10kV备自投装置及可靠性提升

文/林佳

1 备自投装置概述

1.1 基本原理

当前，备自投装置在电力系统中有着非常广泛的应用，其能够起到提升电力系统供电可靠性的作用。当电力系统出现故障或者出现其它因素，造成供电电源消失的情况下，备自投装置就会进行动作，切断工作电源，并将备用电源接入到系统中，使电网继续运行，保障供电的稳定性。当前备自投装置在电力系统中的应用是比较广泛的，其在电网中的应用方案包括变压器备自投、桥断路器备自投、进线备自投等，能够在不同场合满足不同的要求，进而提高电力系统供电的可靠性。

1.2 备自投装置应用的基本逻辑

图1是某变电站的10kV系统的实际接线图。

以图1中某变电站10kV系统中的Ⅰ、Ⅱ段母线为例，分析900备自投的动作情况：

（1）当Ⅰ母线没有压力，91A进线没有电流，且Ⅱ母线有压力的情况下，备自投装置在经延时后会跳开91A开关，并在确定91A开关完成跳开动作后闭合900开关。

（2）当Ⅱ母线没有压力，91B无电流，且Ⅰ母线有压力的情况下，备自投装置在经延时后会跳开91B开关，并在确定91B开关完成跳开动作后闭合900开关。

1.3 备自投装置的使用原则

（1）备自投装置只能够动作一次。当出现故障之后，备自投装置会第一次启动，将备用电源接入到电力系统之中，将故障位置切除出去，从而保证备用电源的安全。而如果再次投入备用电源或者设施，不仅不能够解决电力系统的问题，还可能会造成备用电源、以及系统受到破坏。

图1：10kV系统实际接线图

图2：一种电压自适应式备自投的启动方法逻辑图

（2）备用电源要在工作电源被断开之后再启动。当系统电源出现故障之后，备用电源在接入之前会先确定工作电源的进线电路器是否断开，在其断开之后备用电源才会开始工作。

2 10kV备自投装置当前存在的问题

根据长时间的工作经验和调查发现，当前很多备自投设备使用了电压从有压到无压衰减辅以上升沿延时作为备自投启动和开放的条件，这一问题带来的明显的弊端就是，如果10kV电压从有压到无压衰减的过程中需要比较长的时间的话，会给备自投装置的启动带来比较大的影响，衰减时间的增加可能会导致备自投装置出现拒动的问题。另外，10kV母线从有压到无压衰减时间具有一定的不确定性，会根据运行方式的不同而发生变化，这就导致了备自投装置存在拒动的可能性。

另外，在进行传统的备自投装置的运行逻辑制定过程中，必须要依据母线的运行模式来编制针对性的运行逻辑，同时要求当备自投装置开始启动时，母线断路器应处在分闸位，这样才能够判定备自投装置就绪，这种逻辑方式虽然能够一定程度上提升备自投装置的可靠性，但是其方法编辑是非常繁琐的，影响备自投装置的效率，同时不利于其动作行为的分析工作。

为了有效提升电力系统供电的稳定性，提高供电的可靠性，往往在工作电源和备用电源之外设置一个应急电源，将其作为备自投装置的第三电源，用来保证备自投装置的供电，值得注意的是，设置的备用电源在参数上和常用电源之间的差异通常都比较大，因此在设计过程中，为了保证备自投装置能够发挥出功能，需要避免非同期合闸就显得尤为重要。

3 提高备自投装置可靠性的方法探讨

3.1 一种电压自适应启动方法

本文通过研究设计了一种电压自适应的启动方法，该方法的其中逻辑如图2中所示。

在这一判别方法中，备自投装置是否启动要根据10kV母线是否有压以及10 kV母线电压是否低于电压低定值这两个信号条件，以及自保持回路的情况进行判断。根据这一判别条件，如果母线电压正常，或者是母线电压尚未下降到不正常之前，备自投都不会相应；而如果当母线电压已经低于所设定的值，那么其会立即启动，在对开关位置进行判断之后，立即动作。

