实用备自投装置测试仪的设计与研制

马涛 武万才 张晓磊

（宁夏电力公司吴忠供电局，宁夏 吴忠 751100）

随着电力负荷的增长，为了保证电力系统供电可靠性，在一些重要的110kV及以下的中、低压变电站，设置了备用电源。当工作电源因故障被断开以后，备用电源自动投入装置能自动而迅速地将备用电源投入工作，保证用户连续供电，消除工作电源因故障被迫断开造成用户停电，提高变电站供电可靠性[1-4]。为了保证供电可靠性，保证备自投能正确动作，对备自投装置进行定期检验就变得尤为重要。

目前市场上的备自投校验仪的设计通过中央处理器控制开关模拟单元，存在经济原因及测试方式的不足，基于继电保护中的二次回路控制原理[5]，设计并研制了能够测试母联备自投和进线备自投两种最基本方式的实用备自投测试仪，克服了市场上备自投校验仪的不足，成功运用于现场备自投装置的检验中，下面介绍其设计思想，供同仁参考。

1 备自投装置试验内容

1.1 进线备自投方式

进线备自投方式如图1所示。

图1 进线备自投方式

进线备自投正常运行时，两段母线并列运行，1DL进线电源带负荷，当1DL进线电源因故障或其它原因被断开后，2DL进线电源开关应自动投入，且只允许动作一次。

进线备自投试验内容有[6]：①断路器互备试验；②手分/远方分闸闭锁进线备自投装置动作试验；③保护跳闸未重合备自投装置动作试验；④对侧断路器偷跳，全所失压备自投装置动作试验；⑤进线备自投装置充电条件试验；⑥进线备自投装置放电条件试验；⑦进线备自投装置告警条件试验。

1.2 母联备自投方式

母联备自投方式如图2所示。

图2 母联备自投方式

母联备自投正常运行时，两段母线分裂运行，1DL进线电源和2DL进线电源各带一段母线，当某一进线电源因故障或其他原因被断开后，FDL分段开关应自动投入，且只允许动作一次。

母联备自投试验内容有[6]：①断路器互备试验；②手分/远方分闸闭锁母联备自投装置动作试验；③母联备自投装置充电条件试验；④母联备自投装置放电条件试验；⑤母联备自投装置告警条件试验。

2 备自投试验现状与测试仪技术要求

2.1 备自投装置试验现状

备自投在检验过程中为了保证电网安全稳定运行，往往进线断路器（1DL或2DL）不能全停，母联断路器（3DL）检修，这种状况下进线、母联断路器位置的开入量无法开入到备自投装置，备自投装置无法控制母联断路器正确合闸。传统的方法是待母联断路器检修结束后，靠人为短接相关断路器位置开入的方法测试逻辑出口正确性，这种方法首先需要待母联断路器检修结束方可进行，备自投装置保护校验不能与母联断路器检修平行作业；其次需要多人配合，测试人员不易对顺序准确把握，试验失败率高。传统方法导致备自投装置保护校验的周期较长，延长了备自投停运时间，降低了供电可靠性。微机备自投测试仪虽然可以实现进线断路器开入量模拟，但却不能控制母联断路器分、合闸。

2.2 备自投装置测试仪技术要求

备自投装置测试仪应能满足以下要求：①装置能模拟母联断路器分、合闸。装置能像断路器一样进行分合置位，能模拟进线断路器合后继电器（区分手动分闸还是保护跳闸）动作情况；②装置能采用固定接线方式与备自投装置连接代替人为短接进行开入，能将相应的断路器位置，合后继电器位置开入到备自投装置，并且能与备自投装置紧密配合，能根据备自投装置动作情况做出反应，将相应断路器位置开入量反馈给备自投装置，实现断路器位置开入量自动切换开入；③接线简单易行；④不影响其他保护装置的正常运行。

3 实用备自投装置测试仪设计与研制

3.1 进线备自投装置测试仪设计原理

备自投装置测试仪设计原理之一是进线备自投，断路器（1DL、2DL）分、合置位设计如图3所示。

图3 进线备自投测试仪设计原理图

1）原理图3各元件功能说明

（1）ZJ为带动作与复归线圈的自保持继电器，工作电压为 220V直流电压，当其动作线圈带电常开接点闭合，可接入备自投保护装置模拟断路器合位，当其复归线圈带电常闭接点闭合，可接入备自投保护装置模拟断路器分位，用于模拟进线断路器运行状态。

（2）KKJ为带动作与复归线圈的自保持继电器，工作电压为220V直流电压，当其动作线圈带电其常开接点闭合，可接入备自投保护装置模拟手动合闸合后继电器动作开入，当其复归线圈带电常闭接点闭合，可接入备自投保护装置模拟手动分闸合后继电器复归开入，用于模拟合后继电器工作状态，区分进线断路器是经保护跳闸还是手动分闸。

（3）D为二极管，耐压大于 220V直流电压，其特性为正向导通，用来防止模拟保护跳闸时3点正电串入2点。

（4）LD为绿灯，当有 220V直流电压作用于其两端时点亮发绿光，用来模拟指示断路器跳位。

（5）HD为红灯，当有 220V直流电压作用于其两端时点亮发红光，用来模拟指示断路器合位。

2）进线备自投设计功能的实现

（1）保护跳闸按钮采用复归按钮，当此按钮按下去之后，接点闭合，松开后自动复归断开，当保护跳闸按钮按下去之后，3点带正电，ZJ（模拟断路器）复归线圈尾部接负电，电压作用于ZJ复归线圈两端，复归线圈复归失磁，对应常闭接点闭合（ZJ1闭合，绿灯LD带电点亮，KKJ常闭接点图中未画出），可以将其备用接点引入备自投装置模拟断路器跳闸位置。由于二极管反向截止，正电无法到达2点，KKJ（模拟合后继电器）复归线圈无法得到正电，所以KKJ保持原始状态，其接点保持原态，此功能用来模拟实际保护跳闸时不驱动合后继电器状态，用于区分保护跳闸还是手动分闸。

