一种备电系统自动投切技术的研究

魏 鑫 李媛媛

（国网甘肃省电力公司武威供电公司，甘肃 武威 733000）

0 引言

备自投要想发挥功效，备用电源的容量应能支撑其“接手”的负载[1]。但实际运行中，因方式的千变万化，往往很难兼顾这一点。这样一来，备自投动作后，由于备用电源容量不足，可能会造成事故的扩大。因此，有必要研究待机操作和负载动态连接和切割的集成技术。该文主要讨论了用常规待机自动切换逻辑实现过载连接的方法，并分析了其不足之处，同时提供现场常用的2 种方法。

1 备自投

传统的备用电源自动切换装置（简称备自投），这是一种自动装置，可以在电力系统故障或其他原因导致工作电源断开后快速将备用电源投入运行，或者自动将停电设备投入其他正常工作电源，使用户可以快速恢复供电[2]。根据待机模式，传统的备自投装置可以分为明备用和暗备用[3]：明备用是指备用变压器或备用线路正常情况下安装；暗备用是指没有专用备用电源或备用线路的正常情况。

1.1 常见的备自投方式

在满足条件时，备自投触发启动动作；常见的备自投方式有3 种。1）装置启动时进线一和母联作用，而进线二做备份线。当母联线丢失电压，同时进线一没有电流，此时进线二存在电压，装置跳进线一触发，并进线二触发。2）装置启动时进线二和母联作用，而进线一做备份线。当母联线丢失电压，同时进线二没有电流，此时进线一存在电压，装置跳进线二触发，并进线一触发。3）装置启动时进线一和进线二作用，而母线做备份线。当I 母线丢失电压，同时进线一没有电流，此时II 母存在电压，装置跳进线一触发，并母联触发。并母联触发机关后联切功能启动，如果进线二的电流超过过负荷规定数值，则启动联切功能，否则联切功能将在几秒后撤销。4）装置启动时进线一和进线二作用，而母线做备份线。当II 母线丢失电压，同时进线二没有电流，此时I 母线存在电压，装置跳进线二触发，并母联触发。并母联触发机关后联切功能启动，如果进线一的电流超过过负荷规定数值，则启动联切功能，否则联切功能将在几秒后撤销。

以上叙述中，1）、2）是进线自投方式，这种备自投方式中的进线的电压通常曹勇主变高压侧母线电压；而3）、4）则为母联备自投方式。

1.2 备自投要求

备自投装置不仅要具有敏捷性，最重要的是要在实际操作中具有可靠性；其装置要求有5 点。1）确定在工作设备与电源切断时，才启动备自投装置或其他备份设施。2）不管由于什么原因，导致作用母线或是设施上的电压丢失，备自投装置都能够触发。3）备自投装置保证只动作一次。4）由于电力系统自身原因，导致工作电源或是备用电源同时丢失，备自投装置无法触发。5）当用备自投装置作用于发电厂时，除了上述几点条件外，还需满足很多细节条件，在此不做过多叙述。

1.3 备自投逻辑实现

由基于单片机的备用电源自动切换装置提供的模拟输入，开关输入和固定值可以是可编程元件，以此控制备自投的动作。为了使设备适应不同的要求，采用基于图形界面的逻辑可编程方式实现备用电源自动投入功能。为了防止备自投装置的重复操作，通过参考保护装置中的重合闸逻辑的方法，在动作逻辑中设置“充电”计数器。逻辑判断和软件延迟用于替换计算机备自投中的充电过程。其动作逻辑的控制条件可分为3 类：充电条件、锁定条件和启动条件。也就是说，满足所有充电条件，但是不满足锁定条件。在固定延迟之后，充电完成并且自动切换装置准备就绪。一旦出现起始条件，就触发启动动作。

