备自投异常动作分析及改进

林久通＊，李红霞

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，浙江 杭州）

引言

备自投装置是在工作电源因故断开后，自动投入备用电源，从而保障供电或尽可能缩小停电区域的电力系统安全自动装置。尤其在110kV 及以下终端变电站，在进线电源不设线路保护的情况下设置备自投，提高了供电可靠性。但考虑到备自投动作逻辑与其他保护配合和电压回路接线等存在可能影响备自投正确动作的情况，需要引起电力工作者的重视和关注。

1 备自投原理

1.1 备自投作用

在具备双电源的情况下，其中一电源作为备用电源运行。当工作电源发生故障时，备自投迅速动作，跳开故障电源，投入备用电源，最大程度减少因工作电源故障导致的电网停电范围[1]。

1.2 备自投动作原理

备自投正常运行方式一般包括母分备自投，进线备自投。下面以110 千伏内桥接线方式为例，说明备自投动作原理，接线方式如图1 所示。

图1 110kV 备自投主接线

母分备自投方式1 运行方式：进线1，进线2 运行，110kV 母分热备用。当110kVⅠ母失压且进线1 无流，110kVⅡ母有压且进线2 有流，在无外部闭锁开入情况下，备自投动作，跳开1QF，合上3QF，110kVⅠ母恢复送电。

母分备自投方式2 运行方式与方式1 逻辑类似。

进线1 备自投运行方式：进线2，110kV 母分运行，进线1 热备用。当110kVⅠ母、Ⅱ母失压且进线2 无流，进线1 线路侧有压时，在无外部闭锁开入的情况下，备自投动作，跳开2QF，合上1QF，110kVⅠ、Ⅱ母恢复送电。

进线2 备自投运行方式与进线1 逻辑类似。

1.3 备自投设计功能要求

备自投设计功能应满足以下要求：

（1）除发电厂备用电源快速切换之外，备自投应动作于工作电源断开后，防止正常设备投于故障。

（2）工作电源不论因何种原因消失，除外部闭锁之外，备自投均应动作。

（3）备自投只能动作一次，防止将正常设备连续投于故障。

（4）正常人工断开工作电源，备自投不动作[2]。

2 备自投与其他保护配合

备自投独立于保护，在正常运行状态下应与其他保护配合，以保证系统安全稳定运行。

2.1 进线备自投与主变保护配合

以图1 为例，说明进线备自投与主变保护的配合关系。

假设为进线2 备自投运行方式。当1 号主变内部发生故障，1 号主变差动保护动作，跳开1QF，3QF，1 号主变10kV 开关，此时满足备自投动作条件：110kVⅠ、Ⅱ母无压且进线1 无流，备自投动作，合上2QF，恢复2 号主变送电，无需闭锁备自投。考虑3QF 断路器拒动情况，同样满足备自投动作条件，为防止将进线2 投于故障设备，此时应闭锁备自投[3]。

当2 号主变内部发生故障时，2 号主变差动保护动作，空跳2QF，跳开3QF，2 号主变10kV 开关，此时110kVⅠ母有压且进线1 有流，不满足备自投动作条件，备自投闭锁，不会将进线2 投于故障设备。考虑3QF 断路器拒动情况，110kVⅠ、Ⅱ母无压，进线1 有流，备自投不会动作，进线1 对侧保护Ⅱ段时限动作，跳开进线1对侧开关，备自投满足动作条件，合上2QF，将进线2 投于故障设备，因此需闭锁备自投。

2.2 母分备自投与主变保护配合

以图1 为例，说明母分备自投与主变保护的配合关系。假设运行方式为：进线1，进线2 分别送1 号、2 号主变，110kV 母分热备用。此时1 号主变发生内部故障时，跳开1QF，1 号主变10kV 开关，此时满足备自投动作条件：110kVⅠ母无压且进线1 无流，110kVⅡ母有压且进线2 有流，若不闭锁备自投，会将备自投投于故障设备。因此主变差动保护动作，应闭锁母分备自投。

当低压侧母线发生故障或出线故障保护拒动，主变低后备保护动作，跳开主变低压侧开关，低压侧母分备自投满足动作条件，合上低压侧母分，将正常设备投于故障，因此需要闭锁低压侧母分备自投。

2.3 进线备自投与线路保护配合

单母分段运行方式，进线1 送Ⅰ母，Ⅱ母，进线2 热备用。进线配置完整的线路保护，母线配置母差保护。

若进线1 发生故障，进线1 保护动作，开关跳开，重合闸动作，进线2 备自投动作时限应大于线路保护动作时限+开关跳闸时限+重合闸动作时限+开关合闸时限，否则会将设正常设备投于故障。

