一种支持多种供电系统的备自投装置设计

方 严, 缪利蓉, 李卓轩, 姜建妹

(安科瑞电气股份有限公司, 上海 201801)

0 引 言

近年来,随着我国市场经济的迅速发展,尤其是商业、金融业、服务业等行业的发展,用户对电力的依赖程度倍增,对不间断供电的要求越来越高。为了保证电网供电的可靠性,一些重要场所,如商场、医院、数据中心、工厂等都会设置双进线电源回路,在其中一路进线电源失电时,会启用另外一路进线电源来给负载供电,但往往变电所都是定时巡查或无人值守,若此时等待人工去配电房进行投切备用电源,较长时间的停电则会影响正常的生产生活[1-2]。而备自投装置能够在主供电源消失的情况下,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,保障供电的稳定性和可靠性[3]。

1 常见供电系统运行方式及备自投装置基本要求

1.1 常见供电系统运行方式

一般在35 kV及以下电压等级的供配电系统中,常见的供配电系统为单母线分段系统或单母线不分段系统。为了提供供电的可靠性和稳定性,常常会考虑双电源供电。同时用户在设计供电系统时也会根据其所要实现的备自投功能对电压的采集位置进行优化,如选择单母线分段系统时,会选择装设母线PT柜,或者装设进线PT,或者装设进线PT和母线PT。常见的4种供电系统如图1所示。

针对以上几种供电系统,目前常用的备自投方式有以下4种:进线备自投(自复),母联备自投(自复),自适应备自投,联切备自投(自复)。

1.2 备自投装置基本要求

根据GB 50062—1992《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定,对备自投装置的基本要求如下:

(1) 可根据需要选择开启或关闭备自投功能。

(2) 工作电源不论因何种原因失电时(如工作电源故障或被误断开等),备自投应动作。

图1 常见的4种供电系统

(3) 应保证在工作电源断开后,备用电源才能投入。

(4) 失去工作电源后,自动投入装置保证只动作一次。

(5) 自动投入装置动作,如电源投入到故障时,应使其保护加速动作。

2 备自投装置设计

供电系统运行方式有多种,传统的备自投装置都是支持其中一种备自投方式,用户在采购备自投装置时需要明确具体的运行方式,这对于部分尚未确定备自投运行方式的用户会造成一定的困扰,甚至于有很多现场在后期再次改造时会调整运行方式,若选用传统的备自投装置则会使得备自投功能的实现受到限制。对此,本文设计了一款备自投装置,能够在上述几种常见供电系统运行方式下,兼容上述4种备自投方式,便于后期用户更改运行方式以及再次改造。

设计的备自投装置主要是通过采集电压、电流等模拟量信号,断路器位置状态、闭锁备自投、允许备自投等开关量输入信号及供电系统方式选择等内部控制字,通过内部有效运算,触发相关继电器出口闭合,实现备自投功能。首先,装置采集供电系统的各处电压、电流及断路器位置状态,作为备自投的初定判据;其次,装置引入备自投自动投入和备自投自动复归两个开关量输入的采集,用户可根据需求将其设计成硬压板或者转换开关,由此可以满足自动自复、自投手复、手投手复等多种选择性。再次,根据备自投装置基本要求,引入闭锁备自投开入,将保护跳闸信号与手动跳闸引入此开入量,避免备自投装置动作于故障线路。最后,装置引入供电系统方式选择内部控制字,可以有效识别出系统供电方式和备自投的触发判据,避免在不同供电系统下,某些备自投判据误触发导致的误动或拒动。

2.1 进线备自投

图1(a)中,单母线分段系统采集进线电压,进线备自投即为:在两路进线电源都正常时,由主供电源QF1给全段负载供电,母联断路器QF3为合,备供电源断路器QF2为分;在主供电源失电时,断开主供电源QF1,合上备供电源QF2,此时全段负载均由备供电源供电。

设计备自投动作条件时,加入充电条件判断。根据上述系统,备供电源进线2的充电条件如下:主供进线1、备供进线2均有压;主供QF1、母联QF3在合位,备供QF2在分位;装置此时没有闭锁备自投信号。进线2的放电条件如下:备供进线2无压;备供QF2在合位;装置此时有闭锁备自投信号接入;等待充电延时后,进线2充电完成,若此时进线1失电,进线备自投动作逻辑如图2所示。

