典型接线方式下备自投闭锁方法的分析研究

宗小红+臧玉龙+毛祥飞

摘 要：随着电力系统对供电可靠性和连续性要求的不断提高，备自投装置得到了广泛的使用，为防止备自投装置合于故障，必须对其进行一定条件下的闭锁。本文通过对110kV变电所的两种典型接线方式下备自投闭锁方法进行了分析和研究，并提出了相应的改进方案。

关键词：备自投；母线故障；闭锁；改进

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.157

0 引言

备用电源自动投入装置是电力系统中为提高供电可靠性与连续性而广泛使用的一种装置。当工作电源因故障被断开以后，它能迅速自动的将备用电源投入工作，主要应用于110 kV 及以下电压等级的电力系统中。虽然备自投装置可以增加供电的可靠性与连续性，但如果在设备故障时备自投装置动作，将会合闸于故障设备从而对系统形成冲击，反而有可能扩大故障范围，这对电力系统的安全稳定运行显然是很不利的。为此，实际运行中的备自投装置都设有各种闭锁回路。当设备发生故障时，保护启动跳开断路器并同时闭锁备自投，不使备自投合闸于故障设备，避免了事故的扩大。本文对几种典型接线方式下备自投的闭锁方法进行了分析和探讨。

1 备自投动作原理及基本要求

根据备自投装置的动作原理，要使备自投装置正确动作，必须是在装置已充电，且满足动作条件而又无闭锁条件的情况下。充放电条件包括开关状态、备自投控制字状态等；动作条件包括母线（或线路）无压、主供开关无流等；闭锁条件包括主供开关有流、备自投控制字退出、过流闭锁等。因此只要不满足充电条件（也即满足放电条件）或满足闭锁条件就会使备自投闭锁。实现闭锁功能的做法有两种，一种是引入外部开入量实现闭锁，另一种是检测电流、电压等模拟量实现内部闭锁，如检过流闭锁、检备用线路无压闭锁等。正确地使用好这些功能就能实现备自投装置正确可靠的动作。

一般而言，备自投装置基本要求如下：

（1）应保证在工作电源或设备断开后才投入备用电源或设备。

（2）工作电源或设备上的电压不论何种原因，除有闭锁信号外，自动投入装置均应动作。

（3）自动投入装置应保证只动作一次。

（4）当自动投入装置动作時，如备用电源或设备投于故障，应有保护加速跳闸。

（5）手动断开工作电源断路器时备用电源自动投入装置应可靠被闭锁。

（6）应具有闭锁备自投装置的功能，以防止备用电源投到故障的元件上，造成事故扩大的严重后果。

（7）备用电源不满足有压条件，备用电源自投装置不应动作。

2 备自投闭锁在典型接线方式下存在的问题及分析

2.1 单母分段接线方式下的备自投闭锁

图1所示为单母分段接线方式，它可以有以下三种运行方式：①711、712开关各带一台主变运行，700分段开关热备用；②711开关带两台主变运行；712开关热备用；③712开关带两台主变运行，711开关热备用。

（1）对于方式①，配置的备自投通常称为桥自投，有两种自投逻辑：1）110kVI母无压，II母有压，711开关无流，备自投跳711开关后合700分段开关；2）110kVII母无压，I母有压，712开关无流，备自投跳712开关后合700分段开关。

（2）对于方式②，配置的备自投通常称为进线自投，其逻辑为110kVI、II母均无压，712开关线路侧有压，711开关无流，备自投跳711开关后合上712开关。

（3）对于方式③，也是进线自投，其逻辑为110kVI、II母均无压，711开关线路侧有压，712开关无流，备自投跳712开关后合上711开关。

110 kV单母分段的接线方式一般用于终端变电站，其特点是线路和母线不配置保护。与内桥接线方式不同的是，由于主变高压侧开关CT的存在，主变保护的范围是不包括母线的。因此如果此时110 kVI段母线故障的话，必须靠对侧线路保护动作来隔离故障。显然，当对侧线路保护动作后，无论处于哪种运行方式下均满足备自投动作逻辑，备自投将会合闸于故障元件。因此，必须增加母线故障闭锁备自投的条件。

