电力系统中备自投装置在110kV变电站中的运用分析

贾德刚

（中油（新疆）石油工程有限公司）

0 引言

当前电力系统中不同的备自投装置具有相似的工作原理和工作性能等，可以满足电网运行需求。但是在大负荷变电站中利用备自投装置之后可能会引发过负荷问题，不利于有效备自投电源，影响到供电过程的可靠性，这是因为备自投装置缺乏负荷判断功能，还有一些备自投装置不符合电网运行要求。因此为了提高供电安全性，需要合理优化电网运行方式，根据负荷需求优化变电站一次主接线方式，保障备自投装置外部运行条件的合理性。

1 备自投装置常用实现方式

备自投装置常用实现方式包括继电器和PLC以及计算机三种，传统继电器利用的备自投装置因为使用较多数量的继电器，同时涉及较多的线路接线点，无法保障切线速度。涉及较大的维护工作量，不利于保障备自投装置运行的可靠性，影响到用户用电过程的可靠性和连续性。根据PLC控制设计的备自投装置，利用较多的继电器，外部接线非常简单，可以快速落实相关动作，同时可以提高整体操作的便利性和可靠性，利用转换开关即可选择不同方案的控制程序，不仅可以提高供电过程的可靠性，还可以发挥出故障判断功能和闭锁自投功能，使用电设备的安全水平因此提高［1］。

针对传统继电器备自投装置的不足，可以设计由PLC控制的备自投装置，可以丰富工作指令和内置功能，同时可以提高通讯能力和性价比，因此广泛应用于电力系统控制领域中。根据PLC控制的备自投装置，具有较高的可靠性和抗干扰性，可以适应各种恶劣环境。因为在PLC内部利用多元集成电路技术，并且增设抗干扰技术，可以实现备自投装置无故障运行，因此提高备自投装置运行的稳定性。利用这一模式可以减少继电器数量，同时可以优化整体控制电路，降低安装和维护工作的难度。

2 概述系统结构和变电站主接线供电方式

近些年我国不断扩大电网规模，并且不断增强系统容量，逐渐转变110kV电压等级主网架为220kV电压等级主网架，并且向500kV主网架方向发展。当前220kV电压等级是电网主网架，逐步淘汰35kV电压等级，逐渐降压110kV电网为10kV电压等级，直接向用户提供电力资源［2］。

结合地区负荷分配特征，为了可靠地供电，在负荷集中区需要110kV电压等级辐射形变压器集中供电方式，也可以结合实际情况利用双回线供电方式，如果集中负荷比较小，可以利用10kV供电方式。10kV和35kV通常是利用单母分段方式，利用最小损耗可以向负荷中心高效的供电，为边远山区用户用电提供便利。

3 变电站结线方式和备自投装置的配置措施

结合地区负荷分配特征和需求，为了提高供电过程的可靠性，在工程规划设计过程中主要是利用110kV电压等级辐射形双电源或者回线供电方式。因此根据变电站一次主接线方式，丰富了备自投装置的接入方式和功能配置等方面。

（1）110kV变电站的两卷变压器集中供电方式

1）针对城区居民和商业性负荷，因为10kV网架互通性特征，因此在变电站一次主接线中主要是利用110kV线路变压器和10kV侧单母分段接线方式，因此需要配置10kV备自投装置，发挥出分段备自投的功能。利用主接线可以减少占地面积和设备数量，同时可以简化整体配置，无需配置专用母线电压互感器。如果110kV线路出现故障，可以利用10kV备自投装置可以自动化判断开关位置，发挥出分段备自投功能，提高整体动作投入效率［3］。

2）针对城郊公共性或者专线供电大负荷，在变电站中利用110kV内桥接线方式，在10kV侧利用单母分段接线方式，同时需要设置110kV进线和10kV进线以及内桥备自投装置，因此发挥出分段备自投的功能。

利用主接线方式可以减少占地面积和设备数量，针对110kV线路需要发挥出专用线路，因此发挥出保护作用。如果110kV线路产生失压故障等，可以利用备自投设备的备自投功能，提高进线和分段备自投动作的可靠性，同时可以提高整体投入效率。可以利用统一电源的110kV双回线，也可以利用同一系统中不同电源的线路，满足县级供电需求，同时可以提高供电过程的可靠性，保障电网运行的灵活性［4］。

利用双回线供电方式，忽略双回线并列运行，可以在线路侧共用三相互感器中装设110kV电压互感器，并且无需配置专业的线路保护设备。在双回线并列运行过程中，需要安装三相110kV母线电压互感器和单相线路电压互感器，此外需要配置专用110kV线路发挥出保护作用，因此满足并列运行的要求。

如果110kV线路利用双电源供电方式，需要安装线路侧共用三相电压互感器，无需配置110kV线路单相电压互感器，但是会增加回路的复杂性，不利于保障运行过程的可靠性，同时还会增加维护难度，因此在两电源并列运行阶段需要并列二次电压。

装设专用三相110kV变母线电压互感器和单相线路电压互感器，可以切换二次电压，同时有利于简化并列回路，显著提高整体运行过程的可靠性，同时可以便利地开展维护工作。

如果在110kV线路中利用不同电源的供电方式，需要配置专用的电压互感器，同时需要落实110kV线路保护工作，这样在并列通行阶段可以发挥出保护装置的功能，同时有利于落实线路重合闸检同期方式［5］。