图2 进线备自投动作逻辑

图2中,进线1作为主供,进线2作为备供,若进线2作为主供,进线1作为备供,其备自投动作过程相同。

若当前系统为单母线不分段系统,如图1(b),则将母联QF3接为常合,即可实现进线备自投功能。为有效防止图1(a)系统在备自投判断时与图1(c)的电压条件有冲突,引入“4路进线电压做备投”内部控制字,使得装置除上述进线备自投功能外,还可以实现自适应备自投、母联备自投自复以及联切备自投自复功能。

2.2 母联备自投

图1(c)中,单母线分段系统采集母线电压,母联备自投即为:正常情况下,两路进线电源分列运行,分别带本段负载,母联为分(作为备用)。若进线1失电,则备自投装置断开进线电源QF1,合上母联开关QF3,由进线电源QF2带全段负载;若进线2失电,则备自投装置断开进线电源QF2,合上母联开关QF3,由进线电源QF1带全段负载。

根据上述系统,分段备自投的充电条件如下:I段母线、Ⅱ段母线均有压;进线电源QF1、QF2均在合位,母联QF3在分位;装置此时没有闭锁备自投信号。分段备自投的放电条件如下:母联QF3在合位;I段母线、Ⅱ段母线均无压;装置此时有闭锁备自投信号接入;

等待充电延时后分段充电完成,此时若进线1失电,母联备自投动作逻辑如图3所示,若进线2失电,则备自投动作逻辑相同。

2.3 联切备自投

目前在很多项目中,虽然设置双电源进线系统,但两个进线容量不一样,导致所能承载的负荷大小不同,这就要求备用电源仅为重要负荷提供电源。图1(d)中,单母线分段系统采集母线电压和进线电压,假设Ⅱ段母线负荷均为一级负荷,Ⅰ段母线均为二级、三级负荷。联切备自投即为:正常情况下,由主供电源QF1带全段负载,母联断路器QF3为合,若此时主供电源失电,由于备供电源容量较小,则需要备自投装置断开主供电源QF1和母联断路器QF3,合上备供电源QF2,备供电源仅为一级负荷供电。

根据上述系统,此时进线2充电条件为:进线1、进线2、Ⅰ段母线、Ⅱ段母线均有压;主供电源QF1、母联QF3均在合位,备供电源QF2在分位;装置此时没有闭锁备自投信号。进线2的放电条件如下:备供进线2无压;备供QF2在合位;装置此时有闭锁备自投信号接入。

等待充电延时后进线2充电完成,此时若进线1失电,联切备自投动作逻辑如图4所示。

图4中,进线1作为主供,进线2作为备供,若进线2作为主供,进线1作为备供,其备自投动作过程相同。

为了在图1(d)系统下有效实现联切备投功能,该装置引入“联切备投软压板”后,除上述联切备自投功能外,系统下还可以实现自适应备自投、母联备自投自复以及进线备自投自复功能。

2.4 自适应备自投

传统进线备自投和母联备自投均是固定备自投方式,若需要更改备自投方式,需要有人员去到现场进行更改设置,而自适应备自投可根据当前断路器位置的状态以及电压自动切换备自投方式,不需要工作人员再次调整。自适应备自投即可在母联备自投、进线1备自投和进线2备自投之间任意切换。由图1(d)可知,正常情况下,两路进线电源分列运行,若此时进线1失电,则跳开进线QF1,合上母联QF3,由进线2带全段负载,若此时进线2失电(进线1已恢复供电),则跳开进线QF2,合进线QF1,由进线1带全段负载,其动作过程同进线备自投和母联备自投。

图4 联切备自投动作逻辑

3 结 语

在电力系统中,备自投装置能够为重要场所提供备用电源自动投切功能,提高电力系统的稳定性和可靠性。本文设计的备自投装置通过装置硬件与逻辑程序的配合,可以满足用户在不同供电系统下的不同备自投方式的需求,为用户提供了多种选择性,提升了备自投装置在实际运用过程中的便捷性。