切换到另1台主变压器上，易造成单台主变压器过负荷。同时，此时若闭锁BZT会产生甩掉一半负荷的问题。

图3 典型电网结构图

图4 两线路主变压器组接线图

1)分段BZT过负荷问题

如图4(a)所示，当主变压器1(或2)断电时，BZT投入跳开1DL(或2DL)，主变压器2(或1)将承担2台主变压器的负荷，将出现过负荷问题，过负荷保护装置可能会动作，造成全站失电。若此时，BZT闭锁则将甩掉一半负荷。

2)进线BZT过负荷问题

如图4(b)所示，若故障前由进线1带全站负荷，且进线1出自1台大容量变压器。当进线1失电时，BZT将跳开1DL投入2DL，若线路2出自1台小容量变压器，则将出现小容量主变压器过负荷。此时，若闭锁BZT则会产生全站失电问题。

3 备自投自适应运行方式逻辑策略

3.1 适应DG接入的备自投逻辑改进

当电源进线故障时，为快速可靠地切除DG，选取以下两种解决方案。

1)主供电源进线安装光纤纵差保护。当主供电源进线发生故障时，线路两侧保护跳闸的同时，联跳DG，BZT检无压启动，这样可以缩短BZT的投入时间。

2)在进线断路器(即图2中DL1)处加装具有检电压、电流以及功率方向等功能的装置。系统正常运行时，DL1的功率流向为线路到母线。当主供电源故障时，DG将向故障点提供一定短路电流，DL1上功率流向将发生变化。当主供电源线路因断线等其他原因使DL1对侧开关跳开，DL1上有电压但无电流。所以，若DL1处功率流向发生变化或110 kV母线有压但DL1上无电流，则迅速跳开DL1，同时联切DG。

上述两种方法的思路都是故障时联跳DG，具体实现方法如下。

为确定DG在DL2闭合前已经切除。这里是基于南瑞继保RCS-9653BZT中的动作逻辑来改进。

图5 基于RCS-9653的部分逻辑改进

逻辑框图如图5所示，在BZT出口动作与门处加一输入条件——DG出口断路器DL9跳位。在此条件下，经延时继电器一定时间延时后为DL2。若故障清除，母线电压恢复，DL9经检同期合闸。

3.2 适应安自装置的备自投逻辑改进

当进线两端变电站同时装有安自装置和BZT时，若线路因低周减载跳开，则BZT应该闭锁，保证负荷可靠切除。

通过比较变电站母线电压数值大小的对称性，来区分线路切除是因为本身故障还是因为安自装置动作。

具体实现方法如下。

令则uφmax=max(|Ua|,|Ub|,|Uc|)则

uφmin=min(|Ua|,|Ub|,|Uc|)

(1)

uφφmax=max(|Uab|,|Ubc|,|Uca|)

(2)

uφφmin=min(|Uab|,|Ubc|,|Uca|)

(3)

k1=uφmin/uφmax,k2=uφφmin/uφφmax

(4)

BZT是否投入的判据如下：若k1

图6 BZT电压不平衡启动判据逻辑

3.3 适应负荷情况的备自投逻辑改进

当主供电源进线因故障而跳开时，BZT将工作母线接于备用电源上，此时可能出现负荷超出备用电源容量的情况，备用电源或设备可能会因过负荷而使继电保护装置动作，进而扩大停电范围。这与使用BZT的初衷相违背。针对上述问题，提出一种基于功率负荷自适应的BZT方案。

图7所示为基于功率负荷自适应的BZT方案流程。

图7 基于功率负荷的自适应BZT方案

2台主变压器的负荷功率及遥测信息通过变电站二次侧采样接口来采集并转换成一次侧有功功率(P1、P2)及无功功率(Q1、Q2)。

故总视载功率为

(5)

为使BZT动作后，主变压器在规定负荷容量内运行。需要根据BZT投入前的负荷分布情况，选择性地切除部分负荷，直到主变压器容量不过载。

若减载次数为n次，则各出线的负荷功率按n轮减载顺序逐次减负荷，直到满足要求。

第一轮减载后，系统所剩总负荷为

Pt1=P1+P2-Pj1

(6)

Qt1=Q1+Q2-Qj1

(7)

(8)

第n轮减载后，系统所剩总负荷为

Ptn=P1+P2-(Pj1+Pj2+…Pjn)

(9)

Qtn=Q1+Q2-(Qj1+Qj2+…Qjn)

(10)

其中,第n轮需要减去的有功、无功如下。

(11)

其中，lx和m分别为被减载线路间隔、每次减载所选低压出线间隔数。

已知备用主变压器容量为S1，分别将每一轮负荷减载后的总视载功率与主变压器容量分别作比较。

BZT投入运行的逻辑条件如下。

1)若总负荷S

2)若总负荷且S>S1且St(n-1)>S1,Stn

4 结论与展望

分析研究了DG接入、安自装置与BZT功能冲突、过负荷等多种情况下BZT装置的不足之处。针对DG接入问题提出了主供电源跳开时联切DG的方案，针对安自装置与BZT功能冲突问题提出了电压不平衡启动判据，针对主变压器过负荷问题提出了基于功率负荷的自适应BZT方案。上述方案提高了BZT装置的可靠性，具有较强的实用性。

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