防止因备自投动作引起变压器过载跳闸的分析及对策

许 琦，曹建权

(南京供电公司，江苏 南京 210019)

备自投装置是保证对用户不间断供电的重要技术措施之一[1]，为提高供电可靠性，南京供电公司部分变电站都装设了备用电源自动投入装置[2]。由于南京城区110kV网络广泛使用了T接线的供电方式，进线电源故障将造成一系列备自投动作行为，可能引起进线过载或上级主变过载跳闸，扩大停电范围。例如2010年7月28日，220kV龙山变1号主变动差动保护跳闸，其所供110kV陆郎变备自投成功引起2号主变重载。为防止类似事件发生，必须详细考虑备用电源侧过载情况[3]。

1 单个变电站备自投装置防过载措施

目前，南京电网备自投装置主要采用了以下的方式：

（1）220kV变电站启用了10kV备自投；

（2）110kV桥开关（扩大桥）或母联（分段）开关式变电站启用了110kV及10（35）kV备自投；

（3）110kV线变组及其他接线方式变电站启用了10kV备自投。

为防止本站主变因备自投动作而过载，采用了“和电流大于备用主变额定电流的1.2倍即闭锁备自投”这一措施[4]。

2 多个厂站备自投联动情况下防过载措施

从上面的分析可以看出，目前备自投的过负荷闭锁方案可以较好地解决本站备自投动作导致主变过负荷问题，但没有从电网全局角度考虑上一级备用主变及进线电源侧过载问题。

以220kV大行宫变电站为例，对多个厂站多个备自投联动情况进行分析。

大行宫变电站是南京电网中极其重要的变电站，它处于主城区的中心地带，所供负荷包括很多重要用户，夏季主变负荷较重。且备自投方式复杂。大行宫变运行方式如图1所示。

图1 220kV大行宫变电站运行方式图

大行宫变所供110kV变电站一般有110kV，10kV两级备自投，在迎峰度夏期间，2台主变负荷率均在95%，在一台主变故障跳闸后，如果大行宫变10kV备自投及下级受电侧110kV变电站备自投均正确动作，负荷将全部转移到另一台运行主变，导致运行主变严重过负荷而跳闸，造成全站失电，扩大电网事故。由于110kV变电站的备自投装置没有针对上级电源过载的闭锁措施，因此在必要时，应根据负荷情况及其他因素（如负荷大小、用电负荷性质，线路是架空线还是电缆）综合考虑，对电网运行方式进行调整。

（1）人为调整下级受电侧110kV变电站的备自投装置运行方式。该方法的缺点是在不同的季节，不同的厂站负荷不同，需要多次调整备自投装置运行方式。

（2）运用软件备自投自动调整备自投运行方式。对110kV变电站备自投装置进行改造，在110kV变电站备自投装置中增加上级电源变压器 （进线）负荷逻辑判别条件，优点是适用于不同季节，不受设备负荷的影响。

3 人为调整备自投运行方式

为了合理选择需要投入的备自投，首先需要对备自投进行排序，然后设置上级电源热稳定极限，再按照一定的步骤对备自投的状态进行调整。

3.1 备自投排序原则

3.1.1 按备自投所投负荷性质进行排序

首先，可以按照备自投所供负荷的重要程度对备自投进行排序。

第一级：负荷为重要用户或保电负荷；

第二级：可通过备用通道转移负荷，但转移所需操作时间较长或备用通道可能过载；

第三级：可通过备用通道转移负荷，且转移方便；

在上级电源故障时，按照负荷情况，先保证第一级备自投能够动作，从第二级、第三级开始必须根据负荷大小及用电负荷性质情况来决定备自投的投退方式。

3.1.2 按备自投的电压等级进行排序

（1）同时停用或闭锁110kV备自投和10kV备自投。此时220kV主变过载的可能性降为最低，但是无法防御本级电压线路（变压器）故障损失负荷，引起负荷失电。

（2）单独停用或闭锁10kV备自投。此时110kV备自投按照预定条件正常启用，仍然可能引起上级电源过载，且无法防御变压器故障损失负荷。

（3）单独停用或闭锁110kV备自投。此时10kV备自投在满足动作条件的情况下任然可能动作，恢复供电，但是无法防御本级电压线路故障损失负荷。如果10kV备自投动作可能引起本级110kV主变过载，即Ⅰ段母线及Ⅱ段母线电源开关流过的电流之和大于1.2倍主变额定电流时，将按照预定逻辑闭锁。在迎峰度夏（冬）主变重载期间，部分110kV变电站变压器负载率较高，可以利用10kV备自投负荷闭锁条件，禁止部分不重要的负荷自动投切到正常运行的220kV主变。