（2）分闸按钮也采用复归按钮，当此按钮按下去之后，2点带正电，由于二极管正向导通，3点也带正电，此时ZJ复归线圈、KKJ复归线圈同时带电复归失磁，它们所分别对应的常闭接点闭合（ZJ1闭合，绿灯LD带电点亮，KKJ常闭接点图中未画出），可以将这些对应接点引入备自投装置来模拟断路器跳闸位置、手分闭锁断路器量开入。此功能用于模拟实际进线断路器手动分闸状态。

（3）合闸按钮也采用复归按钮，当此按钮按下去之后，1点带正电，此时ZJ动作线圈、KKJ动作线圈同时带电动作，它们所分别对应的常开接点闭合（ZJ2闭合，红灯HD带电点亮，KKJ常开接点图中未画出），可以将这些对应接点引入备自投装置来模拟断路器合闸位置、手合断路器量开入。此功能用于模拟实际进线断路器手动合闸状态。

3.2 母联备自投装置测试仪设计原理

备自投装置测试仪设计原理之二是母联备自投，断路器（3DL）分、合置位设计如图4所示。+-

图4 母联备自投测试仪设计原理图

1）原理4各元件功能说明

（1）ZJ1为中间继电器，工作电压为220V直流电压，当其线圈带电常开接点闭合，配合ZJ动作线圈动作后常开接点闭合。

（2）ZJ2为中间继电器，工作电压为220V直流电压，当其线圈带电常开接点闭合，配合ZJ复归线圈动作后常闭接点闭合。

（3）HQ为合闸电磁铁，工作电压为220V直流电压，当其线圈带电驱动合闸微动断路器，合闸微动断路器常开接点闭合，驱动双位置继电器ZJ复归线圈，ZJ常开接点打开，ZJ1常开接点打开。ZJ常闭接点闭合，ZJ2常开接点闭合。

（4）TQ 为分闸电磁铁，工作电压为220V直流电压，当其线圈带电驱动分闸微动断路器，分闸微动断路器常开接点闭合，驱动双位置继电器ZJ动作线圈，ZJ常闭接点打开，ZJ2常开接点打开。ZJ常开接点闭合，ZJ1常开接点闭合。

（5）HQWD为合闸微动断路器，配合HQ动作后驱动ZJ复归线圈。

（6）TQWD为分闸微动断路器，配合TQ动作后驱动ZJ动作线圈。

（7）R为240Ω电阻，控制分、合闸电流。

（8）其余和进线备自投元件功能相同。

2）母联备自投设计功能的实现

（1）分闸按钮采用复归按钮，当此按钮按下去之后，2点带正电，分闸电磁铁动作，驱动分闸微动开关，微动开关常开接点闭合，驱动双位置继电器ZJ动作线圈，ZJ常闭接点打开，ZJ2继电器失磁，其常开接点打开，红灯熄灭；ZJ常开接点闭合，ZJ1继电器励磁，其常开接点闭合，绿灯点亮。

（2）合闸按钮采用复归按钮，当此按钮按下去之后，1点带正电，合闸电磁铁动作，驱动合闸微动开关，微动开关常开接点闭合，驱动双位置继电器ZJ复归线圈，ZJ常开接点打开，ZJ1继电器失磁，其常开接点打开，绿灯熄灭；ZJ常闭接点闭合，ZJ2继电器励磁，其常开接点闭合，红灯点亮。

3.3 备自投装置测试仪的研制与效益

基于上述两种备自投方式设计理念，研制并实现了实用备自投测试仪装置，装置面板与内部结构图如图5所示。

图5 实用备自投测试仪设计结构图

用实用备自投测试仪对多所变电站备自投装置进行效果检查如表1所示。

表1 备自投测试仪使用前后效果对比

取得的效益如下：

（1）减少了与一次设备检修、高压试验等其他班组的交叉作业，缩短了备自投装置校验时间，减少了备自投装置停运时间。

（2）实用备自投装置测试仪费用低廉；能模拟母联断路器分、合闸动作行为；能将相应的断路器位置、合后继电器位置的开关量开入到备自投装置，并且能与备自投装置紧密配合，能根据备自投装置动作情况做出反应，将相应断路器位置开入量反馈给备自投装置，实现了断路器位置开入量自动切换，减少了工作人员投入，降低了工作人员的劳动强度。

（3）降低了人为因素导致的短路、误动等危险点几率，维护了电网的安全稳定运行。

（4）在备自投装置或线路保护装置新安装中，装置保护校验与电缆敷设平行作业，缩短了备自投装置或线路保护装置新安装时间。

4 结论

本文结合工程实践，研制了可模拟3台断路器出口的实用备自投装置测试仪已运用到地区电网各变电站母联或进线备自投安装检验、定期检验中并取得了国家实用新型专利，极大地提高了备自投装置检验效率。同时针对实用备自投测试仪的不足，继续钻研变压器备自投、负荷均分备自投等自动装置的逻辑校验原理，为相应的备自投测试仪功能的完善与实现做进一步的探索。

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[4]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,2005,25(8):99-101.

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[6]李七鑫,王小琪.备自投装置调试探讨[J].山西电力,2009,153(2):37-38.