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【摘要】供电网络为了保证供电可靠性，在变电站内通常会配置备用电源自动投入装置，简称备自投装置。当系统电源因为故障失电后，能快速自动将备用电源投入使用，保证供电的连续可靠性。备自投装置主要用于110kV及以下的中、低压配电系统中，在纯负荷变电站的220kV供电网络中也有配置。当变电站低压侧带有电源时，备自投的逻辑将受到影响，无法按照定值设定的时间动作，对供电稳定性和可靠性带来了一定的影响。本文结合某220kV负荷变电站备自投的实际动作情况，对这一问题进行了分析，并尝试提出一些解决方案。
【关键词】备自投；小电厂；联切
1.引言
某220kV负荷变电站一次方式为两个进线电源各带一部分负荷，通过母联断路器互为备用，如图一所示：高压侧两个进线电源各接一段母线，通过高压侧母联互为备用，每段220kV母线带一个三卷主变，主变中低压侧各接到一段母线，中、低压侧母线直接带负荷，同样通过中低压侧母联断路器互为备用。
本站特殊性在于#1变中压侧母线连接了一个地方小电厂，同时给系统供电。当电源2212因故障失电后，备自投需按设定时限及时动作，将2213电源投入使用，缩短#1变压器所带负荷停电时间，但本变电站因为中压侧电厂的原因，备自投装置无法按要求时间动作，而且故障期间供电质量不满足要求，对供电的安全可靠性造成一定影响。
图一 某220kV变电站主接线形式
2.自投动作实例分析
2.1 备自投动作逻辑
以某变电站220kV侧为例，备自投保护装置为RCS9651，自投方式为分段（桥）开关自投，一次接线如图二所示。正常运行方式下母联2245开关分位，进线电源2212、2213开关均合位运行。
图二 自投逻辑分析图
2.1.1 备自投充电条件
（1）2212、2213开关合位，2245开关分位；
（2）#4母线、#5母线三个线电压均大于有压定值；
（3）保护无闭锁开入；
经一定延时充电完成。
2.1.2 备自投放电条件
（1）2245开关在合位经短延时；
（2）各种闭锁备自投开入瞬时；
（3）#4、#5母线的三个线电压均小于有压定值，经延时；
（4）2212、2213、2245开关任何一个TWJ异常、使用本装置操作回路时控制回路断线、弹簧未储能（合闸压力异常）瞬时；
（5）2212、2213开关拒跳瞬时；
（6）整定控制字或软压板不允许#4、#5母线失压分段自投。
2.1.3 备自投动作过程（以#4母线失压为例）
当充电完成后，#4母线三线电压均小于无压启动定值、2212开关电流小于有流闭锁定值、#5母线三线电压大于有压定值则自投逻辑启动，经自投方式延时定值跳开2212开关，确认2212开关处于分位后且#4母线无压，经固定延时合2245开关。若“加速备自投”控制字投入，当备自投启动后，若2212已经处于分位，则不经跳2212的延时直接合2245。
备自投装置的应用范围是上级电源失电，包括2212线路永久故障、2212线路上级电源故障失电，2212开关因机构等原因跳闸无法重合等。当#4、#5母线以下设备故障时，备自投装置不应动作，以防止把故障设备投入到正常运行的系统里，扩大故障范围。
2.2 RCS9651动作实例
2014年3月该站2212线路发生永久故障三相跳闸，开关分开10秒后2245备自投装置才动作，此时低压侧10kV部分出线已经跳闸。经检查录波报告发现，2212开关分开后220kV#4母线电压并没有直接消失，而是由正常电压慢慢下降，8秒时下降至备自投定值启动电压，自投逻辑才启动，延时2秒后出口。
2.3 不正常动作的危害
10kV电容器51低压保护定值为35V，高于备自投动作电压30V，所以在10kV#4母线二次电压降至35V时，备自投逻辑还未启动，电容器51开关首先跳开，备自投动作后51开关不能自动合闸，需要手动操作，影响了供电的连续性。在2212断开至2245合上这10秒内，#1主变三侧所有负荷由电厂116供电，因出力不足频率和电压产生崩溃，供电质量严重下降，对一些用户的用电设备以及发电厂的发电设备可能造成损害，影响了供电的可靠性和安全性。
3.解决方案
由以上分析我们知道，备自投不能按定值时间动作，原因主要在于它的启动逻辑只判别母线电压及进线电流，当进线电源失电但主变中、低压侧有电源的时候，这个电源会对主变反充电，主变此时做升压变压器使用，导致自投的电压判据无法满足。通常地方小电厂并网处均设有低频解列装置，以便在大系统产生小扰动时尽快切除小电厂以免故障扩大，但当大系统中负载过重，导致失电时小电厂频率崩溃时，有可能因频率下降过快闭锁解列装置，导致本文中讨论的备自投不正常动作情况出现。针对这种情况，我们提出了三种解决方案。
