某水电站10 kV厂用电系统备自投逻辑优化

2021-03-20李方玖

水电站机电技术 2021年2期

李方玖

（向家坝水力发电厂，四川宜宾 644612）

1 引言

备自投是一种对供电网络提供不间断供电的经济而有效的技术措施。当工作电源因故障或其他原因消失后，备自投能够将备用电源自动、迅速地投入工作。对水电站而言，厂用电及备自投装置的可靠运行对整个电站及水利枢纽的安全至关重要。

但是，备自投装置在运行中常常会遇到一些问题，如相邻备自投之间的配合不当造成备自投误动，备自投出口与开关闭锁机构配合不当造成备自投动作失败等问题[1-5]。本文针对备自投装置在某水电站实际应用中出现的备自投动作和自恢复失败的问题，进行了多工况试验和波形时序分析，发现逻辑设计存在的缺陷，并提出了相应优化方案。

2 水电站10 kV厂用电系统备自投简介

某水电站10 kV系统备自投以相邻两段母线为一设计单元[1]。1号母线和2号母线构成一个备自投单元，两段母线间设有联络开关，两段母线正常情况下分母运行，都由各自厂变供电（以下简称主进线电源），互为第一备用电源(以下简称一备电源)；2号母线通过联络开关与站外电源连接，为第二备用电源(以下简称二备电源)。备自投逻辑动作顺序：1号母线失电，由2号母线供电；2号母线失电，优先由1号母线供电，其次由外部电源供电；全自动模式下，主进线电源电压恢复后，自动恢复至主进线电源供电（以下简称自恢复）。对于电站其余母线，均采用同样的主接线和逻辑设计原则。每段母线配置一套备自投装置。

3 备自投运行过程中存在问题分析

该水电站自投运以来，10 kV备自投装置在运行人员倒换厂用电操作时，出现过多次动作和自恢复不成功的情况。为此维护人员进行了相关试验和数据分析。

3.1 备自投试验

备自投装置输入输出信号分为模拟量和开关量，模拟量包括母线三相电压、进线电压；开关量包括主进线开关位置，备用电源联络开关（以下简称母联开关）位置，跳、合母联开关开出信号，跳、合主进线开关开出信号，备自投功能选择把手状态等。

对所有的信号量进行监测，存在一定的困难，且采集的数据会很繁杂，不利于数据记录和分析。故在备自投一备试验时，监测母线三相电压、主进线开关合位、母线开关合位、跳主进线开关开出信号、合母联开关开出信号；在备自投自恢复试验时，监测母线三相电压、主进线开关合位、母联开关合位、合主进线开关开出信号、跳母联开关开出信号。监测仪器选用便携式录波器，母线三相电压直接接入，其他开关量监测其接点负端对地电压变化。

在设备验收和年度检修中，备自投试验都是在母线空载的运行方式下进行，备自投装置均能正确动作，但在母线带负荷运行方式下却屡屡出现动作不成功的情况。针对这一问题，本次试验在以往母线空载试验的基础上，增加母线带负荷的备自投试验，尽可能的监测真实运行方式下相关信号量的变化，并查找不同运行方式下电气量变化的差异。从试验波形图可见，不同运行方式下母线电压的衰减存在很大的差异。如表1所示，母线带负荷运行方式下失压，电压值衰减速度较缓慢。注：基准时间点为母线失压开始时间点，下同

表1 母线不同运行方式下电压衰减时间td

3.2 备自投备投失败分析

备自投备投逻辑原理图如图1所示，逻辑功能的启动需满足：①采用开关的工作、试验位及分、合状态来确定当前供电方式，采用下降沿延时t1来限制备自投的执行时间，t1定值为1 s；②备投条件满足，即备用电源具备供电条件；③设置了负序电压、空开跳闸、母线保护动作闭锁备自投[6]，以保证备自投仅在母线非故障失电情况下动作；④母线电压由有压至失压才开放备投，且其开放时间可由有压信号下降沿延时时间t2控制，t2定值为2 s，并通过上升沿延时t3防止系统震荡的干扰，t3定值为500 ms。逻辑原理图中低电压保护启动定值整定为25%额定电压，合母联开关上升沿延时t4定值为200 ms，确保一次机构满足合闸条件。

图1 备自投备投简化逻辑原理图

通过对逻辑原理图进行时序分析，得到表2所示的理论数据基本和录波所得数据吻合。当低电压定值整定为25%额定电压时，在空载运行方式下，t5理论值明显大于0 ms，所以备自投能正确动作；在带负荷运行方式下，t5理论值已为负数，无跳令开出，所以备自投动作失败。随低电压定值的提高，t5理论值也随之增大，备自投动作成功率也随之提升。

通过以上试验分析，得出在逻辑延时定值一定的情况下，母线电压衰减时间td的大小直接决定t5的大小，关系到备自投的动作正确性。试验发现td随母线所带负荷的增大而增加，母线所带负荷越大，电压衰减越慢。

表2 母线不同运行方式下备自投逻辑发出跳令延时t5（理论值）

3.3 备自投自恢复失败分析

备自投自恢复逻辑原理图相对较简单，逻辑功能的启动条件：①备自投模式把手在全自动位置；②母线自恢复条件满足，即主进线满足供电条件；③无故障闭锁信号；④相关开关满足送电条件，备用电源断路器合位下降沿延时t6控制备自投自恢复逻辑运行时间，t6定值为2 s。

图2 备自投自恢复简化逻辑原理图

母线带负荷运行方式下波形显示，从备用电源开关（母联开关）断开到合主进线开关开出信号发出，时差为205 ms，符合逻辑设计延时t7定值200 ms，但合主进线开关开出信号发出时刻母线电压仍有38 V，主进线开关合闸闭锁继电器尚未动作，继电器检无压定值为14.4 V（25%额定电压），一次机构合闸闭锁尚未解除。根据开关一次机构设计原理，开关接收合闸令先于合闸闭锁解除，将导致开关不能合闸。备用电源开关（母联开关）断开到合主进线开关开出信号发出，时差为983 ms，再加上主进线开关操作机构动作延时，已达到报“备自投恢复失败总信号”的延时t8定值1 s，备自投逻辑又重新开始，且合主进线开关开出信号发出时刻母线电压已衰减至0 V，合闸闭锁解除，备自投自恢复经历了两次合闸后成功。由于受t6时限的限制，备自投自恢复运行的时间只有2 s，所以逻辑重复开始次数是有限的，加之多次循环可能导致备自投装置卡死，从而导致备自投自恢复失败。

母线空载运行方式下波形与母线带负荷运行方式下波形存在很大差异。从母联开关断开到开出合主进线开关命令，时差为220 ms，符合逻辑设计延时t7定值，且此时母线电压已衰减至0 V，一次机构合闸闭锁解除，备自投自恢复成功。

两种运行方式下波形对比分析，备自投自恢复的成败依然受母线电压衰减时间td的影响。备自投自恢复失败的主要原因是td时间过长造成一次机构合闸闭锁解除晚于合闸令开出。