备用电源自动投入装置在电力系统中的应用分析

程　　方，田中强，宋　　坤，孙　　鹏

备用电源自动投入装置在电力系统中的应用分析

程方1，田中强2，宋坤2，孙鹏2

（1.山东省电力企业协会，济南250101；2.国网山东省电力公司济宁供电公司，山东济宁272100）

对电力系统中备用电源自动投入装置的概念、备用方式进行说明，对备用电源自动投入装置的基本要求、定值整定原则进行分析，并举例说明备用电源自动投入方式的动作逻辑。

备自投装置；备用方式；定值整定

0　　引言

在电力系统中，很多变电站（或用户）是由单电源的辐射形网络供电的。当供电电源由于某种原因而断开时，由它供电的变电站（或用户）将失去电源，给用电企业经济造成不同程度的损失。为了消除或减少损失，保证不间断供电，在某些变电站（或用户）中采用了备用电源自动投入装置。

1　　备用电源自动投入装置

备用电源自动投入装置就是当工作电源因故障或其他原因被断开以后，能自动迅速地将备用电源投入工作或将用户供电切换到其他正常工作的电源上去，使用户不停电的一种装置，简称BZT装置。变电站的一次设备系统结构及BZT作用的开关如图1、图2所示。

在图1中，正常情况下电源1工作，电源2处于备用状态。当电源1线路发生故障时，对侧继电保护动作，断开对侧断路器，线路失电，本侧BZT装置动作，断开断路器1DL，将断路器2DL自动投入，保证继续供电。

图1　BZT作用于1DL、2DL开关

图2　BZT作用于2DL、4DL开关

在图2中，正常情况下变压器B1运行，变压器B2处于备用状态。当变压器B1发生故障时，继电保护装置动作，断开断路器1DL和3DL，然后BZT装置动作，将2DL和4DL自动投入，备用变压器B2投入工作，保证继续供电。

2　　备自投的备用方式

专职备用方式。一个元件运行，另一个元件仅为运行元件作备用（备用电源正常不工作），这样的结线叫专职备用，图1、图2方式就是专职备用。

互为备用方式。一个元件不仅运行，而且还为另一个元件作备用（备用电源正常工作），这样的结线叫互为备用，图3、图4就是互为备用。

图3　BZT作用于1DL、2DL、5DL开关

图4　BZT作用于3DL、4DL、5DL开关

从图3、图4工作情况可见，如果不采用BZT装置，要想达到同样的供电可靠性，同一母线必须由两路电源供电或两台变压器并联运行，这样势必造成继电保护配置复杂，短路电流增大，设备投资增加等冗余和浪费，因此，采用不同运行方式的BZT装置，对电网安全、经济运行是一种有效的手段，且提高了供电的可靠性。

3　BZT装置基本要求

能反映工作母线失去电压的状态。当工作母线因变压器、线路发生故障或运行的断路器因某种原因自动跳闸时，工作母线将失去电压，这时备用电源应自动投入，以保证不间断的供电。

断开工作电源后投入。把备用电源投入到故障元件上，易导致扩大事故，加重设备损坏程度，且达不到备用电源自动投入装置的预定效果。所以备用电源应在工作电源断开后才能投入。

BZT装置只应动作一次。当工作母线或其引出线上发生永久性故障时，备用电源自动投入装置动作后，切除工作电源、投入备用电源。由于故障仍然存在，备用电源上的继电保护装置动作，又将备用电源断开。这时候不允许再次投入备用电源，以免扩大事故，对系统造成再次冲击。

BZT装置延时时间的整定原则。从工作母线失去电压到备用电源自动投入为止，中间有一段停电时间。在这段时间内，从母线上取得电源的异步电动机转速降低，甚至降到零。如果停电时间较长，异步电动机启动时间将过长，启动时间过长将引起绕组发热，有些情况下甚至不能启动；另外，启动电流过大，将使电网电压降低。运行经验指出，停电时间不应超过0.5～1.5 s。但必须指出，在某些情况下BZT装置的动作时间要躲过线路的重合闸时间 （如主供电源线路上发生瞬时性故障，电源重合成功后需要继续供电者），不得不采用停电时间较长的备用电源自动投入装置。在某些情况下BZT装置的动作时间虽然不需要躲过线路的重合闸时间 （如当工作母线或其引出线上发生瞬时性故障，可立即断开主供电源而投入备用电源者），也必须考虑到故障点的去游离时间，以保证备用电源自动投入成功。特殊情况下（如变压器内部故障或差动保护范围内故障）BZT则不需要动作时间（仅装置的固有时间），可立即断开主供电源而投入备用电源。

一次系统正常，BZT装置不应动作。运行中较易出现电压互感器二次失去电压的情况，但此时一次回路仍正常，工作母线仍照常供电，所以此时不应使备用电源自动投入装置动作，电压互感器二次断线时应闭锁BZT装置。