3.1 进线永跳联切
将2212线路保护操作箱的三相跳闸常开触点串联，通过2212控制屏上的联切压板并联接入116电厂开关的永跳回路，如图三所示。当2212开关因故障永跳时，将电厂开关116同时切断，此时#1主变三侧没有任何电源，220kV#4母线无电压，2245备自投逻辑可以正常启动，将2213进线电源投入，最短时间内对用户恢复供电，避免了发电机和用电设备因电压和频率崩溃带来的损害，三相跳闸触点串联避免了当单相故障时误切116。考虑到2212开关停电检修，其余设备不停电的情况，此时的运行方式为2245合位运行，2213进线电源带全站负荷，备自投功能自动退出，不需要联切回路，调试2212线路保护时要避免误分116开关，所以在2212屏上设联切压板，通过此压板投入或取消这个回路。
图三 联切回路图
3.2 升级保护版本
以上两种方法在保证自投正常动作的同时，不可避免的造成了将电厂从系统中切除的情况，如果需要将电厂重新接入系统，则需手动操作。因此我们提出了第二种解决方案：升级保护版本。升级后增加的备自投启動逻辑如图四所示。图中的短延时T1是为了防止联切开入触点抖动备自投误动作。让厂家对装置逻辑进行升级，增加备自投启动开入触点，在满足进线开关无流的情况下，只要触点开入即可强行启动备自投逻辑，此时将联切回路接到备自投启动开入内，即用联切回路启动备自投逻辑，备自投启动后的动作行为和常规一致，但是不需要延时2秒动作。若2212保护永跳但开关拒跳，因为故障没有切除，进线开关有电流，备自投不会动作，不会将故障元件投入到运行系统中。用这种方法强行启动备自投，可以避免切除电厂开关，最快速无损失的恢复供电，但保护逻辑的更改需要反复的论证和实际检验，并不是立即可行的解决方案。
图四 备自投启动逻辑升级补丁
3.3 尚待解决的问题
以上三种解决方案都是以2212线路故障永跳或开关偷跳为前提，无法解决当2212线路上级电源失电、2212开关本身并未跳闸的情况。当上级系统故障失电时，本侧变电站暂时也没有好的办法来判别，还需要继续研究探索。
4.总结
在变电站低压侧带有电源的特殊方式下，高压侧备自投保护无法按照定值设定时间正确动作，带来损失负荷和损害用电、发电设备的危险。本文提出了增设联切回路及升级保护逻辑的解决方案，通过切除电厂开关或备自投强行启动的方式使备自投正确动作，避免了电厂过载产生的频率和电压崩溃，和因此导致的损失负荷的问题。解决方案并不完善，但提出了一个可行的思路，需要实际应用来检验效果。
参考文献
[1]RCS-9000系列C型保护测控装置——备用电源自投部分技术和使用说明书.
[2]地方小电厂并网的变压器和线路保护及安全自动装置配置方案探讨[J].继电器，2007（35）：21.
【关键词】备自投；小电厂；联切
1.引言
某220kV负荷变电站一次方式为两个进线电源各带一部分负荷，通过母联断路器互为备用，如图一所示：高压侧两个进线电源各接一段母线，通过高压侧母联互为备用，每段220kV母线带一个三卷主变，主变中低压侧各接到一段母线，中、低压侧母线直接带负荷，同样通过中低压侧母联断路器互为备用。
本站特殊性在于#1变中压侧母线连接了一个地方小电厂，同时给系统供电。当电源2212因故障失电后，备自投需按设定时限及时动作，将2213电源投入使用，缩短#1变压器所带负荷停电时间，但本变电站因为中压侧电厂的原因，备自投装置无法按要求时间动作，而且故障期间供电质量不满足要求，对供电的安全可靠性造成一定影响。
图一 某220kV变电站主接线形式
2.自投动作实例分析
2.1 备自投动作逻辑
以某变电站220kV侧为例，备自投保护装置为RCS9651，自投方式为分段（桥）开关自投，一次接线如图二所示。正常运行方式下母联2245开关分位，进线电源2212、2213开关均合位运行。
图二 自投逻辑分析图
2.1.1 备自投充电条件
（1）2212、2213开关合位，2245开关分位；
（2）#4母线、#5母线三个线电压均大于有压定值；
（3）保护无闭锁开入；
经一定延时充电完成。
2.1.2 备自投放电条件
（1）2245开关在合位经短延时；
（2）各种闭锁备自投开入瞬时；
（3）#4、#5母线的三个线电压均小于有压定值，经延时；
（4）2212、2213、2245开关任何一个TWJ异常、使用本装置操作回路时控制回路断线、弹簧未储能（合闸压力异常）瞬时；
（5）2212、2213开关拒跳瞬时；
（6）整定控制字或软压板不允许#4、#5母线失压分段自投。
2.1.3 备自投动作过程（以#4母线失压为例）
