站用电双路电源自动切换方案分析

冯 旭,赵军玉,宋文亚,左辰庚

(国网河北省电力公司沧县供电分公司,河北 沧州 061000)

站用电双路电源自动切换方案分析

冯 旭,赵军玉,宋文亚,左辰庚

(国网河北省电力公司沧县供电分公司,河北 沧州 061000)

通过介绍变电站站用电系统在实际运行中发生的几个故障案例,分析几种常用的站用电双路电源自动切换方案,研究双路电源自动切换方案适用的供电环境及其在应用中存在的缺陷,提出站用电双电源互为备用的自动切换方案,旨在提高站用电系统运行的可靠性。

站用电系统;双路电源自动切换;供电可靠性

1 站用电双路电源自动切换控制器

鉴于站用电源系统对变电站安全运行的重要性,必须保证站用电能够长期不间断的供电。因此,多数变电站的站用电源系统都配备2台或2台以上站用变压器(以下简称“站变”),并配备相应的双电源自动切换控制器(Automatic Transfer Switch,ATS),与切换方案。在其中一台站变故障或其他原因退出运行情况下,ATS自动将负载切换到另一台站变电源上,保障站用电源系统不间断供电,接线见图1。

图1 站用电源系统ATS接线

双路电源自动切换控制器ATS是一种具有可编程功能、自动化测量、数字通信为一体的智能化双电源切换开关系统,实现测量及控制过程的自动化,减少人为操作失误,可精确地监测两路三相电源电压,对出现电压异常(过压、欠压、缺相、过频、欠频等)情况作出准确判断,并通过无源控制开关量,控制站用电电源进行自动切换。

2 故障案例及分析

目前,多数变电站站用电双路电源系统自动切换方案默认设置为“自投自复”模式,即站用电I路进线(一般为35 k V站变电源)为主供电电源, II路进线(一般为10 k V站变)为备用电源。当I路进线电压异常、II路进线电压正常,ATS自动切换至II路电源;I路进线电压恢复正常后,ATS自动切换至I路。从优先级的角度看,I路进线电源运行优先级高于II路。但在实际应用当中,这种双电源的“自投自复”方案多次造成变电站站用电系统故障加重,甚至危害变电站正常运行。

2.1 故障经过

2015年8月25日,河北沧县供电公司35 k V干河站直流系统告警:站用电I路进线(35 k V站变电源)电压异常。检修人员现场查看交流监测装置记录发现:直流系统I路进线电源V相缺相。ATS运行记录显示:故障期间站用电电源多次、短时间内在I路与II路电源间自动切换。经故障排查,检修人员判断35 k V站变(I路进线电源)调压装置发生故障,高压V相调压接头处虚接,在带负荷运行状态下,由于载流能力减弱,V相电源发生缺相,ATS将I路电源切换至II路电源;而切换到II路电源后,I路电源处于空载状态,因此电压恢复正常。

由于I路进线电源设置为主路优先切换路, ATS检测到其电压恢复正常后,将站用电电源由II路备用切换至I路主路电源。

短时间内反复切换站用电电源,造成直流系统充电机保护动作,停止工作,站用电电源此时由电池供电。长时间电池供电导致电池电压降低,站内风冷系统发生故障,主变压器有载调压失去电源不能正常工作。

2016年8月19日,沧县35 k V捷地站直流系统告警:交流I路进线(35 k V站变电源)电源异常;直流系统电压异常。检修人员现场发现:交流监测装置故障记录显示I路进线电源V相缺相; ATS控制器在电源故障期间多次切换站用电I、II路电源;直流系统4台充电机“032”装置保护动作,充电机停止工作,电池充电电压显示为5 V;站用电电源为I路进线电源且电压正常。检修人员判断35 k V站变发生故障,将站用交流电源切换到II路10 k V站变电源,并将ATS双电源切换设置为手动模式。随后检修中发现,35 k V站变调压接头处电弧灼烧痕迹较重,可判断缺相原因由此引起。此次故障中,由于电源缺相造成直流系统4台充电机损坏,主变压器有载调压失去电源不能正常工作,站内直流系统电源一度低至160 V,48 V通信电源低压停止工作。

2016年12月9日,35 k V李天木站35 k V母线出现低压,线电压低至33.4 k V,站用电I路电源(35 k V站变电源)电压带负荷运行时电压低至190 V以下,ATS控制器检测到190 V以下为I路进线电源“低电压”状态,自动切换至II路电源; I路电源空载时达到200 V左右,因此,ATS根据主、备用路优先级设置自动切回I路电源。

