微机型备用电源自投装置调试方法探讨

三峡大学电气与新能源学院 谢莎莎



微机型备用电源自投装置调试方法探讨

三峡大学电气与新能源学院 谢莎莎

【摘要】随着备用电源自投装置在电力系统中应用越来越广泛，备自投装置的测试技术也在发展进步。传统的测试方法需要依靠多人短接开关量来测试备自投装置逻辑的正确性，其可靠性和安全性也得不到保证。基于继电保护二次控制回路原理，提出了利用双位置继电器来模拟断路器机构触点的设计思路，还原了实际运行方式下备自投装置的逻辑功能和断路器的动作行为。本文以RCS9651系列备用电源自投装置为例，采用进线备自投的运行方式，结合继电保护测试仪的特点，制定实验接线方案，并详细阐述了如何利用双位置继电器来完成备自投调试实验。此方法不仅增加了调试的安全性，而且也提高了调试效率。

【关键词】备用电源；BZT装置；双位置继电器；调试方法；可靠性

随着电网规模不断扩大，变电站自动化程度日益提高。用户对供电可靠性和持续性也不断提高。而备用电源自投装置（以下简称BZT）的作用就是在工作电源因故障被断开后，能迅速将备用电源投入工作，提高了供电的可靠性。

BZT装置是通过判断断路器刀闸位置、 电流电压等信息来识别运行方式和进行动作逻辑判断，最终完成断路器的分闸合闸操作。本文使用的 RCS-9651CS备用电源自投装置主要用于110KV以下的中低压配电网系统中。其包括四种自投方式，如图1所示。方式1和方式2----对应1#和2#进线（或变压器）互为明备用的两种方式；方式3和方式4----对应通过分段（或桥）断路器实现II母和I母互为暗备用的两种动作方式［1］。本文选用方式1（明备用动作方式）来进行研究。

图1

1　BZT装置测试仪的技术要求

随着计算机技术、网络技术、通信技术的飞速发展，微机保护装置正逐步取代传统的继电保护装置，成为电力系统的主流保护。继电保护测试技术也由原来的传统的实验设备及电气仪表构成的“地摊”式接线，演变到用模拟式的测试台，通过精密电压表、电流表、相位表等仪器来读取需要的电气数据，直到发展成现在的微机继电保护测试装置［2］。

对BZT测试的要求是应能够提供电源失电、备用电源投入切换过程的电压电流和断路器位置变化信号并按照备自投装置动作过程输出的跳合闸信号进行转换。本次实验使用的是由武汉豪迈电力公司生产的微机继电保护测试系统，其特有的“智能”，能更准确地捕捉电力系统故障，实现各种复杂的保护功能。

2　备自投测试中出现的问题

BZT装置可以通过分析输入装置的开关量和电流电压，跟踪变电站系统当前的运行方式，自动判断是否满足充电、放电及动作条件，发出跳合闸指令。在整个动作过程中，可以通过测试仪来模拟电压电流量，以及断路器的开关位置。对于BZT装置发出的跳合闸指令，通过操作机构，传送给断路器，断路器接受到指令信号，做相应的动作，同时把它新的位置信号再传送回BZT装置。BZT装置监测到断路器状态的改变，执行下一步动作。但是在我们的实验室，因受实验环境的影响，通过多人使用短接线配合的方法来开入开关的位置信号，按一定的时间顺序人为动态地模拟试验，再现动作逻辑。此种方法需要人员、时间、开关量等因素达到最优配合，这种配合不易实现，同时对于高校实验内容，安全系数不高。为了提高备自投的调试效率，也考虑到安全因素，我们提出了一种设计思路和解决办法，改进了BZT装置的校验方法。

3　备自投整组调试实例

3.1设计思路

以前应用刀闸的切换来进行测试，此方法需要人员、时间、开关量等因素达到最优配合，这种配合不易实现，导致实验成功率低，给我们的实验教学带来不便［3］。为了提高备自投装置调试的成功率和可执行性，我们提出了采用双位置继电器，利用其动合、动断触点多的特点，代替“人”来开入信号的传统校验方法。这样一来，学生对断路器的控制回路有了一个清晰的概念，对整个备自投的动作过程的认识也有所加深，达到了良好的学习效果。