为了解决母线故障闭锁备自投的问题，通常的做法是进线配置方向过流保护，其方向为线路指向母线，这样当故障在线路上时，保护不会动作，而由对侧切除故障，当故障在母线上时，保护启动闭锁备自投，以防止备自投合闸于故障母线。值得注意的是进线的方向过流保护虽然投入，但保护跳闸出口压板应取下，即该保护不应动作于跳闸，因为该保护的方向为线路指向母线，站内其它设备若发生故障，线路保护也会动作，将造成越级跳闸。

由线路保护动作判定母线故障来闭锁备自投也存在一定的问题。如图1，在进线自投方式中，711开关带两台主变运行，712开关热备用，此时，若110 kV母线发生故障，711开关线路保护动作闭锁备自投，712开关不能投入，从而导致全所失电。也就是说在进线自投的方式中一旦母线有故障就会导致全所负荷丢失。这是不能满足对供电可靠性的要求的。然而仅凭线路保护动作信号是无法区分哪段母线故障的，为了解决这个问题，必须在进线自投的动作逻辑中增加母线故障选择性判据，即增加判断是哪段母线故障的逻辑条件。显然，若110 kVI段母线故障，则700分段开关不会流过故障电流，若110 kVII段母线故障，则700分段开关中将流过故障电流，因此，700分段开关中是否流过故障电流可以用来作为判断哪段母线故障的依据。而分段开关中的过流保护则可用来判定是否流过故障电流，但分段开关的过流定值的整定要考虑躲过主变最大负荷电流及励磁涌流，其灵敏度可能不足，因此建议采用故障相电流突变量判据。当110 kVI段母线故障时，此时分段开关相电流的突变量为负荷电流的变化量，当110 kVII段母线故障时，分段开关相电流的突变量为故障相电流的变化量，具有更好的灵敏性。以711开关带两主变运行方式为例，采用故障相电流突变量作为母线故障判据的动作逻辑图见图2。endprint

2.2 内桥接线方式下的备自投闭锁

图3所示为内桥接线方式，它与单母分段接线方式下的运行方式基本相同。但由于缺少主变高压侧开关，主变保护计算差流时需要计及进线开关以及内桥开关。因此主变保护的范围扩大到母线上，而主变保护是否应闭锁备自投也成为需要分析的问题。

当采用进线自投时，如图3，711开关通过内桥700开关供1号、2号主变，当2号主变保护动作时，跳内桥700开关，711开关带1号主变正常运行，110 kVI段母线未失压，不满足备自投动作逻辑条件，因此无需闭锁备自投。当1号主变保护动作时，跳711开关与内桥700开关，110 kVI段、II段母线均失压，满足备自投动作逻辑条件，此时备自投应动作，合上712开关带2号主变运行。故在此种运行方式下也不应闭锁备自投。712开关供1号、2号主变时的情况与此类似。

采用分段自投时，711開关供1号主变，712开关供2号主变。若任何一台主变故障导致保护动作，跳开相应的进线开关，则如果备自投动作合上内桥开关，那么将合于故障主变，使系统再次受到冲击，有可能造成事故范围扩大。因此当采用分段自投时，主变保护动作必须要闭锁备自投。

由于内桥接线方式下只有分段自投方式需要由主变保护闭锁备自投，建议厂家在设计备自投装置时应考虑将分段自投闭锁作为单独的开入量与主变保护动作接点相连。

3 结论

本文对110kV变电站两种典型接线方式下备自投闭锁的各种情况进行了分析研究，说明了在单母分段接线方式下，区分母线故障区域可以避免不必要的备自投闭锁，并指出了判别母线故障区域所需要的判据以及相应的备自投动作逻辑。而在内桥接线方式下，仅需闭锁桥备投即可，并提出了实现单独闭锁桥备投的可行性建议。

参考文献：

[1]杨新民，杨隽琳.电力系统微机保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2000.

[2]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2009.

[3]RCS-9652备用电源自投装置技术说明书[S].南京：南京南瑞继保电气有限公司.

[4]郭碧媛，张丰.备自投装置在单母分段接线中应用存在的问题及解决措施[J].电力系统保护与控制，2011，39（07）：134-135.

作者简介：宗小红（1982-），男，工程师，从事变电运行工作。endprint