站用电运行方式及备自投系统的研究与改进

宋兵，刘国兴，鄂士平

（国网湖北省电力公司检修公司，武汉 430050）

站用电运行方式及备自投系统的研究与改进

宋兵，刘国兴，鄂士平

（国网湖北省电力公司检修公司，武汉 430050）

备用电源自投装置（简称备自投）在电力系统中，有着非常广泛的应用，已经成为电网自动装置中的重要组成部分，对保证重要负荷可靠供电起着非常重要的作用。论文结合变电站现场实际及特殊情况对运行方式及备自投装置进行了分析，通过对特殊运行情况的分析提出了相应的改进建议，也为将来类似站用电备自投系统设计提供了参考。

备自投；运行方式；方案改进

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.043

1 站用电系统基本情况

1.1 站用电系统介绍

1.1.1 站用电源介绍

某变电站站用电源采用三回供电（见图1）。

Ⅰ回站用电源为工作电源，引自1#主变110kV2#母线；

Ⅱ回站用电源为备用电源，引自220kV变电站110kV间隔。

1.1.2 400V系统介绍

站用电系统低压母线由400V1#母线（380V/220V工作Ⅰ段）和 400V2#母线（380V/220V工作Ⅱ段）组成。

站用备用变压器经过两级断路器接入400V1#母线和400V2#母线；Ⅰ回站用电工作，给400V1#母线供电；Ⅱ回站用电冷备用或充电备用，两段工作母线分列运行。

1.1.3 Ⅲ回站用电备用状态介绍

冷备用：11001隔离开关合上，1100断路器拉开，403断路器合上，400V3#母线停电，413、423断路器拉开。

充电备用：11001隔离开关合上，1100断路器合上，113B、13B充电，403断路器合上，400V3#母线充电备用，413、423断路器拉开。

图1 站用电系统主接线图

1.2 备自投系统介绍

1.2.1 备自投功能

该站用电系统配有两台备自投装置：备自投1作为Ⅲ回站用电源自动投入Ⅰ回站用电源的自动投入装置。当400V1#母线故障时，Ⅰ回站用变低压侧零序电流保护带延时动作且闭锁备自投1。备自投2作为Ⅲ回站用电源自动投入Ⅱ回站用电源的自动投入装置。当400V2#母线故障时，Ⅱ回站用变低压侧零序电流保护带延时动作且闭锁备自投2。

1.2.2 备自投装置的工作条件（以备自投1为例）

1）备自投1充电的条件：（1）400V1#母线有压；（2）Ⅲ回站用电源有压；（3）401断路器在合闸状态；（4）413断路器在分闸状态。

2）备自投1放电的条件：（1）Ⅲ回站用电源无压；（2）413断路器在合闸状态；（3）手跳401断路器；（4）401断路器跳闸拒动。

1.2.3 备自投动作过程

以备自投1为例，备自投装置动作过程如下：（1）1100断路器在合上时。当满足备自投可用性条件，Ⅰ回电源故障，造成400V1#母线因非母线故障失压，备自投装置判别备用电源有电，动作跳开401断路器，自动合上413断路器。（2）1100断路器在拉开时。当满足备自投可用性条件，Ⅰ回电源故障，造成400V 1#母线因非母线故障失压，备自投装置判别备用电源有电，动作跳开401断路器，自动合上1100、413断路器。

2 备自投动作过程分析

以下对站用电保护及备自投系统的动作行为进行分析（均以备自投1为例），图2为备自投1原理接线图。

图2 备自投1原理接线图

2.1 工况一（正常工况下的工作过程）

（1）备自投动作前运行方式。Ⅰ回站用电工作，给400V1#母线供电；Ⅲ回站用电冷备用。（2）备用电源投入过程。在备自投充电完成后，如果Ⅰ回站用电发生非母线故障，备自投装置检测到：400V1#母线失压（=NE01-TU），且401断路器无流（=NE01-TI）。（3）二次装置动作过程分析。备用电源投入之后，备自投装置检测到413断路器在合闸状态（=NE21-4DL.TWJ为0），备自投放电，备自投功能不再起作用。这样的设计也符合所用电设计规程的要求。

2.2 工况二（特殊工况）

（1）备自投动作前运行方式。Ⅰ回站用电工作，给400V1#母线供电；Ⅲ回站用电充电备用。Ⅲ回站用变保护动作，跳开1100断路器，Ⅲ回站用电处于冷备用状态。（2）备用电源投入过程。Ⅲ回站用电保护动作不会闭锁备自投功能，如果运行人员未能及时手动退出备自投功能，短时间内Ⅰ回站用电发生非母线故障，造成400V1#母线失电。此时备自投动作，将处于冷备用状态的Ⅲ回站用电投上。（3）保护动作过程。若13B低压侧故障为永久接地故障，保护再次动作，跳开1100、413断路器。（4）二次装置动作行为过程。这种运行工况造成了一次Ⅲ回站用电合于故障的事故，保护短时间内由于同样的故障动作两次。造成事故的原因是Ⅲ回站用电保护动作之后，如果短时间内Ⅰ回站用电源故障，备自投装置将会投于故障电源。

