备用电源自动投入装置的隐患分析及防控研究

2020-12-06邵昱王超李丰克李陆军

河南科技 2020年28期

关键词：运行方式防控措施

邵昱王超李丰克李陆军

摘要：本文针对备用电源自动投入装置（以下简称“备自投装置”）在运行期间的主要隐患进行分析。首先分析备自投保护的工作逻辑，指出由于逻辑问题及电网特殊运行方式导致的备自投行为异常隐患，然后提出在运行和维护中需要采取的防范措施。

关键词：备用电源自动投入装置;运行方式;动作逻辑;防控措施

中图分类号：TM762文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0055-03

Hidden Trouble Analysis and Prevention and Control Research

of Automatic Input Device for Backup Power Supply

SHAO Yu WANG Chao LI Fengke LI Lujun

（State Grid Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper analyzed the main hidden dangers of the automatic input device for backup power supply （hereinafter referred to as the backup automatic device） during operation. This paper first analyzed the working logic of the backup automatic switching protection， pointed out the abnormal hidden dangers caused by the logic problems and the special operation mode of the power grid， and then put forward the preventive measures to be taken in the operation and maintenance.

Keywords： automatic input device for backup power supply;operation mode;action logic;prevention and control measures

备自投装置采用交流不间断采样方式采集到信号后实时进行傅立叶法计算，能精确判断电源状态，并实施延时切换电源。备自投具有在线运行状态监视功能，可观察各输入电气量、开关量、定值等信息，其有可靠的软硬件看门狗功能和事件记录功能[1-2]。随着电网运行方式日益复杂及供电可靠性的要求不断提高，备自投装置放电条件在应对复杂运行方式时出现了薄弱环节。本文对备用电源自动投入装置在运行期间的主要隐患进行分析，分析备自投保护的工作逻辑，指出由于逻辑问题及电网特殊运行方式导致的备自投行为异常隐患，提出在运行和维护中需要采取的防范措施，对于备自投的设计、运行及保障系统安全、稳定运行具有重要意义。

1 备自投裝置与电网运行方式的配合原则

电网运行方式主要根据电源及负荷的变化进行调整，局部根据检修停电计划及特殊情况进行相应变化。备自投装置的整定及动作逻辑要与电网运行方式配合，保障供电可靠性。两者具体的配合原则如下[3]。

第一，当工作电源出现电压消失现象（电压低于检无压定值）且时间达到时间定值，无外部闭锁条件开入，备自投装置应启动。

第二，当工作电源处断路器断开后，备用电源方可投入。

第三，备自投装置作用于备用电源断路器的合闸脉冲应为瞬时的短脉冲，不可采用长期作用的长延时或保持型脉冲，且当满足动作条件时，只允许备自投装置动作一次。

第四，在进行运行方式安排及保护设计时，应避免出现备自投装置将备用电源合闸于永久性故障，造成对电网的二次冲击。若无法避免合闸于永久性故障，应保障加速动作的可靠性。

第五，应保证电网电压运行在正常范围及备自投电压定值整定合理，避免正常运行时因电压问题导致的备自投装置异常放电行为。

第六，当负荷中的电动机成分较大时，应将备自投装置动作时间整定至最小，满足电动机自启动要求。

第七，在试验调试期间，应确保备自投装置的充放电条件具备可靠性。

2 隐患分析及防控措施

2.1 一次设备运行方式对备自投装置的影响

当变电站两条进线电源取自上级变电站的同一母线，或不同母线（母线互联运行）时，当一条电源进线故障时，可引起两条线路的电压降低;当满足备自投放电定值时，备自投立即放电，无法正确动作[4]。

如图1所示，220 kV变电站中110 kV双母线并列运行，由于QF1断路器气室发生三相短路，造成110 kV上、下母电压故障持续期间同时降低至0 V左右，持续时间约为45 ms，进而引起110 kV变110 kV、10 kV母线三相电压同时降低至0 V左右。

下级110 kV变电站所用备自投装置放电条件之一为：两条母线的三个线电压（[Uab]、[Ubc]、[Uca]）同时低于无压定值（整定为低于30V）后，瞬时放电，备自投不再动作。

故障持续期间，该变电站110 kV、10 kV母线电压变化情况为：220 kV变电站中110 kV上、下母线A、B、C三相电压降低至0 V;110 kV变电站110 kV两条母线电压降低至0 V;110 kV变电站10 kV两条母线电压降低至0 V;110、I II0备自投满足放电条件而放电。

改进措施：在备自投放电程序中增加延时放电功能，并对延时进行整定，可靠避免同电源单线路故障造成电压降低，进而导致的备自投放电现象。

2.2 系统潮流对备自投装置的影响

当备自投装置所在系统为小电源系统，而上级变电站处于大电源系统时（见图2），由于线路故障，导致两个系统解列，小电源系统中由于负荷不平衡，易导致电压波动，此时，若备自投装置判PT断线而放电，则将导致故障期间的拒动现象[5]。

