基于智能式断路器的新型站用交流电源系统分析

李仕章

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

0 引言

变电站必须具备安全可靠的工作电源，站用交流电源是整个变电站直流电源、逆变电源、通信电源的源头，同时担负着主变冷却、消防水泵、故障录波器等重要站内负荷的供电，其可靠性对于整个变电站的安全运行十分重要。因此需要配置安全、可靠的交流电源，保证站内用电负荷的稳定运行。笔者认为，目前变电站的交流系统保护配置功能和系统接线较为简单，供电可靠性较差，难以满足设备运行的要求，因此需要分析研究一种新的交流系统，从而解决目前存在的问题，提高变电站交流系统的可靠性。

1 目前变电站交流系统运行方式

图1 交流系统主接线图

目前变电站380V 站用交流电源系统普遍采用ATS 自动控制开关的供电模式，每一个ATS 均从两台独立的变压器低压侧引入两路电源，其中一路作为主供电电源，另一路作为备用电源，两路电源通过ATS 选择后输出一路供电，利用控制系统实现自动切换和控制模式的转变。四个进线开关11QF，12QF，21QF，22QF 一般为四段式保护断路器，该断路器一般具有过载、短路短延时、速动保护和接地保护四种功能，但定值不可连续调节。母线上的所有支路开关均为塑壳断路器或微断空开，此种类型开关一般为热磁式电子脱扣开关，动作值离散性较大，且不具备接地保护功能。

2 交流系统存在的主要问题

低压交流电源无法和高压设备一样每条支路都配置专门的保护设备，故障的隔离主要是依靠开关的级差配合及本体的保护功能来实现的，而变电站380V 交流系统是一个多分支、多层级的庞大系统，网络拓扑结构较为复杂，负荷种类较多，在实际运行中常出现以下问题：

（1）交流馈线支路某个节点发生接地故障时，由于支路开关均不具备接地保护功能，此时需由进线总开关的接地保功能护或站用变零序保护动作实现故障的隔离，导致了故障范围的扩大，即某条支路的故障必须通过整段母线的停电来实现故障的隔离；

（2）交流支路发生过流保护时，由于上下级开关动作曲线不配合导致开关越级跳闸，无法及时隔离故障，从而出现了支路故障时导致整段母线失压的情况；

（3）站内检修和生活用电等线路故障多发点往往造成其他负荷失压，无法将故障局限在同一类负荷中；

（4）站用变保护一般为微机型保护，电流和时间动作定值可以连续调整，动作灵敏度较高，而交流系统进线总开关定值只能在几个数值中进行选择，难以和站用变实现上下级的正确配合；同时消防水泵等电机类负荷的启动电流较大，启动时间较长，容易引起总开关的跳闸。

通过以上分析可以看出，目前变电站交流系统母线失压的频率较高，任何一条线路的故障都可能导致整段母线失压，供电可靠性较差，无法为变电站提供稳定可靠的工作电源。

3 基于智能式断路器新型交流电源系统设计

本方案提出一种新型的可靠交流电源系统，该系统通过智能式微机电子脱扣开关和普通开关的配合使用，结合负荷分段的原则来消除系统目前所存在的问题，与现行的方案相比，新的方案在满足基本功能的基础上主要有以下几个优点：

3.1 消除普通电子开关定值设置局限性

该系统进线总开关采用智能四段式断路器，此种开关配置了微机保护监控单元，过载、短路短延时、瞬动、接地故障定值均可以在监控单元中以符合规定范围内的连续数值的方式来进行整定。目前普通电子脱扣器定值整定由于靠拨码形式来完成的，定值离散性太大，只有3-5 个档位，无法和上级站用变保护的定值配合，智能式四段式断路器的先进功能可以消除普通电子开关的这些局限性，实现开关保护和站用变保护的配合。

3.2 简化系统设计，使其简单可靠

该方案中无需配置独立的站用电保护装置，所有的保护功能均在智能四段式断路器中实现，一方面可以充分利用开关的功能实现保护的选择性，另一方面也可以消除保护配置重叠的现象，简化系统。

3.3 采用分类小母线可以缩小故障范围，提高系统可靠性

站内空调电源和照明电源及生活用电是故障多发的节点，采用分类小母线，将同一类型负荷的空开都接在了一段小母线上，其上级配置4 段式普通电子开关，在终端负荷发生接地故障时可以将故障限制在该段小母线上，当某一段小母线下端故障时只隔离该段小母线，防止故障进一步扩大。

图2 一种新型的站用交流电源系统

4 总结

380V 站用交流电源的供电稳定可靠是变电站安全运行的重要保证，由于缺少独立的保护装置和开关本体保护功能的局限性，往往造成上下级开关级差和保护配合不到位，故障扩大的情况时有发生，大大降低了供电的可靠性，严重影响了变电站的安全运行。本文针对目前变电站交流系统运行中存在的问题进行分析，结合智能式断路器工作特点和负荷分类原则的特点，提出一种新的交流系统，解决目前系统存在的不足，从而提高站用电源供电的可靠性。

［1］DL/T 5155-2002 220kV～500kV 变电所所用电设计技术规程[S].

［2］IEC 60947-2:2009 低压开关设备和控制设备[S].

［3］IEC/TR 61912-1 低压开关设备和控制设备-过电流保护电器[S].