基于常规变电站备自投原理及应用概述

张扬

摘 要：常规变电站备自投装置的动作逻辑的控制条件可分为三类：充电条件、闭锁条件、起动条件。即在所有充电条件均满足，而闭锁条件不满足时，经过一个固定的延时完成充电，备自投装置就绪，一旦出现起动条件即动作出口，文章即对其工作原理及应用作相对概述，对指导实践具体一定参考意义。

关键词：备自投；保护；动作

中图分类号：TM63 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）16-0165-02

Abstract： The control conditions of the operation logic of the spare power source automatic switch gear in conventional substation can be divided into three categories： charging condition， locking condition and starting condition. That is， when all the charging conditions are satisfied and the latching conditions are not satisfied， the charging is completed after a fixed delay， and the spare power source automatic switch is ready. Once the starting condition is present， the working principle and application of the device will be relatively summarized， which has reference significance to guiding the specific practice.

Keywords： spare power source automatic switch； protection； action

1 概述

電力系统是国民经济支柱，是社会生活运行的基础。随着我国电网的不断发展，西电东送、南北互供、全国联网工程的实施，电网互联已成为电力系统的发展趋势。电网互联产生了巨大经济效益的同时，也使电网的网络结构变得更为复杂，各区域电网之间的功率交换将越来越频繁，输电线路的负担也日益加重。如果由于故障等因素，某些承担重要负荷关键线路一旦被切除，随之引起的潮流转移与后备保护不合理动作的连锁反应，很有可能引发连锁跳闸事件，甚至导致大停电事故，给社会和经济带来难以估量的损失。

在工作电源因故障被断开以后，能自动而迅速地将备用电源投入工作，使电能可以不间断的向用户供应，同时还可以使电力系统的连续性得到大大的提高，通常这一装置在110kV以下的系统中较为常见，这一装置通常称为备自投。经过电力系统多年的运行实践经验表明，在以下设备中，会经常使用到备自投装置。（1）装有备用电源的发电厂，比如水电，小型火电等，一般主要作为厂用电电源部分。（2）在比较重要的环境中，一般要使用双电源供电系统，其中一个电源如果因故障断开，另外一个电源就可以作为备用电源投入。（3）比较重要的变电站内的变压器或有互为备用的母线段，通常会有两段电源互相切换，这样即可以保证负荷连续性。（4）某些重要的辅助电动机，要保证电动机不停转的运行，必需要有两段电源互相备用。

总结经常出现的这些案例情况，我们可以得出，备自投装置主要用于供电网、配电网中有两个以上的电源供电，工作方式为主供电源、备用电源互相自动切换性，且这些负荷非常的重要，必须要不停电的供电运行才可以保证电能的连续性，在现有变电站的备自投配置中，高压侧多采用母联自投或进线自投的备用电源方式，而中低压侧多采用变压器自投或母联自投。以下就备自投装置的基本要求、工作原理及其特殊问题进行分析。

2 备自投装置的基本要求

（1）应保证在工作电源和设备断开后，才投入备用电源或备用设备。因此在工作电源消失后，备自投逻辑先经相应延时跳开工作电源断路器，确认其跳开后，备自投逻辑才可进行下去。这样可防止将备用电源或设备投入到故障元件上，造成事故扩大，损坏设备。（2）工作母线和设备上的电压不论何种原因消失时备自投装置均应启动。因此备自投装置有其独立的低电压起动部分。（3）备自投只能动作一次。当工作母线或引出线发生永久性故障且并未通过断路器将故障点隔离，因母线电压降低，备投装置动作，备用电源投入；此时备用电源合于故障点，其保护装置跳开备用电源开关，若此时备用电源继续投入，不仅会进一步损坏备用电源设备，还会对系统产生再一次冲击，并有可能造成事故扩大。（4）当两段系统的电源同时消失，无电压的情况下，此时备自投不会误动作。（5）当出现过负荷过电流的情况下，系统备自投会自动识别，此时系统备自投不应该动作，以防造成更多的故障后果，其严重性比较大。（6）经常会出现系统的短路接地比较严重性的故障，此时当备自投装置动作时，一旦重合到永久性的故障时，备自投应保护加速动作跳开后，不再重合动作。（7）备自投装置的动作时间以使负荷的停电时间尽可能短为原则。