3.1.3 从110kV变电站上级供电线路类型来分析

一般来说，架空线路故障概率较大，容易受到雷击及外力破坏，而电缆线路的故障概率相对较低，架空线、电缆混合线路故障概率介于两者之间。为了提高电网的供电可靠性，在迎峰度夏（冬）主变重载情况下，根据以下原则来设置备自投的启停状态：

（1）首先停用上级线路为电缆110kV备自投；

（2）如果主变仍然可能过载，即停用电缆所占长度较大的架空线、电缆混合线路，比如电缆占70%的线路；

（3）尽量不停用上级线路为架空线的110kV备自投，特别是长架空线。

3.2 上级电源热稳定极限的确定

由于主变在允许时间内都有一定的过负荷能力，可以充分利用这个过负荷能力来调整电网的运行方式，比如转移部分负荷或者切除次要负荷，保证重要用户的供电。比如40℃时，在1 h内，油浸变压器可以承受1.4倍事故过负荷，油浸强迫油循环冷却变压器可以承受1.25倍事故过负荷。油浸自然循环冷却变压器事故过负荷允许时间如表1所示。油浸强迫油循环冷却变压器事故过负荷允许时间如表2所示。

表1 油浸自然循环冷却变压器事故过负荷允许时间

表2 油浸强迫油循环冷却变压器事故过负荷允许时间

3.3 人为调整备自投启停状态的过程

在迎峰度夏（冬）负荷高峰期间，为防止备自投动作后上级220kV主变严重过载跳闸，必须对其馈供的110kV变电站备自投启停状态进行调整。以220kV大行宫变及其馈供的110kV变电站为例，结合上述原则，说明负荷高峰及平稳季节备自投调整方法。迎峰度夏（冬）负荷高峰期，220kV大行宫变110kV出线均为全电缆线路，电缆外力破坏概率较小，所馈供的110kV变电站总负荷大于1.2倍主变额定负荷，可以将没有重要用户的110kV长江路变、淮海路110kV备自投停用，馈供重要用户的110kV上海路变、珠江路变110kV备自投保持启用，确保其供电可靠性。通过调整，220kV大行宫变任意一台主变故障，在110kV备自投动作成功后，另一台正常运行的主变负荷大约为额定负荷的1.3倍，可运行45 min。在这45 min内，可以通过110kV串供线路、10kV线路转移负荷的方式来降低220kV大行宫运行主变的负荷。如主变仍超载，即按照事故拉负荷有选择性控制负荷，从而将220kV主变故障影响范围降低到最小范围，防止变电站全停事故的发生。在事故情况下，综合比较停用110kV变电站110kV备自投造成单台主变失电，与备自投全部启用造成220kV变电站全停，显然是有选择地停用110kV备自投更为合理。

春秋季负荷平稳期，220kV大行宫变两台主变最大总负荷不超过单台主变的1.3倍，馈供的110kV变电站110kV，10kV备自投应该全部启用。当单台主变故障跳闸后，在备自投全部动作成功时，220kV大行宫主变负荷也仅为1.3倍额定负荷，仍可运行45 min。此时可以通过系统一次方式调整来转移负荷，不会造成负荷损失。因此在春秋季负荷平稳期，220kV大行宫变馈供的下一级110kV变电站110kV，10kV备自投全部启用，最大限度提高供电可靠性。