（2）110kV变电站利用三卷变压器供电方式

针对城郊公共性和专线供电负荷等，在变电站内110kV电源侧可以利用内桥接线方式和单母线主接线方式，因为10kV侧利用单母分段接线，而35kV侧利用单母分段接线方式，因此可以装设110kV进线和35kV进线以及10kV进线，同时需要设置分段备自投装置，因此发挥出分段备自投的功能。

1）在110kV侧内桥接线过程中，可以利用110kV进线和桥接备自投方式，因此保障110kV侧电压的稳定性。在35kV和10kV配置备自投设备，在备自投动作之后可能会发生跳闸和损坏等问题。因此需要优化备自投装置过负荷闭锁备自投功能，顺利开展备自投闭锁工作［6］。

利用两卷变压器的过程中，通过判断电流之和和备自投过负荷闭锁定值，如果电力之和超过闭锁定值，需要闭锁备自投装置。在两卷变压器运行阶段，如下图所示，I1和I2是两台主变总负荷的电流，这样在备自投动作之后，可以有效控制主变过负荷情况。

图 两卷变压器示意图

利用35kV和10kV的备自投装置可以确定是否需要实施闭锁，避免发生备自投误闭锁或者误投等问题，而且需要针对10kV和35kV的备自投动作，需要落实选择性动作，可以提高装置运行的稳定性。

2）如果110kV侧利用单母线运行主接线，可以利用110kV电源线路进线备自投方式，保障110kV侧压力的稳定性。

4 分析备自投装置作用效率

在电网中利用备自投装置，需要分析实际动作条件和综合投资效益等分析整体作用效率。首先，通常是主变中、低压侧单母分段接线上配置备自投装置，因为原理设计和技术要求的差异性，只有主变本体发生故障之后，备自投装置动作才会发生动作，而线路故障具有较高的发生率，如果220kV电压等级作为主网架，为了降低电网短路容量，同时优化保护配置，110kV电网需要利用辐射运行方式，而发生线路故障之后，110kV变电站可能会发生失压的问题，通过设置110kV备自投装置，有利于提高用电过程的稳定性。综合变电站的全站负荷，需要采取针对性的措施，避免发生二次跳闸问题。为了防止短路冲击电流，避免发生主变烧损问题，在两台主变共同运行过程中，在10kV侧不能长期并列运行分段开关，因此在10kV备自投装置中不能配置进线备投，只需要配置分段备投，因此可以简化二次回路，发挥出实效性和可靠性优势。根据110kV电网运行方式，需要根据设备要求合理设备自投装置，一方面节省投资，另一方面可以简化保护过程，提高实际利用率。只有综合考虑各种影响因素，才可以保障备自投装置动作的正确性和可靠性，提高整体供电过程的可靠性［7］。

5 优化备自投装置的策略

（1）备自投装置的使用原则

1）在实际工作中，技术人员需要检查母线上的电压值和额定无压定值，如果持续时间超过了额定时间，将会自动启用备自投装备。注意相互配合备自投的时间定值和相应保护工作以及重合闸的定值。

2）设备使用的备用电源的电压要处于设备工作额定范围内，同时要保证备用设备始终处于正常状态中，可以正常启用备自投，否则需要进行闭锁。

3）将工作电源的断路器断开之后，才开启备自投装置。

4）人工切除工作电源支护，备自投装置不能产生任何动作。闭锁量是装置引入进线断路器的手跳信号，采集到手跳信号之后，备自投将会立即放电，因此实现闭锁。

5）避免备用电源发生永久性故障。确定运行方式和保护配置之后，避免因为使用备自投装置引发电源发生永久性故障。

（2）备自投装置的分类

备自投装置接线方式包括两种类型，第一种类型是明备用接线，这种接线方式需要利用专用的备用变压器和备用线路。第二种类型是暗备用接线方式，无需设置专业备用的变压器和备用线路，可以利用分段断路器发挥出备用作用。

（3）备自投装置电磁兼容问题和抗干扰措施

1）谐波干扰：因为变压器的铁心具有非线性特征，因此将会产生高次谐波，引发电源电压的波形模式发生形变，电源高次谐波电压可以实现电容耦合，发生上述问题，二次设备将会产生较高的电压值和感应电流，如果电压不断提高，或者一次性地到达额定电压值，将会损坏二次设备［8］。

2）雷击干扰：发生雷击之后，如果击中某个变电站，经过接地点大量的电流将会传输到地面，从而大幅度提高接地点的电位。如果二次回路接地点和雷击点的距离较近，将会明显提高二次回路的接地点电位，从而产生共模干扰模式，还会产生过电压。甚至会击穿二次设备的绝缘。

3）滤波措施：滤波措施可以共同并联电容器和相关电阻元件，因此形成浪涌吸收器，因此控制共模和插模的干扰。由于不同的非线性元件具有不同的特征，因此在设计过程中，设计人员需要结合实际情况合理选择元件，可以利用滤波方式控制变电站内部通信线路的电磁干扰。根据自身信号处理模式可以划分滤波器为信号选择型和电磁骚扰型。利用电磁骚扰型可以有效控制滤波器，同时可以控制滤波器信号。只有正确的接地，才可以降低外部电磁干扰的负面影响，同时可以减少电磁波。综合实际情况，如果无法保障接地方式的准确性，将会引发干扰问题，无法根据常规程序运行电子设备。

6 结束语

近些年我国不断扩大电网规模，需要提高电网运行的安全性和稳定性，通过落实安装调试和运维维护等工作，显著提高电网运行的安全性和可靠性。通过在110kV变电站中利用电力系统中备自投装置，有利于提高供电过程的可靠性，保障电网运行的稳定性和安全性。