水电站厂用电备自投的设计及维护

马 静，黄小冬，何泽胜，焦维亮

（雅砻江流域水电开发有限公司官地水力发电厂，四川 西昌615704）

0 前言

在10 kV及以下电压等级厂用电系统中，为提高供电可靠性，保证供电连续性，防止因厂用电失电导致机组运行异常，常常会采用备自投装置，它能在一段母线失电后切断工作电源并迅速投入备用电源（备自投功能），并能在工作电源恢复供电后切断备用电源投入工作电源（自恢复功能），从而缩短供电中断时间、降低因失电而引起的损失。

但在实际运行过程中，备自投装置往往存在接入的模拟量、开关量较多，控制逻辑较复杂，闭锁措施不完善，检修维护困难，运行可靠性差等诸多问题，如何保证备自投可靠稳定运行，发挥其保证厂用电可靠性的作用就成了运行维护人员的首要任务。

1 备自投的设计

1.1 厂用电的设计

备自投的主要作用是保证厂用电的可靠性，其设计必须先考虑厂用电的结构。目前常用的厂用电结构有分段独立结构（图1）和手拉手环网结构（图 2）。

分段独立结构厂用电的外来施工电源（图1的5DL、6DL）直接接于母线上，作为该段母线的第二个备用电源，在设计备自投时必须考虑外来施工电源。

手拉手环网结构厂用电首尾相连，每段母线均有两段备用母线，其外来施工电源单独接于一段独立母线上，需要使用时手动投入，因此在设计备自投时可不考虑外来施工电源。

分段独立结构厂用电的优点是结构简单，节约电缆成本，缺点是会使用外来施工电源，增加用电成本；手拉手环网结构厂用的优点是不需要使用外来施工电源，厂用电稳定性高；缺点是结构稍微复杂，增加电缆成本。因此，电厂需根据自身要求选择合适的厂用电结构。

图1 分段独立结构厂用电系统接线示意图

图2 手拉手环网结构厂用电系统接线示意图

1.2 备自投的设计

备自投设计思路主要有两种：功能完备型和简单可靠型。这两种形式各有优缺点，功能完备型能满足各种特殊的运行方式，减少人为操作风险，但逻辑复杂，接入量较多，运行中的风险和检修调试的难度较高；简单可靠型备自投逻辑设计简单，功能易实现，且也能保证厂用电的稳定性，但不能满足特殊运行方式的要求，会增加人为操作。

考虑到厂用电下级负荷通常也有备用电源，即使厂用电短时失电也不至于影响机组的正常运行，但是如果因为备自投的误动导致两段厂用电合环运行，将可能导致厂用电中产生大电流，危及人身和设备安全，因此备自投的设计思路推荐为“按厂设计，逻辑简单，功能可靠”。例如图1所示分段独立厂用电系统Ⅰ段母线备自投可设计为Ⅰ母无压，1DL进线无流，若Ⅱ母有压，进线开关2DL在合位且联络开关2-3DL在分位，则跳开进线开关1DL，合上联络开关1-2DL；若上述条件不满足则检测5DL进线是否有压，若有压则跳开进线开关1DL，合上施工电源进线开关5DL。

2 备自投的闭锁条件

根据GB/T 14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》中5.3.3.4条规定“当厂用母线速动保护、工作电源分支保护或工作电源由手动或分散控制系统（DCS）跳闸时，应闭锁备用电源自动投入”。厂用母线保护主要有母线弧光保护和厂变过流保护，应接其动作接点于备自投闭锁回路上，避免备自投动作合闸于故障母线，导致事故扩大。但厂变过流保护通常配置在发变组保护中，其安装位置离备自投较远，需做好长距离传输的防干扰措施。由于备自投装置中会采集厂用电进线电流，故也可考虑在备自投装置中设置进线过流保护，定值与厂变过流定值相同，动作于闭锁备自投，这样就不需要接入厂变过流保护动作接点。

为防止人为操作开关导致备自投误动，开关手动或远方分闸也需要闭锁备自投，可采用手跳继电器STJ实现，手动或远方操作开关时，STJ线圈得电，常开接点闭合闭锁备自投功能。若现场开关控制回路中无STJ继电器，则需要添加手跳继电器，将其线圈接于开关手动及远方分闸回路中（图3）。

3 备自投的检修

3.1 定值校验

备自投定值通过充放电逻辑或者动作逻辑校验，备自投装置中常见的定值有有压、无压、有流、无流整定值及充电和动作时间等。

以校验有压定值Uyy和无压定值Uwy为例，备自投充电条件要求母线有压，因此可用充电条件校验有压定值；备自投动作条件要求故障母线无压，因此可用动作条件校验无压定值。具体操作为备自投装置正常运行，投入功能压板、控制字，退出所有出口压板，短接各开关位置接点开入量满足工作母线正常运行方式，无闭锁备自投开入，备用母线三相有压。在此条件下给工作母线电压通道加入0.95Uyy电压，备自投应不充电，加入1.05Uyy电压，经延时备自投应正常充电；备自投充电后，给工作母线电压通道加入1.05Uwy电压，备自投应不动作，加入0.95Uwy，经延时备自投应动作。