2.2 故障分析

以上3个案例中,导致故障原因各不相同,但站用电双电源自动切换方案均采用的是“自投自复”方案。由此可以得出:当主路电源出现不稳定故障,例如低电压、站用变电源发生虚接或载流能力减弱等故障时,“自投自复”方案不能及时有效地切断故障点或者错误的将站用电源切换至故障线路。因此,可以判断出双电源自动切换的“自投自复”方案在站用电系统应用中存在缺陷,是导致上述事故扩大的直接原因。为防止类似事故发生,应选择其他更加合适的双路电源自动切换方案,做到准确切断故障线路及故障点,避免事故范围扩大。

3 双路电源自动切换方案分析

以下分析几种常用的双路电源自动切换方案及其适用的供电环境。

3.1 自投自复

该方案模式下,I路进线或II路进线中,设置其中一路为主供电,另一路为备用电源。I路进线正常,则ATS切至I路;I路进线异常、II路进线正常,则ATS切至II路。自投过程:I路进线异常、II路进线正常,经切换延时后,ATS切至II路;自复过程:I路进线电压恢复正常并经切换延时后,ATS切至I路。此种方案适用于两路供电电源有明显不同的供电优先级,例如一路电源为市电供电,另一路电源由发电机供电作为备用电源,当市电异常时,启动发电机为负载供电;当市电恢复正常,自动切换至市电电源。

3.2 自投不自复

该方案模式下,当I路进线电源发生异常,经切换延时,ATS自动切换至II路进线;当I路电源恢复正常,ATS保持在II路;此时II路电源即使发生故障,ATS也不会切换回I路。

此种模式可有效断开故障点,但需检修或操作人员及时到现场将ATS控制器信号进行复归。

3.3 互为备用

该方案模式下,I路进线、II路进线没有主备用之分,自投不自复。即:I路进线正常、II路进线异常,则ATS切至I路;I路进线异常、II路正常,则ATS切换至II路;如果I路进线、II路进线都正常,ATS保持原来的状态,不会动作;异常线路恢复正常,ATS也不会返回原供电方式。

互为备用的模式,适用于两路电源都是市电供电,且不存在供电优先级不同的情况,因此无主备用之分。相比较“自投不自复”方案,不需检修或操作人员进行信号的手动复归。

根据以上的分析,从变电站站用电源系统来电测的角度来看,35 k V站变与10 k V站变电源同为稳定的市电电源,应具有相同的优先级,因此适用于“互为备用”的自动投切方案。

在以上的故障案例中,如果使用“互为备用”投切方案,当某一路站变电源出现故障时,ATS自动将负载切换到另一路电源上,此时故障路电源电压即使恢复正常,由于两路电源自动切换的优先级相同,ATS不会切换回故障电源侧。这样避免了“自投自复”方案中,将站用变电源切换到故障电源侧或不能切断故障点的情况发生,事故范围不会扩大。

4 结束语

随着站用电源系统逐步数字化、程序化、智能化建设的推进,站用电源系统的可靠运行越加重要。目前,多数变电站站用电源系统没有统一的双电源自动切换方案,使用一体化电源出厂默认设置的切换方案。本文通过站用电系统故障案例的分析,可以得出,采用“互为备用”的自动切换方案,能够及时断开站用电系统故障点,达到提高站用电系统运行可靠性的目的。

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[3] 李 雨,丁鸿杰,齐从谦.双电源供电系统实时监控和自动切换装置的研制[J].工业仪表与自动化装置,2003(5):58-62.

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本文责任编辑：丁 力

Analysis of Automatic Switching Scheme for Dual Power Supply in Substation

Feng Xu,Zhao Junyu,Song Wenya,Zuo Chengeng
(State Grid Hebei Electric Power Company Cangxian Power Supply Branch,Cangzhou 061000,China)

In this paper,several automatic switching schemes of dual power supply are analyzed,which is based on several fault cases of substation power system in actual operation.It studied the application environment and defects of the scheme,A automatic switching scheme is achieved by mutual standby of double powers,which is proposed to improve the reliability of substation power system.

station power system;automatic switching of dual power supply;reliability of power supply基于“DL/T 860(IECE 1850)”的数字化站用一体化电源系统应运而生,站用电源系统逐步向统一的数字化、程序化、智能化的方向发展。变电站站用电源系统是确保变电站安全可靠输送电能的一个不可缺少的重要环节。作为站用电交直流一体化系统、变压器有载调压、风冷系统、直流系统等重要设备的电源,站用电一旦失去,直接影响变电站正常工作,造成变电站失去保护、设备损坏,严重时造成停电事故。因此,站用电源系统的可靠运行对提高电网供电可靠性有重要作用。

TM782

B

10019898(2017)02006003

20170224

冯 旭(1987-),男,工程师,主要从事变电检修技术工作。