变电站交流400V备自投工作原理及调试方法研究

张强 王东

摘 要：在电力系统中，因为故障或者其他原因造成用电设备断电的现象时有发生。备自投的作用就是当工作电源因故障断开后，能自动而迅速地将备用电源投入到工作中或将用户切换到备用电源上去，从而使用户不至于被停电的一种自动控制装置。文章主要对330 kV变电站内站用电交流400 V备自投的工作原理做了详细介绍，分析了备自投装置的运行逻辑及调试方法，指出了备自投运行过程中的其他功能，以期通过文章的论述能够对供电系统的工作起到一定的辅助作用。

关键词：400V备自投;工作原理;保护逻辑;调试方法

中图分类号：TM762.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-107-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.036

微机备自投装置在发生故障需要将备用电源投入时，应正确动作，且只允许动作一次。为了满足这个要求，装置采用了类似于自动重合闸“充放电”的概念模拟这种功能。备自投装置满足启动条件，开始“充电”;经过一定的“充电时间”后，“充电”完成，备自投装置准备就绪;当备自投动作后或满足任一闭锁条件时，会立即瞬时“放电”，“放电”后备自投装置被闭锁[1]。

因此，备用电源自动投入装置控制条件主要有充电条件、闭锁条件、启动条件三个类型。考虑充电时间的重要因素是因为等电力系统由于故障造成的不利影响全部消失，电力系统恢复正常运行状态，躲开对面旁边线路末端保护的动作时间及重合闸时间，防止重合到故障上，使故障范围进一步扩大。

1 备自投工作原理及保护逻辑

备自投的主要形式有母联或桥开关备投、进线备自投、线路开关备自投、变压器备自投以及均衡负荷母联备自投。

以某330 kV变电站交流400 V备自投系统为例，如图1所示：

正常运行时，母联4001、4002断路器在断开状态，401、402、403断路器在合位，3号站用变作为1号及2号站用变备用电源，该备自投属于母联备自投，该站备自投只能单向备用，没有实现互备。

该站备自投二次设备为北京四方数字式CSC—246保护装置[2]，备用电源自动投入装置动作逻辑如下：正常运行时，母联4001、4002断路器在断开状态，400 V Ⅰ母、Ⅲ母两段母线分裂运行，400 V Ⅱ母、Ⅲ母两段母线分裂运行，当Ⅰ母失压时，CSC—246充电条件为：400 V Ⅰ母、Ⅲ母三相有压;401、403断路器在合位，母联4001断路器在分位;方式1控制字投入;备投压板投入。

放电条件为：400 V Ⅰ母、Ⅲ母均不满足有压条件;母联4001断路器合上;手动分闸401或403断路器;闭锁有开入;401、403、母联4001断路器TWJ异常;401断路器拒跳;整定控制字将方式1自投退出。备投保护动作出口。

启动条件为：400 V Ⅰ母无压;400 V Ⅲ母有压;400 V Ⅰ母进线电流I1无流。

备自投动作过程：延时T1跳开401断路器;通过判断I1无流确认401断路器已跳开且确认Ⅰ母无压;延时T2合上母联4001断路器。

当400 V Ⅱ母失压时，CSC—246装置充电条件为：400 V Ⅱ母、Ⅲ母三相有压;402、403断路器在合位，母联4002断路器在分位。

放电条件为：400 V Ⅱ母、Ⅲ母均不满足有压条件;母联4002断路器合上;手跳402或403断路器;闭锁有开入;402、403、母联4002断路器TWJ异常;402断路器拒跳。

启动条件为：400 V Ⅱ母无压;400 V Ⅲ母有压;400 V Ⅱ母进线电流I2无流。

400VⅠ、Ⅲ母备自投保护装置动作主要分为以下步骤：

动作步骤1：Ⅰ母失压时，400 V Ⅰ母进线无流，Ⅲ母有压作为启动条件，401断路器分闸位置及4001断路器合闸位置作为闭锁条件，以方式1跳闸延时时间T1跳开401断路器。

动作步骤2：以401断路器分闸位置、Ⅰ母无压、Ⅲ母有压作为启动条件，4001合闸作为闭锁条件，以T3延时合上4001断路器。

母联备自投动作逻辑如图2所示。

1.1 备自投动作遵循的基本原则

用电设备电源断开后，才能将备用电源切至用电设备。备用电源自动投入装置要经过一定动作时限才能合上开关，动作时间需大于系统恢复正常时间。手分断开用电设备电源开关时，备自投不会保护动作。备自投必须设置防止误动作的条件，避免将备用电源投切至故障线路上，造成电网二次冲击。备用电源没电时，备自投不会保护动作，备自投在保护装置TV断线告警时，不会保护动作。备自投仅允许投切一次，避免投切至故障线路，造成电力系统受到更大冲击，扩大投切范围。