图2　双位置继电器和测试仪备自投装置的外部接线

双位置继电器又称磁保持继电器，其常闭或常开状态依赖永久磁钢的作用，一旦复位，即使线圈断电，继电器仍能保持原状态，因此，具有自保持功能。双位置继电器一般采用双绕组形式，即工作绕组和复归绕组。当工作绕组通电后，继电器动作，内部的衔铁由永磁铁吸合保持，接点闭合，只有对复归绕组施加电压才可使其复归［4］。

本文以方式1为例，在原来测试接线的基础上引入两个双位置继电器（后面简称SWJ），1SWJ用来模拟进线1的断路器，2SWJ用来模拟进线2的断路器。我们把进线1的跳闸开关和1SWJ的启动回路相连，进线2的合闸开关和2SWJ的启动回路连接。同时，将1SWJ的辅助常开触点1SWJ1接入继电保护测试仪的开入量端子，用于状态翻转；将另一个常闭触点1SWJ2接到BZT装置中的1TWJ。取2SWJ的辅助常闭触点接BZT装置中的2TWJ，常开触点接BZT装置中的2KKJ。

图3　1-1#进线跳闸出口，2-2#进线合闸出口

在实际工程中，关于BZT装置的校验有专门的标准化作业指导书，校验项目不仅包括外观检查、绝缘检查、开入及开出检查、零漂检查还有定值校验、整组实验这些内容。本文主要侧重于整组实验模块来详细介绍整个实验测试过程。

3.2实验接线

3.2.1电压量

本文采用进线备自投方式，考虑到BZT装置要检测母线电压和进线电压，判断I母和II母是否带电。同时，我们使用的测试仪具有6个电压通道，所以用测试仪三个电压通道来模拟备自投的三相母线电压，再取Ua和Ub来模拟备自投线路电压（如果Ux1有压控制字不投入时可以不用接线路电压），接线如图4。此时，在软件的“试验参数”页中各电压可设为UA=57.7∠0o，UB=57.7∠-120o，UC=57.7∠120o，Ua=100∠0o，Ub=100∠0o。

图4　电压量接线图

3.2.2电流量

通过测试仪接入电流量，目的是备自投在投入备用电源前，要先判断被跳开的那条支路是否有电流。其接线相对简单，将测试仪的IA和IB分别接BZT装置的两路进线，如图5所示。在软件的“试验参数”页中各电流可设为IA=2.1A， IB=2.1A。

图5　电流量接线图

3.2.3断路器位置信号

备自投引入1DL、2DL、3DL开关位置的接点，用于系统运行方式判别、自投准备、自投判别。引入1DL、2DL、3DL开关的合后位置信号用于判断各种情况下的自投闭锁。

在进线备自投时，需要监测断路器的位置信息，接受断路器返回的跳合闸信息，当我们采用实验室测试时，用测试仪的开出接点来模拟断路器位置信息，就用双位置继电器来模拟断路器的状态的改变，并把这个信息传送回BZT装置和测试仪装置。接线如图6所示。

3.3整组实验调试

根据系统接线图1，3DL合上，母线I和母线II并列运行 。测试仪输出正常运行和故障情况的电压电流；开出接点模拟断路器的位置信号，用开入量来监视断路器返回位置信号的方法进行调试。根据RCS9651备自投装置逻辑关系，采用运行方式1，分析进线备自投的动作过程。DL3合闸，由1DL提供电源，2DL备用。当充电条件持续满足15s后，CD=1，如果工作母线无压，I1无流，MB1（自投方式1）=1，经延时，跳开进线1开关。这个时候如果检测到1DL开关在跳位，且母线工作电压均小于无压合闸定值，备自投发合闸脉冲，经延时合上进线2的电源开关。因此，我们使用继保测试仪的状态序列测试软件，将BZT的整个动作过程分为以下四个状态对其保护逻辑功能进行检验。调试前，整定定值控制字中“自投方式1”置“1”，相应的软压板状态置“1”，“备自投总投退软压板”状态置“1”。

图6　断路器位置信号接线图

（1）状态1：充电状态

这是一个故障前的状态，BZT装置进入正常运行状态，三相母线电压设置为正常电压；进线1线路电流为备自投有流值；进线2电流为0A；实验时间设置20s（一般大于备自投的充电时间）；