2 满足负荷动态联切的备自投方案

满足负荷动态联切的方案如图1 所示。

2.1 负荷功率以及遥信采集分析

2.1.1 计算总功率

依据SCADA 数据，计算主变二次实时功率，再折算至一次，分别用Pi（i=1，2），Qi（i=1，2）表示。则2 台主变的总视在功率为：

式中：P1、P2分别为主变二次有功功率，Q1、Q2分别为主变二次无功功率，S为视在功率。

2.1.2 排位

按负荷重要性，将低压出线进行排位，并分别列入m轮（m=1，2， ... ）减载范围。则第m轮减载负荷为：

式中：n为各轮减载的出线数量；l、z为减载线路编号。Pjm为m轮减载的有功功率，Qjm为m轮减载的无功功率。

2.1.3 遥信采集

可采用GOOSE 遥信或传统开关量的方式进行。

2.2 动态联切自适应减载

为了不失一般性，假设减载轮次是2 次。

2.2.1 实行第一轮减载后系统剩余负荷和视在功率

式中：Pt1为第一轮减载后剩余的有功功率，Qt1为第一轮减载后剩余的无功功率，St1为第一轮减载后剩余的视在功率，其余变量同前所述。

2.1.2 实行第二轮减载后系统剩余负荷和视在功率

式中：Pt2为第二轮减载后剩余的有功功率，Qt2为第二轮减载后剩余的无功功率，St2为第二轮减载后剩余的视在功率，其余变量同前所述。

2.1.3 动态减载实现

不妨设2 台主变的容量为Si（i=1，2），将各轮减载前后的视在功率与主变容量作比较，得出下述结果。1）如果备自投动作前的2 台主变视在功率和St1小于Si（i=1 或2），说明无须减载，备自投随时可以启动。2）如果功率S大于Si（i=1或2），且St2小于Si（i=1 或2），说明需进行第1 轮减载，才能进人备自投流程。3）如果功率S和St1均大于Si（i=1 或2），且St2小于Si（i=1 或2），则说明需依次进行两轮减载，才能进人备自投流程。4）如果功率S、St1、St2均大于Si（i=1或2），则说明需进行更高轮次的减载，或直接闭锁备自投。

图1 满足负荷动态联切的备自投方案

3 备自投过负荷动态联切

3.1 联切功能分析

以往的备自投装置只考虑总线连接自动切换模式下的过载L 负载连接，但不考虑进入备自投装置模式的过载连接功能。 此外，过载电流仅由局部电流决定，而对于2 个线圈和过载，局部或高压侧电流是相同的。

3.2 联切方式

对于前文所述的4 种备自投装置自投方式，如果将备自投装置置于过荷减载功能中，则在备自投装置关闭备用断路器后，过荷减载功能将自动投入运行。考虑到2 个备用电源的不同容量，分别设置2 个电流阈值和两组延迟常数值。如果电流没有超过相应的阈值，断路器将在时间到达后再次跳出，或者备用断路器由于某种原因再次跳出，并且在此操作过程中过载和减载将全部自行退出。

3.3 动态联切方案的优化探讨

实际使用中，为了保证可靠性，一般还应在以下几个方面进行优化或加强。为防止减载指令发出后，出线断路器跳闸失败而导致备自投过负荷，可通过延时校验，若异常应闭锁备自投。核验减载轮次。举例：如果A 线被同时配置在第一轮和第二轮减载矩阵中，则应只在第一轮减载时进行功率计算，而忽略高次减载轮次的负荷计算。置功率缓存记忆功能。这是为防止电源失电情况下主变及低压出线的瞬时功率变为0，影响动态联切的计算。

4 结语

生活自动化水平的不断提高使得人们对电力的依赖和可靠性要求不断增强，推动了电力行业的发展，科学技术日益发达，传统的变电站正朝着智能化、数字化、无人化的方向发展。变电站的供电要求由单纯的容量需求向着不间断供电的目标迈进，备自投的作用越来越重要，确保备自投能够准确及时的动作是提高供电可靠性的一个非常重要的手段。该文通过分析传统备自投的不足，提出动态联切低压负荷的备自投实现方案。该方案在新建或改建变电站中均有较大的推广价值。