备用电源无电压时，BZT装置不应动作。因为在这种情况下即使动作也是没有实际意义的，备用电源自动投入装置不应动作。

正常操作断开工作电源时，BZT装置不应动作。因为正常操作断开工作电源，本身就是需要将用电设备停电，所以备用电源自动投入装置不应动作。

BZT装置的逻辑构成。为满足BZT装置的基本要求，BZT装置应由两个基本部分组成：低电压启动部分，当工作母线因各种原因失去电压时，经一定延时断开工作电源；自动合闸部分，在工作电源的断路器断开后，将备用电源的断路器自动投入。

4　　备用电源自动投入装置的定值整定原则

4.1低电压元件的启动电压

低电压元件的启动值按两个原则确定。

1）躲开工作母线上的电抗器或变压器后发生的短路故障。此故障母线上的残余电压相当大，不应将工作电源断开，即低电压元件不应动作。故有

即

式中：UZX为电动机自启动时的最低电压；f为返回系数，f＞1。

4.2时间元件的动作时间

时间元件的动作时间应与线路过流保护时间相配合。当线路发生故障，母线残压降低到低电压启动值时，应由线路保护切除故障而不应使备用电源自动投入装置动作。即

式中：tDZ为时间元件的动作时间；td.Zd为线路保护切除故障的最大动作时间；Δt为时间余度，取0.5 s。

4.3过电压元件的启动电压

备用电源最低运行电压时，过电压元件应可靠动作。此时满足

式中：UDZ为低电压元件动作电压；UCY为母线上的残余电压；n为电压互感器变比；k为可靠系数，取1.1～1.3。

2）躲过线路故障切除后电动机自启动时的最低电压。若出线上发生故障离工作母线很近，此时母线残余电压很低接近于零，低电压元件必然动作。当故障由出线断路器切除后，母线电压恢复，但由于电动机自启动，电压不能立即恢复到正常运行电压，在此电压下，低压启动应可靠返回。此时

式中：UB.ZX为备用电源最低运行电压。

5　BZT装置应用

5.1进线备投（专职备用）

正常运行方式如图5所示，110 kV市中I线为变电站进线主供电源，110 kV市中Ⅱ线为变电站进线备用电源，两线路变压器组高低压侧并列运行，当任一线路故障时 （以市中Ⅰ线线路故障为例），110 kV市中Ⅱ线开关（4713）备自投动作逻辑见图6。

图5　　进线备投方式下BZT作用的开关

图6　4713备自投动作逻辑

5.2分段备投（互为备用）

正常运行方式如图7所示，110 kV市中I线、110 kV市中Ⅱ线均为变电站进线主供电源，两线路变压器组高低压侧分裂运行，当任一线路故障时（以市中Ⅰ线线路故障为例），110 kV分段开关（4712）备自投动作逻辑如图8所示。

图7　　分段备投方式下BZT作用的开关

图8　4712备自投动作逻辑

5.3分段加速备投（互为备用）

正常运行方式如图9所示，110 kV市中I线、110 kV市中Ⅱ线均为变电站进线主供电源，两线路变压器组高低压侧分裂运行，当任一变压器故障时（以1号主变故障为例），10 kV分段开关 （47010）加速备自投动作逻辑：当BZT装置上电正常后，无闭锁分段备自投条件发生，分段备自投的软、硬压板均处于投入位置，开关47001、47002处于合位，开关47010处于分位，1号主变本体或差动保护动作，1号主变后备保护未动作，且1号主变47001开关无电流，10 kVⅠ母线电压异常 （＜40%），10 kVⅡ母线电压正常（＞80%）时，备自投装置起动，无时限（装置固有时间）跳开1号主变47001开关后，立即合上10 kV分段47010开关，分段加速备投结束。

6　　结语

图9　　分段加速备投方式下BZT作用的开关

采用备用电源自动投入装置可以提高供电可靠性。对BZT装置的概念、备自投方式进行说明，确定BZT装置在电力系统中的作用，对BZT装置的备投方式、工作的基本要求、定值的整定原则进行分析以及应用举例，掌握BZT装置在电力系统中的应用。

Application Analysis of Standby Power Automatic Input Device in Power System

CHENG Fang1，TIAN Zhongqiang2，SONG Kun2，SUN Peng2
（1.Shandong Electric Power Enterprise Association，Jinan 250101，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272100，China）

The concept and the standby mode of the standby power automatic input device in the power system are explained. The basic requirements of the automatic input device of standby power supply and the setting principle of the fixed value setting are analyzed，and an example is given to explain the action logic of the automatic input mode of the standby power supply.

automatic throw-in equipment of emergency power supply；standby mode；fixed value setting

TM762.1

B

1007-9904（2016）06-0048-03

2016-04-14

程方（1988），女，从事山东省电力行业安全咨询、技术指导工作；田中强（1963），男，高级技师，从事变电运维技术管理工作；宋坤（1990），男，从事变电运维安全管理工作；孙鹏（1985），男，从事变电运维管理工作。