开出量按照运行方式1和实际接线来设置。“开出1”为分，说明没有跳位输入，模拟DL1在合位，正在运行（TWJ1=0）；“开出2”为合（KKJ1=1）；“开出3”为合，说明有跳位输入，模拟DL2在跳位（TWJ2=1）；“开出4”为分（KKJ2=0）；“开出5”为分，说明没有跳位输入，模拟DL3在合位（TWJ3=0）； “开出6”为合（KKJ3=1）。

由时间控制触发进入下一个状态。这里需要说明的是南瑞公司生产的备自投装置，根据逻辑框图，1KKJ或3KKJ=0时，备自投就会放电，所以我们在接线的时候应该考虑到KKJ这对触点。在开出量的参数设置上也做了相应的修改。实验结果显示备自投保护装置面板显示自投方式1充电标志充满，达到设置的时间以后自动进入下一个状态。

（2）状态2：事故状态

进入事故状态，设置母线电压均小于无压启动定值为29V，I1=0.19A，I2=0A；BZT装置检测到I母线失压，进线2没有电流时，经1S延时发跳闸指令，进线1的跳闸回路出口接点闭合，使1SWJ线圈带电励磁，其常开触点闭合，常闭触点断开。

开出量状态的设置和状态1相同，其触发条件为开入量触发。实验结果显示装置面板上跳闸灯点亮，同时液晶上显示“自投跳电源1”动作。因1SWJ继电器常开触点闭合，继保测试仪翻转到下一个状态，同时BZT装置接收到“断路器”位置翻转信号。

（3）状态3：投备用电源前状态

这个状态中母线电压为29V；进线1的电流为0.19A，进线2电流为0A。

开出量状态设置为“开出1”为合（1TWJ=1）；“开出2”为分（1KKJ=0）；“开出3”为合；“开出4”为分；“开出5”为分；“开出6”为合。BZT装置检测到1DL已经在跳位，而且I母，II母均无压，MB1=1，备自投给2DL发合闸指令。这时进线2的合闸回路出口接点闭合，2SWJ导通。 实验结果显示经方式12合闸短延时，装置面板上合闸灯点亮，液晶上显示“自投合电源2-1”动作，因2SWJ继电器动作，继保测试仪跳转到下一个状态。

（4）状态4：恢复供电状态

母线电压设置为正常电压，进线1电流为0A，进线2电流为2.1A，开出量设置为“开入1”为合（1TWJ=1）；“开入2”为分（1kkJ=0）；“开入3”为合：“开入4”为分“开入5”为分（2TWJ=0）；“开入6”为合（2KKJ=1）。 实验结果显示BZT装置报文显示“自投合电源2-2”动作，用“按键触发”结束状态4。

4　小结

上述将双位置继电器应用到备用电源自投装置测试中后，在教学中取得了很好的效果，不仅降低了继电保护调试实验的难度，而且提高了学生对继电保护测试实验的兴趣，并培养了他们的问题分析能力。

参考文献

［1］RCS-9600系列工业电气保护测控装置技术说明书［Z］.南京：南瑞继保电气有限公司.

［2］韩笑，赵景峰，邢素绢.电网微机保护测试技术［M］.中国水利水电出版社（第二版），2008.

［3］田鹏.备用电源自投装置的检验［J］.电气技术与自动化，2005（5）.

［4］叶伯颖，何坤.双位置继电器在仿真变电站控制及信号回路中的应用［J］.继电器，2000，28（9）：40-42.

［5］张保会，项根.电力系统继电保护［M］.北京：中国电力出版社（第二版），2004.

［6］继电保护测试系统使用说明书［Z］.武汉市豪迈电力自动化技术有限责任公司.

［7］潘光贵，姚旭明.微机保护安装测试与维护［M］.中国水利水电出版社，2015.

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［11］Liu Zuo-hua.Analysis and remedial measures of the unsuccessful of the automatic backup power in 110KV transformer substation［J］. Power System Protection and Control，2009，37（2）：91-92.

作者简介：

谢莎莎（1983—），女，陕西凤翔人，三峡大学电气与新能源学院硕士研究生，实验师，主要从事实验教学工作。