若进线1 发生永久性故障，开关拒动，断路器失灵保护动作，跳开除进线1，Ⅰ母所连开关。进线2 备自投动作时限应大于线路保护动作时限+断路器失灵动作时限。

2.4 母分备自投与母差保护配合

当母差范围内发生故障时，母差保护动作，跳开母线所连开关，此时应闭锁备自投，防止将正常设备投于故障。

3 备自投异常动作原因

备自投实际运行过程中，由于某些原因会导致备自投不正确动作，不正确动作包括：误动和拒动。以下简要说明常见的集中原因。

3.1 备自投拒动原因分析

（1）误投闭锁备自投压板

运行人员误投闭锁备自投压板，导致备自投放电，发生故障时，备自投拒动[4]。

（2）运行方式不合理

一次运行方式调整前，未调整备自投状态，备自投满足放电条件放电，若在运行方式调整过程中发生故障，备自投将拒动。

（3）整定值设置不合理

设置备自投整定值时，容易因为定值设置错误导致备自投闭锁。

（4）外部闭锁回路开入异常

外部闭锁信号一般包括：主变低后备保护跳闸闭锁，手分闭锁等。若继保工作人员在工作过程中，误碰相应二次回路，将造成备自投闭锁。

3.2 备自投误动原因分析

（1）负荷较轻运行时，电压回路异常

当母线空载运行或低负荷运行，此时电压回路发生异常，负荷电流小于备自投闭锁电流值且电压低于电压闭锁值，备自投误动出口[5]。

（2）误碰或误接二次回路

备自投装置工作过程中，工作人员未采取相应安全措施，误碰备自投出口回路，导致备自投误动。

4 备自投异常动作案例分析及改进

4.1 电压回路异常导致备自投误动

（1）事故概括

220kV XX 变35kV 母分备自投动作，跳开#2 主变35kV 开关，合上35kV 母分开关，负荷无损失。事件发生时，检修人员正在开展测控装置开入板绝缘异常反措工作，拉开35kV Ⅱ母母设测控装置遥信电源后，35kV 母分备自投动作。

（2）原因分析

35kV 母线二次电压回路中，串接有重动继电器接点，该重动继电器电源引自35kV 母设测控装置遥信电源。将该遥信电源空开拉开后，重动继电器失磁接点断开，35kVⅡ段母线失压，由于35kVⅡ段母线仅有一条出线运行，负荷电流小于备自投无流闭锁值，且无外部闭锁，满足备自投动作条件，35kV 母分备自投动作出口。

暴露问题：该变电站公共电压二次回路接线不规范，电压重动继电器电源取自母设测控遥信电源，且采用非自保持继电器，存在单一设备电源消失造成公共设备保护交流电压消失的隐患。

（3）改进措施

从以下两个方面进行改进：

①公共设备交流电压回路若经除电压切换并列装置外其它重动继电器，则重动继电器必须采用电压切换并列装置电源（独立继电器电源）或采用双位置自保持重动继电器。

②从以上备自投动作条件分析可知，无外部闭锁条件情况下，在无压时，当负荷电流小于备自投无流闭锁值，单一无压无流判据必然会导致误动。逻辑框图如图2所示。

图2 启动条件传统逻辑

设计方案一：母分备自投方式下，在无压无流判据的基础上增加主变低压侧开关分位判据。设计逻辑框图如图3 所示。

图3 设计方案一逻辑

方案一在特殊极端条件下会存在问题，如在主变高中压侧发生事故导致主变失电时，无压无流判据已满足，但由于主变低压侧开关在合位，在该方案下，则备自投不会动作，从而导致低压侧母线失电。而最初的无压无流判据在该场景下则可以正确动作。为了克服该特殊情况的弊端，提出设计方案二。

设计方案二：母分备自投方式下，在无压无流判据的基础上增加主变低压侧开关分位、主变高中压侧母线均无压判据，逻辑框图如图4 所示。

图4 设计方案二逻辑

该方案可以满足低负载情况下备自投易误动及主变高中压侧故障失电的场景，解决了低负载情况下压变二次空开跳闸导致的备自投误动问题。

虽然方案二考虑到了极端故障发生时备自投保证可靠动作，但从工程建设实际出发，备自投装置背板端子无空余模拟量端子，且二次电缆接线繁杂，另外，满足该极端故障各项条件的情况同时发生几乎不可能。方案一能满足保障供电或减少失电范围的备自投功能，并易在当前变电站中进行改造，仅需新增主变低压侧开关分位判据，不需要改变外部接线。综上考虑，本文建议采用方案一。

4.2 电压回路异常导致备自投拒动

（1）事故概括

110kV XX 变电站，1 号主变，2 号主变分别送10kVⅠ母，10kVⅡ母，10kV 母分备自投投入运行。10kVⅠ母出线故障，线路保护动作，开关跳闸，1 号主变承受不了近区短路故障，主变差动保护动作，跳开主变各侧开关。10kV 母分备自投拒动。

（2）原因分析

经现场检查，发现10kV 母分备自投电压均取自10kVⅡ母，当1 号主变10kV 开关跳开后，接入10kV 母分备自投的10kVⅠ母仍为正常电压，10kV 母分备自投不满足启动条件，备自投拒动，导致10kVⅠ母失压。

暴露问题：基建阶段，施工人员未按图施工，同时继保人员也未开展实际传动试验，未能发现10kV 母分备自投10kVⅠ母、10kVⅡ母取自同一电压的隐患，导致变电站长期带隐患运行。

（3）改进措施

①加强施工人员技能培训，提高人员水平，严格按图施工。

②投产前必须对所有逻辑条件和闭锁条件进行检查验证，特别是针对电流电压回路应进行通流试。

③变电站投产时，调度人员合理调整系统运行方式，创造备自投各种运行方式的动作条件，进行实际传动，确保备自投动作逻辑正确无误。

④针对在运变电站，应加强备自投校验力度，特别是重要变电站、接线复杂的要缩短检验周期，同时检验时应尽量模拟各个事故场景，保证备自投在各种特殊场景下也可以正确动作。

5 结论

本文首先分析了备自投工作原理、设计要求以及与其他继电保护的配合关系。随后阐述了常见的备自投装置拒动和误动的原因，最后分析了两起电压回路接线异常引起备自投误动和拒动的案例。以备自投误动为切入点，对比提出多个关键性技术改进措施，从工程建设和事故概率角度选取最佳改进方案；以备自投拒动为切入点，提出多项运维管理手段，保障备自投动作逻辑正确可靠。