在该种备自投启动方法中，所需要应用的延时（包括上升沿延时t1和下降沿延时t2）都是通过定时器实现的，具体的判断流程如下：

（1）上升沿延时。当如数从0到1时，输出延时t1s再判输入为1后，输出才从0到1。

（2）下降沿延时。输入从1到0，输出保持1状态t2 s后才从1到0。

图3

图4：开放备自投时间整定方法逻辑图

在这一备自投装置启动方法中，备自投装置在母线电压失压时只会出现一次，在出现母线失压的情况之后，其会在设定的时间内瞬间开放启动条件，如果电压恢复正常则不需要进一步动作，而如果在设定的时间内，母线的电压还既继续下降，处于Ulow以下时，那么备自投装置也会立即关闭，不会再次启动，从而保障电力系统和用电负载设备的安全。通过应用这种备自投装置的启动方法，不仅能够有效的解决由于母线电源衰减缓慢导致的备自投拒动的问题，而且还能够进一步提高备自投动作的可靠性，从而更好的保证电力系统的稳定性和安全性。

3.2 备自投就绪条件判别方法

备自投就绪条件的判定需要具有可靠性，但是如果其方法编辑太过繁琐的话，会对备自投装置动作的分析和研究造成不利的影响。在在进行传统的备自投装置的运行逻辑制定过程中，必须要依据母线的运行模式来编制针对性的运行逻辑，同时要求当备自投装置开始启动时，母线断路器应处在分闸位，这样才能够判定备自投装置就绪，这一判断逻辑的方法编辑十分繁琐，因此本文对备自投就绪判别条件进行了优化。在设计过程中，考虑到上述判别方法中，备自投动作的前提条件是：母线上的所有开关需要处于分闸位，基于此进行研究，认为可以将备自投的启动条件设置为：母线开关分位以及工作位情况。通过应用这一判断条件，备自投就绪时间的判断就不需要在考虑各种运行方式下断路器的位置了，能够极大的简化备自投逻辑程序，不仅能够有效的备自投装置的运行效率，而且还能够更好的对备自投动作行为进行后续的研究和分析，有助于进一步对备自投进行优化。本文所建立的备自投就绪条件的判别方法逻辑图如图3所示。

3.3 开放备自投时间整定方法

如上文所提到的设置的备用电源在参数上和常用电源之间的差异通常都比较大，为了应对这一因素所带来的影响，就需要避免非同期合闸的情况出现，因此需要针对此进行合理的设计。

本文提出的开放备自投时间整定方法的逻辑图如图4中所示。

在该逻辑中，当母线出现失压，满足备自投启动条件之后，输入状态为1。下降沿延时1.2s定时器，其到的作用是在输入状态1到0的条件下，输出状态要保持在1的状态下1.2s的时间之后才会从1到0，下降2s的定时器作用原理和其一样，在上述情况下保持2s之后才会从1到0。同时，此时间就是开放备自投的总时间，这一时间可以按照现场实际要求进行整定。上升时间0.2s定时器的作用是，在输入状态从0到1的情况下，输出延时0.2s之后在判输入为1后，输出才从0到1，上升沿延时1.3s定时器的应用原理和其相同，输出延时1.3s之后才会在判输入为1后才会使输出从0到1。通过应用这一上升沿定时器模块，能够保证在开启第三备电源时，也就是在输出延时1.3s之后，由于其时间已经超过了第一、二备电源备自投的最长时间，所以可以肯定的是此时第一、二备自投的动作已经结束，能够确定其不存在已动作的可能性，因此通过这样的方式能够有效的避免非同期合闸的风险，从而有效的保证备自投的可靠性，保证电力系统的稳定运行。

4 结语

在电力系统中，通过应用10kV备自投装置，能够提高电力系统的稳定性，为企业生产活动提供可靠稳定的电能。通过研究发现，当前10kV备自投装置在实际运行中还存在一些问题，如母线电源衰减缓慢导致的备自投拒动的问题、就绪条件判别方法编辑繁琐以及存在非同期合闸的风险等，基于此本文提出了一种电压自适应的备自投启动方法，并且对备自投就绪条件判别方法就行了优化，简化了逻辑程序，同时通过开放备自投时间整定方法，通过有效的进行时间配合方案，实现了非同期合闸风险的有效规避，提升了10kV备自投可靠性的提升。