防控措施：增加备自投装置PT断线判别的时间延时，逐个核算小电源系统的延时时间及低电压定值，并在部分负荷处增加解列装置。

2.3 备自投装置与线路保护时限配合问题

备自投装置与线路保护装置相互独立，备自投装置的动作时间若未与线路保护的重合闸时间进行配合整定，将导致主供电源与备用电源同时加运的情况，造成非计划的系统合环。如图3所示，线路1发生瞬时性单相接地故障，QF3侧线路保护作用于QF3开关单跳单重，若备自投装置动作时间整定为瞬时动作，将导致电源1与电源2在110开关处合环。

防控措施：对110备自投装置动作时间进行整定，躲开QF3侧线路保护的重合闸时间，当QF3重合成功，QF3的辅助接点将使110备自投放电，从而避免异常合环现象的发生。

2.4 备自投装置与线路保护操作箱配合问题

当系统采用进线备自投方式，二次回路设计时，通常有两种不合理的做法：一是将备自投跳故障线路开关接于操作箱的TJQ跳闸启动重合闸继电器，导致备自投跳开关后，线路保护启动重合闸再次将其合闸于故障;二是将备自投跳开关接于操作箱STJ手跳继电器，这种接法将导致手跳闭锁备自投现象发生。

防控措施：备自投装置接线及验收调试过程中，应确保备自投跳开关接于线路操作箱的TJR继电器。

2.5 备自投装置对失压原因的判别问题

对于110 kV变电站，110 kV母线通常未安装母线保护装置。其110 kV备自投装置无法判断失压原因是线路故障或母线故障。当母线故障导致电压降低时，备自投动作将备用电源再次合闸于故障母线，对系统再次造成冲击。如图4所示，QF3所在母线发生故障，110备自投失压元件动作，此时备自投将I时限跳QF3，II时限合110开关，导致备用电源合闸于故障母线。

防控措施：在110开关处安装专门的充电保护，并采用短时限瞬动模式，当备自投将110开关合闸于故障母线时，充电保护可以瞬时动作再次切除故障[6]。

2.6 备自投采用进线自投模式隐患问题

2.6.1 进线备自投的跳闸问题。常规设计中，通常只提供一副备自投TJ接点去启动线路操作箱的STJ（手跳继电器）或TBJ（跳闸保持继电器）。当接于STJ时，由于STJ可启动HHJ（合闸后保持继电器），因而本身具有闭锁重合闸功能，因此不再考虑;当启动TBJ时，装置判为保护跳闸，因此还须继续执行重合闸逻辑。为避免此种情况发生，当备自投跳闸接于TBJ时，需要另外提供一组TJ接点去闭锁重合闸。

2.6.2 进线备自投的合闸问题。常规设计中，备自投合闸可接于手合或者重合闸回路。当经HHJ实现手跳闭锁备自投功能时，备自投的HJ（合闸继电器）必须接于操作箱SHJ（手合继电器）回路，因为保护装置的HHJ是串在SHJ回路中，通过SHJ接点来启动HHJ的。备自投在接到HHJ接点开入后，方可动作。

2.7 备自投装置取开关位置接点问题

备自投装置通常需要取开关位置接点作为开入充电条件。常规设计中，备自投装置将相应操作箱中的TWJ常开或常闭接点作为开入使用。TWJ继电器启动回路接于合闸回路，该回路中串有储能接点，当开关储能回路异常时，将导致控制回路断线，并引起TWJ接点位置不正确，影响备自投正常充电。即使储能回路正常，当开关正常储能仍需一定时间，这将导致备自投在此期间无法正常动作。

防控措施：在设计时，应考虑备自投装置取开关机构的位置辅助接点QF，这样可保证备自投装置的开入准确及时。

3 结论

①备自投装置设计应结合一次系统实际情况，合理规划二次接线及应用定值，并保证备自投加入運行前进行整组传动试验。

②对现有备自投装置进行版本升级，增加区别线路故障与母线故障功能，保证线路故障时备自投正常动作，母线故障时闭锁备自投。

③对于系统中的小电源系统，增加可检测系统频差或压差装置，将易导致系统低频、低压的负荷切除后，方可允许备自投正常动作。

④加强备自投装置的管理工作，根据系统容量及运行方式的逐年变化进行定值校验及稳定校验，并及时对备自投装置的运行规程进行修订。

随着现代电网的日益复杂及供电可靠性要求不断提高，确保备自投装置的可靠运行十分必要。针对由于备自投装置引发的各类电网异常，采用多种措施进行提前防控具有重要意义。

参考文献：

[1]李睿，覃爽.变电站110 kV备自投装置事故反思及改进措施[J].电工技术，2016（9）：21-23.

[2]叶锋.影响备自投装置正确动作原因分析及改进措施[J].电子测试，2014（23）：99-101.

[3]饶剑波，李玉平，李明，等.一种新型的110 kV多进线自适应的备自投方案[J].华北电力技术，2013（11）：28-31.

[4]叶婷.110 kV三圈变变电站备自投过负荷闭锁逻辑分析及改进[J].江苏电机工程，2013（4）：35-37.