其他定值校验与此类似。

图3 开关控制回路（增加手跳继电器）

3.2 逻辑校验

备自投逻辑校验由于要实现模拟量和多组开关量的变化，因此需使用专用的试验仪器，目前我厂采用的北京博电新力电气股份有限公司生产的PMU-B型备用电源自投入装置测试仪就能很好的满足校验要求。

备自投装置正常运行，投入功能压板、控制字，退出所有出口压板，将模拟量和需要有开关位置变化的开入接点（主要是工作母线进线开关和联络开关位置）接于保护测试仪上，加入模拟量并调整开关位置开入，使备自投充电，将工作母线电压降为0，则备自投装置上备自投动作、跳闸指示灯点亮，此时调整工作母线进线开关位置，使其变为分位，则备自投检测到进线开关跳开后合上联络开关，备自投装置上合闸指示灯点亮。

3.3 整组试验

备自投检修后需进行整组试验检验备自投逻辑及出口回路的正确性，为防止备自投逻辑错误或出口回路异常导致母线合环运行，建议将整组试验分成两步进行：

（1）试验位置的整组试验。母线停运，将进线及联络开关拉至试验位置，用继电保护测试仪加入母线电压量，根据备自投动作条件模拟母线停电，备自投动作分合开关。

（2）工作位置的整组试验。当试验位置的整组试验正常时，说明备自投逻辑及出口回路均正确，此时再进行母线正常运行时的备自投试验，进一步检验备自投各模拟量、开关量开入回路及出口回路的正确性和备自投动作对母线上其他保护的影响。

3.4 与其他保护的配合

厂用电系统中往往还配置有弧光保护、消谐装置、小电流接地选线装置、厂变过流、速断保护等，厂用电进线电流也会接入故障录波器，备自投动作分合开关时会不会对这些保护装置产生影响呢？这需要通过厂用电带负荷的备自投逻辑试验来验证，即在检修工作完成后，备自投装置恢复运行，投入所有功能压板和出口压板，将检修段厂用电恢复正常运行方式并带上额定负荷，通过拉开检修段厂用电母线电压互感器二次开关来模拟母线失电使备自投动作分合相应开关，备自投动作分合开关后查看其他保护装置是否有启动或动作事件发生。

根据现场实际试验情况，备自投动作分合开关后有时会造成厂用电母线弧光保护动作和故障录波装置启动，分析动作原因可能为厂用电系统往往是不接地系统，备自投动作断开故障电源后，母线仍保留有部分残压，备自投再快速合上备用电源，若备用电源电压与母线残压矢量差较大时合闸，将导致备用电源进线开关瞬间产生较大的冲击电流，引起弧光保护过电流动作和启动故障录波装置。

4. 结论

水力发电厂普遍采用“无人值班、少人值守”的管理模式，而备自投正是实现这一管理模式的重要保障，因此需要根据其运行情况不断总结，根据其出现的问题不断完善，保证备自投装置安全、稳定、可靠运行。根据现场运行维护经验，提出以下几点建议：

（1）现在有两段母线共用一个备自投装置的方式，根据现场经验来看，这种方式需要接入大量的开关量、模拟量，导致备自投接线复杂；虽然这种方式两段母线备自投的功能相对独立，但是其接线存在并接的情况，导致备自投检修需要将两段母线均停电，不满足现场要求。因此建议备自投设计时采用每段母线均配置一套备自投的方式。

（2）备自投逻辑中采用了母线电压判断条件，但是目前备自投功能中并没有设置相应的闭锁功能，为防止母线电压互感器二次开关跳闸导致备自投误动，建议在备自投闭锁开入中增加母线电压互感器二次开关辅助常闭接点，当开关跳开时，辅助接点闭合闭锁备自投功能。

（3）备自投动作后由一个开关带两段母线联络运行，设计时需要考虑开关的带负荷能力，核算极端情况下（如两段母线上的水泵等大负荷同时启动）是否会造成保护动作导致两段母线同时失电。

（4）日常运行维护过程加强对备自投装置采样数据、开关量的检查，核查是否与实际情况一致，还需要特别注意对充电情况的检查，正常充电时充电指示灯应点亮，若满足充电条件而充电指示灯未点亮应从开关位置是否正确、模拟量采集是否正确、是否有闭锁备自投信号异常开入、装置本身是否故障等方面排查处理，避免装置带病运行。