当充电完成后，#4母线三线电压均小于无压启动定值、2212开关电流小于有流闭锁定值、#5母线三线电压大于有压定值则自投逻辑启动，经自投方式延时定值跳开2212开关，确认2212开关处于分位后且#4母线无压，经固定延时合2245开关。若“加速备自投”控制字投入，当备自投启动后，若2212已经处于分位，则不经跳2212的延时直接合2245。
备自投装置的应用范围是上级电源失电，包括2212线路永久故障、2212线路上级电源故障失电，2212开关因机构等原因跳闸无法重合等。当#4、#5母线以下设备故障时，备自投装置不应动作，以防止把故障设备投入到正常运行的系统里，扩大故障范围。
2.2 RCS9651动作实例
2014年3月该站2212线路发生永久故障三相跳闸，开关分开10秒后2245备自投装置才动作，此时低压侧10kV部分出线已经跳闸。经检查录波报告发现，2212开关分开后220kV#4母线电压并没有直接消失，而是由正常电压慢慢下降，8秒时下降至备自投定值启动电压，自投逻辑才启动，延时2秒后出口。
2.3 不正常动作的危害
10kV电容器51低压保护定值为35V，高于备自投动作电压30V，所以在10kV#4母线二次电压降至35V时，备自投逻辑还未启动，电容器51开关首先跳开，备自投动作后51开关不能自动合闸，需要手动操作，影响了供电的连续性。在2212断开至2245合上这10秒内，#1主变三侧所有负荷由电厂116供电，因出力不足频率和电压产生崩溃，供电质量严重下降，对一些用户的用电设备以及发电厂的发电设备可能造成损害，影响了供电的可靠性和安全性。
3.解决方案
由以上分析我们知道，备自投不能按定值时间动作，原因主要在于它的启动逻辑只判别母线电压及进线电流，当进线电源失电但主变中、低压侧有电源的时候，这个电源会对主变反充电，主变此时做升压变压器使用，导致自投的电压判据无法满足。通常地方小电厂并网处均设有低频解列装置，以便在大系统产生小扰动时尽快切除小电厂以免故障扩大，但当大系统中负载过重，导致失电时小电厂频率崩溃时，有可能因频率下降过快闭锁解列装置，导致本文中讨论的备自投不正常动作情况出现。针对这种情况，我们提出了三种解决方案。
3.1 进线永跳联切
将2212线路保护操作箱的三相跳闸常开触点串联，通过2212控制屏上的联切压板并联接入116电厂开关的永跳回路，如图三所示。当2212开关因故障永跳时，将电厂开关116同时切断，此时#1主变三侧没有任何电源，220kV#4母线无电压，2245备自投逻辑可以正常启动，将2213进线电源投入，最短时间内对用户恢复供电，避免了发电机和用电设备因电压和频率崩溃带来的损害，三相跳闸触点串联避免了当单相故障时误切116。考虑到2212开关停电检修，其余设备不停电的情况，此时的运行方式为2245合位运行，2213进线电源带全站负荷，备自投功能自动退出，不需要联切回路，调试2212线路保护时要避免误分116开关，所以在2212屏上设联切压板，通过此压板投入或取消这个回路。
图三 联切回路图
3.2 升级保护版本
以上两种方法在保证自投正常动作的同时，不可避免的造成了将电厂从系统中切除的情况，如果需要将电厂重新接入系统，则需手动操作。因此我们提出了第二种解决方案：升级保护版本。升级后增加的备自投启動逻辑如图四所示。图中的短延时T1是为了防止联切开入触点抖动备自投误动作。让厂家对装置逻辑进行升级，增加备自投启动开入触点，在满足进线开关无流的情况下，只要触点开入即可强行启动备自投逻辑，此时将联切回路接到备自投启动开入内，即用联切回路启动备自投逻辑，备自投启动后的动作行为和常规一致，但是不需要延时2秒动作。若2212保护永跳但开关拒跳，因为故障没有切除，进线开关有电流，备自投不会动作，不会将故障元件投入到运行系统中。用这种方法强行启动备自投，可以避免切除电厂开关，最快速无损失的恢复供电，但保护逻辑的更改需要反复的论证和实际检验，并不是立即可行的解决方案。
图四 备自投启动逻辑升级补丁
3.3 尚待解决的问题
以上三种解决方案都是以2212线路故障永跳或开关偷跳为前提，无法解决当2212线路上级电源失电、2212开关本身并未跳闸的情况。当上级系统故障失电时，本侧变电站暂时也没有好的办法来判别，还需要继续研究探索。
4.总结
在变电站低压侧带有电源的特殊方式下，高压侧备自投保护无法按照定值设定时间正确动作，带来损失负荷和损害用电、发电设备的危险。本文提出了增设联切回路及升级保护逻辑的解决方案，通过切除电厂开关或备自投强行启动的方式使备自投正确动作，避免了电厂过载产生的频率和电压崩溃，和因此导致的损失负荷的问题。解决方案并不完善，但提出了一个可行的思路，需要实际应用来检验效果。
参考文献
[1]RCS-9000系列C型保护测控装置——备用电源自投部分技术和使用说明书.
[2]地方小电厂并网的变压器和线路保护及安全自动装置配置方案探讨[J].继电器，2007（35）：21.