3 备自投装置工作原理

微机型备自投装置提供的模拟量输入，开关量输入与定值都可以成为控制备自投动作的可编程原件。为防止备自投装置重复动作，借鉴重合闸逻辑的做法，在动作逻辑中设置了一个“充电”计数器。在传统备自投上采用电容器充放电过程和瞬时动作延时返回的中间继电器实现一次合闸；在微机备自投中，一般采用逻辑判断和软件延时代替充电过程。目前国内生产的备自投装置，主要的工作原是可以划分三大类逻辑的控制条件，分别是充电条件、闭锁条件、起动条件。即在所有充电条件均满足，而闭锁条件不满足时，经过一个固定的延时完成充电，备自投装置就绪，一旦出现起动条件即动作出口。桥断路器或母联备投可见图1所示，是桥断路器或母联备投的一次接线图。正常运行时，其主要线路的母线断路器处于断开状态，而当某一段母线因供电设备或线路故障跳开或偷跳时，则马上进行另外一条线路上的断路器自动重合，即3QF合上，从而实现备用功能，当然经常可能会出现过永久性的故障后，线路断路器不能重合成功，即会再重合一次，不能再发生重合，否则更多的短路电流冲击，对设备发生严重损坏。为防止TV断线时备自投误动，取线路电流作为母线失压的闭锁判据。下面以I母失压分析其动作逻辑如下：

（1）充电条件（逻辑“与”）。a.1QF合位，2QF合位，3QF分位。b.I母有压，II母有压经过10-15s后充电完成。（2）放电条件（逻辑“或”）。a.手跳1QF、2QF。b.3QF合位。c.I母、II母同时无压。d.有其他外部闭锁条件。e.备自投动作出口后。（3）起动条件（逻辑“与”）。a.I母无压，进线I无流。b.II母有压。备自投起动后经延时跳1QF，确认1QF跳开后，合3QF。

4 备自投实际应用及相关问题分析

在通二变电站中，110kV采用进线备自投方式，35kV及6kV采用母联备自投方式。下面结合通二变电站的备自投运行方式进行相关问题分析。

4.1 输入量分析

下面将结合通二站110kV侧进线自投进行输入量的分析。（1）交流量：a.I母电压Ua1、Ub1、Uc1；II母电压Ua2、Ub2、Uc2，用以判别母线有无电压。b.线路1、2A相电流Ia1、Ia2，防止PT断线使备投误动。（2）开关量：a.1QF、2QF、3QF跳位TWJ常开触点（通二站高压侧分段开关为死连接，3QF端子默认合位），用于系统运行方式判别。b.备自投闭锁接点。

4.2 备自投闭锁相关问题

（1）手跳闭锁。在通二变电站中，备自投装置通过接入手跳继电器常开接点（STJ）以实现手跳闭锁功能。（2）保护闭锁。保护闭锁分别有母差动作闭锁、主变后备保护闭锁母联自投。如在通二变电站中，低压侧为单母线分段方式，两条母线互为备用。当母线或主变引出线故障时，变压器的主保护并未切除故障，主变后备保护动作将故障切除，造成相应母线失压，此时应闭锁母联自投，以防止备自投动作，合闸于故障点，造成再次冲击。（3）其他闭锁输入。

4.3 过负荷联切问题

当备用电源不能满足全部供电容量要求，则应在备用电源投入前有选择的切除部分负荷，同时闭锁相应线路的重合闸。同时，有电厂并网的变电站备投装置应具有防止非同期合闸的措施，即具备备自投装置动作联跳电厂线开关或检无压合闸回路的条件。通常情况下，在满足无压、无流的条件下才启动动作，跳开主供电源后，再合備用电源。在通二变电站中，因为负荷较小，备自投装置并未采用过负荷联切的相关方式。

4.4 备自投装置动作时间整定问题

对于单独备自投装置时间的整定要求：低电压元件动作后延时跳开工作电源，其动作时间宜大于本级电源侧后备保护动作时间与线路重合闸时间之和，一般整定时间为3-4s；备自投投入时间一般不带延时，如需联切部分负荷，投入时间可整定为0.1-0.5s。

4.5 备自投装置在生产实际中的注意事项

（1）在备自投装置的实际跳合试验中，应将其从其他运行装置独立出来，做好必要的安全措施，退出备自投跳运行开关的出口压板，并拆除备自投跳运行开关的跳闸电缆，防止误跳运行设备。（2）在备自投试验前，应区分运行PT与停电PT的电压电缆，断开备自投装置中的电压连片，防止PT短路。（3）备自投装置试验中，要进行实际传跳工作，做好相应的安全措施，明确备自投的实际动作逻辑，严格按照动作逻辑进行试验，并注意验证相关闭锁逻辑。

5 结束语

备自投主要作用因此在工作电源消失后，备自投逻辑先经相应延时跳开工作电源断路器，确认其跳开后，备自投逻辑才可进行下去。尽最程序上减少损失，最大的角度上避免造成事故扩大，损坏设备，是保证在工作电源和设备断开后，才投入备用电源或备用设备。越来越受到高压输电线路，大型发电厂的使用。

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