4 软件备自投自动调整备自投运行方式

为了在不同温度、不同负荷情况下，更好地考虑多级备自投投退情况，可以采取软件备自投的方法。软件备自投可基于站端备自投的动作逻辑，对上级电源过载进行预判，在必要时通过遥控系统闭锁相关备自投。首先按照电网运行方式将电网中的备自投按不同的220kV电源分为若干组，并在每组中按照备自投所投负荷的特点进行排序，然后再设置一个备自投动作策略，在备自投上级电源失去时，按照预定的动作策略闭锁动作后将引起过载的备自投。软件备自投功能流程如图2所示。

图2 软件备自投功能流程图

（1）全网备自投分组。如图3所示，A线为T接线，做B线的备用。对于这种接线，可能存在如下情况：当A站110kV母线故障，则B站、C站I段母线失去电源。当B站、C站备自投都动作时，B线或者1号主变将过载，但当其中一个站备自投动作时，却不会过负荷。在这种情况下，两个备自投不能全部投入，但也没有必要全部闭锁。因此将图3的备自投组成一个备自投组，包括220kV变电站10kV备自投、B站备自投及C站备自投。其中B线、C站共同由A线、B线供电，应将B线、C站备自投作为同一个分组。按照这个原则，将220kV变电站自有的35kV或10kV备自投和其110kV出线所供变电站的备自投作为一个备自投组集中控制。

图3 备自投组

（2）每组备自投排序原则。在每个备自投组中，按照备自投电压等级、所投负荷的特点以及所供110kV变电站上级线路的类型对组中的备自投进行排序。

（3）备自投动作策略。当上级电源故障时，备自投组中可能有多个备自投满足动作条件，这时必须要按照热稳定约束进行判断，必要的时候闭锁某些备自投。

以图3为例，当1号主变跳闸后，备自投组中10kV备自投、B站备自投及C站备自投均满足动作条件。首先判断备自投投入后2号主变是否过载。将 2 号主变负荷（P2）加上 10kV I段母线（PA1）、B 站I段母线（PB1）、C 站 I段母线（PC1）跳闸前负荷与 2号主变在当前温度1 h能够承受的过负荷能力（P2max）进行比较：

如果P2max＞P2+PA1+PB1+PC1，备自投组中的备自投正常投入；

如果P2max＜P2+PA1+PB1+PC1，备自投组中的备自投必须有选择性地投入；

首先，假设闭锁PB1，PC1中重要性低的备自投（即备自投所带负荷重要性低或可由备用通道转移的负荷，设为P0），再判断P2max是否大于P2+PA1+PB1+PC1-P0。

如果条件成立，再将P0按从小到大顺序投入，不能投入的备自投则进行闭锁；

如果条件不成立，则闭锁P0中所有备自投，然后假设闭锁PB1，PC1中重要性比P0高一些的备自投，再进行判断和闭锁，如果无法满足热稳定条件，继续闭锁重要性更高的备自投，直至满足条件。

当110kV备自投闭锁后，某些10kV备自投仍然可以在满足热稳定条件的情况下进行动作，此时按照上述类似逻辑将10kV满足动作条件的备自投再进行排序，闭锁相关备自投。当电网运行方式变化，引起某些备自投上级电源发生相应变化时，可以通过更改备自投的分组来解决，使软件备自投更具适应性。

5 结束语

随着经济社会的快速发展，电力系统的安全可靠供电显得尤为重要。备自投在投退过程中，可能造成相关设备严重过载，从而扩大停电范围。由于南京城区广泛使用了T接线的供电方式，上级电源故障将造成多个厂站一系列备自投动作行为。本文以220kV大行宫变电站为例，对多个厂站多级备自投联动的情况进行了分析，提出了高峰负荷下对备自投的投退进行人工设置的原则，以及运用软件备自投采取基于备自投分组的投退控制策略。这种方法可充分反映备用电源侧元件的热稳定极限对备自投投退的限制作用，具有一定的实用性。

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]李文书.一起跳闸线圈烧坏导致备自投误动的事故分析[J].江苏电机工程，2011，30(1)：14-15.

[3]唐海军，杨承卫，姚翔，等.电网备用电源自动投入的实践与思考[J].电力自动化设备，2005，28(5)：100-101.

[4]冯 玲.如何防止备自投动作后造成过负荷[J].电气时代，2006(11)：106-107.