2.3 工况三（特殊工况）

（1）保护动作前运行方式。Ⅰ回站用电工作，给400V1#母线供电；经413、423断路器联络，给400V2#母线供电。（2）保护动作过程。Ⅲ回站用变检修后试充电时，如果站用变保护区域内存在故障（13B低压侧接地），1100断路器合于故障后站用变保护动作，跳开413、423断路器，造成400V2#母线非正常失电。（3）二次装置动作行为过程。403断路器在设计上相当于一把刀闸的作用且没有接入保护跳闸回路，Ⅲ回站用变保护动作会跳开413、423断路器。在试充电失败时，造成400V2#母线非正常失电，扩大了事故造成的停电范围。（4）反措。为避免400V2#母线非正常失电，可以采取如下措施：Ⅲ回站用变试充电前退出Ⅲ回站用变保护跳413，423联络断路器的压板。在试充电正常之后，由运行人员操作恢复设备正常运行方式。

3 备自投改进方案

上面的两种特殊工况，给设备的安全稳定运行带来了隐患，增加了运行人员倒闸操作的风险。为解决这些问题，提出了以下几种站用电系统的改造方案。

3.1 方案一

（1）改造目的。取消Ⅲ回站用电冷备用时的备自投功能。（2）改造内容。将Ⅲ回站用电源有电的判据改为400V3#母线有电：将=ALA0.TU至备自投的接线改为接入=NE23.TU。（3）方案分析。如果取消Ⅲ回站用电冷备用时的备自投功能，备用电源在正常运行时必须处于充电备用状态。备用电源在充电备用时存在空载损耗，备用电源充电备用一年的损耗将达到5.807kW×24h× 365＝50869.32kW·h。该方案降低了站用电系统的经济性。在Ⅲ回站用变试充电之前仍需要退出Ⅲ回站用变保护跳413，423联络断路器的压板。在试充电正常之后，由运行人员操作恢复设备正常运行方式。

3.2 方案二

（1）改造目的。增加Ⅲ回站用电保护动作闭锁备自投功能的回路。（2）改造内容。增加备用变保护动作闭锁备自投的信号回路。（3）方案分析。Ⅲ回站用变保护由4套装置实现见表1。

表1 Ⅲ回站用变保护装置

备用电源保护动作闭锁备自投之后，不会发生保护动作跳闸后，备自投再次动作合于故障的情况但是外接闭锁信号过多，且目前备自投装置本身并不具备这样的保持信号继电器，如果采用外置磁保持信号继电器，改造难度很大，很难实施。

3.3 方案三

（1）改造目的。将Ⅲ回站用变保护跳闸出口由跳413，423联络断路器改为跳403断路器。（2）改造内容。将备自投装置的控制字由备自投方式1改为备自投方式3；在备自投1的充电条件中增加“403断路器在合闸状态”的判据；将Ⅲ回站用变保护（共4套装置）动作跳413、423断路器改为跳403断路器。（3）方案分析。该方案通过将Ⅲ回站用变保护跳闸出口由跳413，423联络断路器改为跳403断路器，备自投装置将会投于故障电源的问题；同时保留了Ⅲ回站用电冷备用备自投的功能，运行方式更灵活经济。实施该方案需要对403断路器的设计功能及灭弧能力重新进行验证和考虑，需要对Ⅲ回站用变保护配置及备自投装置的功能进行重新分析。

3.4 方案比较

几种方案比较来看，方案一的工作量小，易于实施。方案二改造难度大，基本不具可行性。方案三需要增加两路信号且对装置外围接线改动较大，但是改造工期长，无法在站用电系统投运前实施。

4 结语

随着电力市场化运营改革的不断深入，电网结构将会产生很多变化，同时也会出现各种非常态的运行方式，备自投与其他保护、安全自动装置之间的配合关系也将会变得更加复杂，从而找出并采取合理的、优化的解决方案，提高供电可靠性。这样的设计思路，可以作为将来类似站用电备自投系统设计的参考。

【1】周涛.电力系统广域备自投系统的分析[D].广州：华南理工大学，2010.

【2】李明.电网广域备自投保护的研究与应用[D].广州：华南理工大学，2012.

Research and Improvement on the OperationMode of Power Station and the Automatic Feeding System

SONGBing,LIUGuo-xing,EShi-ping
（StateGridHubeiElectricPowerCompanyMaintenanceCompany,Wuhan430050.China）

Standbypower supplyautomatic switching device (hereinafter referred to as automatic bus transfer equipment) in power systemwhich is of a very widerangeofapplications, hasbecome an important part ofthe automatic equipment ofpower grid and playsa veryimportant role to ensure reliablepower supply ofthe important load.Accordingto a substation practical and special operationmode and automatic switchingdevice are analyzed, through the analysis of special operation corresponding suggestions for improvement aremade and also provides a reference for the future similar station electricity by self investment system design.

automaticbustransferequipment；operationmode；schemeimprovement

TM732

B

1007-9467（2016）07-0066-02

2016-5-19

宋兵(1983～)，男，湖北襄阳人，工程师，从事特高压变电站运维检修管理研究，（电子信箱）270244505@qq.com。