1.2 备自投运行遵循的基本原则

应该有备用电源或备用设备;备自投每次动作前，都应先跳一次故障设备开关，保证故障设备开关在分位，才能合上备用电源开关。备用电源电位必须符合相关要求。对于双母接线方式，都应该安装，取线路侧电压也可以。备自投要考虑跟跳故障设备开关时间与投入备用电源开关时间的配合关系，尽可能缩短用电设备失去电源时间。

2 备自投装置的试验方法和步骤

2.1 安全措施

防止电压互感器二次反送电及短路。断开电压空开，在加电压模拟量处断开端子连接片。

防止電流互感器二次开路。检测电流互感器二次回路在进线控制屏已可靠短接后方可断开连接片。

断开跳、合不做试验那一段进线开关的出口压板。做哪一套试验就投哪一套相关的压板，把另外不做试验的那一套保护装置压板退出，母线带电的情况需要引起注意。

此外，注意一次运行方式倒换时，二次做相应变换的安全措施。

2.2 试验方法及具体步骤

以图1两台主变互为分段备自投带开关整组试验为例，只考虑400 V Ⅰ、Ⅲ母之间互备，4001为备自投断路器。

模拟运行方式：400 V Ⅰ母进线401断路器在合位;400 V Ⅲ母进线403断路器在合位;分段4001断路器在分位。

模拟1号站用变发生故障后的主保护动作，造成401开关跳闸，400 V Ⅰ段母线失压，备自投跟跳401开关后合上4001开关。

模拟PT断线时，备自投可靠不动作（方法：用微机保护试验仪给备自投装置两段母线电压采样加正常电压和两条进线I1、I3电流采样加正常电流，备自投充电完成后，断开400 V Ⅰ母电压）。

模拟400 V Ⅰ母进线401开关手动或遥控分闸，备自投可靠不动作（方法：用微机保护试验仪给备自投装置两段母线电压采样加正常电压和两条进线I1、I3电流采样加正常电流，备自投充电完成后，手动分闸401断路器，断开400 V Ⅰ母母线电压）。

模拟1号站用变低后备保护动作后，备自投可靠不动作（方法：用微机保护试验仪给备自投装置400 V Ⅰ、Ⅲ母母线电压采样加正常电压和两条进线电流I1、I3正常电流，备自投充电完成后，先给1号站用变低后备保护装置加一个故障电流使401开关跳闸，再断开400 V Ⅰ母母线电压）。

模拟1号站用变差动保护动作或主保护动作后，备自投应可靠动作（方法：用微机保护试验仪给备自投装置两段母线电压采样加正常电压和两条进线电流I1、I3采样加正常电流，备自投充电完成后，给1号站用变一个重瓦斯信号使401开关跳闸后，再断开400 V Ⅰ母母线电压）。

试验完成后把安全措施拆除，恢复原样接线。

3 备自投保护装置的其他功能及注意事项

3.1 过负荷联切

备自投保护装置均配置过负荷切载保护，为避免用电设备负荷过大造成备用电源过载。过负荷切载保护主要通过以下两种形式实现：第一，切除其中一部分不重要的用电设备，确保投入备用电源时低于过负荷界限，此种方法主要是针对备用电源容量小、用电设备负荷大的地区，优先保障重要的用电设备;第二，用电设备切换至备用电源后，通过备自投装置自动判断用电设备负荷分布状况，出现过负荷情况时选择切掉部分过负荷线路。

3.2 合闸后加速保护

备自投保护装置均配有合闸后加速保护功能，该保护功能主要有手动合闸备用电源断路器。此时用电设备出现故障，将加速跳开备用电源断路器，备自投保护装置自动合闸备用电源断路器，此时用电设备出现故障，将加速跳开备用电源断路器[3]。

3.3 与其他保护的配合

备自投装置的主要作用是提高用电设备供电可靠性。如果电力系统出现严重缺陷，如母线发生单相接地或相间短路故障或者开关失灵跳不开，由于母差保护已经断开相应断路器，故障已被隔离开，母线已不带电，备自投装置将不会动作。相反，如果备自投误动作，将使电力系统遭受二次冲击。备自投与其他保护都存在时，如果其他保护先动作，要给备自投装置发送闭锁命令，禁止备自投动作。

3.4 备自投运行注意事项

根据电网运行方式配置备自投装置可简化电网运行方式，从而限制短路电流，提高故障时供电端母线残余电压。由于电网运行方式简化，可使继电保护配置和整定简化，同时提高了对受电端供电的可靠性。在对备自投装置日常维护中，充电灯亮不亮是一个非常重要的信号。充电灯正常亮，说明备自投保护装置的充电条件符合，不一定满足启动条件与动作条件。充电灯正常灭，说明备自投保护装置一定不满足充电条件，备自投保护装置肯定不会动作[4]。

4 备自投不正确动作原因分析

4.1 备自投不正确动作原因分析

备自投保护装置能否准确投切，取决于保护定值整定。以目前保护装置的发展趋势，装置准确动作率非常高，备自投保护装置出现不正确动作的原因大多是与其他保护配合定值整定问题。为使备自投保护装置正确动作，要考虑备自投与其他保护相配合的问题[5]。

备自投保护动作时间与线路保护的重合闸动作时限不匹配，造成备自投不正确动作。线路发生单相接地故障占到线路故障的80 %左右，线路保护重合闸动作一般情况下均能恢复线路正常供电，线路故障时不需要投切至备用电源，备自投保护动作时间应比其他保护动作时限以及重合闸动作时限长。

对于存在上下级备自投接线方式，两级备自投动作时限不合适引起备自投不正确动作。正常条件下，上级备自投先动作，下级备自投后动作，如果下级备自投先于上级备自投动作，有可能使电网受到二次冲击，扩大投切范围。如果在用电设备负荷较大时，下级备自投比上级备自投动作快，会造成主变被迫停电，影响其他正常运行的主变负荷增大，发生严重故障时，甚至造成电力系统大范围停电[6]。

4.2 平时工作中维护检验备自投的注意事项

现阶段，绝大数备自投保护装置为微机保护，投运时间较早的保护装置为电磁继电器类的保护装置，微机保护装置有利有弊。一方面，微机保护装置人机交互更友好，保护装置更可靠;另一方面，微机保护装置保护动作逻辑不像电磁继电器类的装置直观，给现场检修人员带来挑战[7]。

维护与检验备自投保护装置时应注意以下几个问题：

第一，经常查看备自投保护装置软件版本，排查备自投保护装置软件是否存在家族性缺陷，对于存在缺陷的装置及时整改，并要求保护装置厂家解释说明，必要时出具解释说明函。对于新投运的备自投保护装置，应实际模拟备自投各种动作条件，实际分合备自投断路器，如果有任何问题，应停止模擬，查清问题后，再继续试验。如有必要，应有备自投保护装置厂家及一次设备厂家在场指导试验。

第二，做实做细备自投保护装置定期检验工作，对于运行方式特殊、保护动作逻辑复杂、用电设备负荷较大的情况，建议将保护定检周期由6年定检一次缩短至3年或4年定检一次，调试备自投保护装置时，要仔细将备自投保护装置配置的所有保护都调试到位[8]。

第三，对于部分智能变电站，备自投保护装置在监控后台投入功能软压板后，备自投保护装置才能完成充电，如果不投入，备自投充电灯不会亮，因此，要求运行操作人员必须熟知这一操作流程。

第四，备自投的停运与投运均存在操作顺序问题。例如，备自投保护装置退出运行时，第一步将跳闸出口压板退出，第二步将备自投保护装置的直流电源空开断开，第三步将备自投保护装置涉及的交流电源空开断开。备自投保护装置投入运行，第一步将备自投保护装置涉及的交流电源空开合上，第二步将备自投保护装置的直流电源空开合上，第三步将跳闸出口压板投入，避免备自投保护装置误动作。

5 结语

用電设备正常供电电源掉电后，备自投保护装置能够跟跳一次主供电源断路器，并且迅速准确地切换至用电设备，保障用电设备能够安全稳定运行，同时减少了电力系统主变过负荷情况的产生，防止电力系统发生主变过负荷切载大范围停电。在备自投保护定检工作过程中，一定要按照备自投保护装置使用说明书进行调试，做到应检必检，不缺项漏项，确保备自投保护装置能够可靠动作。

参考文献

[1] 李琼，康灵芳.微机备自投装置试验探讨[J].甘肃科技纵横，2009，38（3）：33.

[2] 北京四方有限公司产品开发部.CSC—200系列数字式保护测控装置说明书（上册）[M].北京：北京四方继保自动化股份有限公司，2009.

[3] 唐琳.备自投的逻辑设计[J].电工技术，2006（5）：23-25.

[4] GB/T 14285—2006，继电保护和安全自动装置技术规范[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2006.

[5] 任社宜，薛艳霞.变电站备自投装置应用中相关问题的分析与探讨[J].山东电力技术，2007（2）：26-29.

[6] 聂小勇.110kV内桥式备自投应用问题的分析与改进[J].广西电业，2009（10）：100-101，110.

[7] 杨琰冲，高研，张胜利，等.备自投装置的实际应用问题与解决方案[J].电工电气，2012（6）：44-46.

[8] 衡雷.110kV变电站备自投装置应用分析[J].电源技术应用，2014（3）：453-454.