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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
（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）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。
2.2 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 不正常动作原因分析
经分析，2212开关断开瞬间，#1变中压侧的电厂电源116线在2212分开后给110kV#4母线充电，带110kV#4母线其他负荷，同时给#1主变充电，并通过#1主变给220kV#4母线和10kV#4母线充电，并对其上所有负荷送电。此时，220kV#4母线上仍为正常电压，而备自投装置启动逻辑只判断220kV#4母线4-9CVT采集的二次电压和2212开关CT采集的二次电流，所以尽管2212开关已经断开，备自投逻辑也不能触发。中压侧的电厂的发电机出力有限，只能在大电源系统中送出功率，无法独自负担#1变三侧所有负荷，有功不足会导致频率下降，无功不足会导致电压下降，因为负荷中有功缺额较大，所以从2212开关断开时刻起，电厂发电机频率迅速下滑，电压缓慢下降，当2212断开后8秒时，220kV#4母线二次电压降至30V，达到备自投保护低压启动定值，此时2212CT无电流，满足自投启动逻辑，于是装置启动，再经2秒延时跳2212开关，合2245开关，用2213进线电源带全站负荷。电厂开关116配置了低频低压解列装置，低频解列定值48.75HZ，滑差闭锁定值5HZ/S，低压解列定值0.7Un，低压滑查闭锁定值1HZ/S，因频率下降速度达到了滑查闭锁定值，所以解列装置并未动作。
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 开关偷跳联切
当2212开关因机构原因偷跳并无法重合时，2212线路保护不会动作，对此我们提出第二个解决方案：将三相分位常开触点并联接入一个重动延时继电器，经重动后的常开触点并联到永跳联切的常开触点上，如图三所示。图中ZJ为延时重动继电器，延时按躲开关重合成功时间整定，防止瞬间故障误切电厂开关，TWJA、TWJB、TWJC为三相断路器分位继电器敞开触点，断路器分位时闭合，之所以采用并联接线，是考虑当一相偷跳且拒合的时候，断路器非全相保护会动作，经过2秒延时跳开三相开关，即是说如果采用串联接线，联切回路将延迟两秒才动作。本功能同样通过联切压板控制，防止2212开关停电检修时误切116开关。
3.3 升级保护版本
图四 备自投启动逻辑升级补丁
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动逻辑如图四所示。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。
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。
【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
（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）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。
2.2 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 不正常动作原因分析
经分析，2212开关断开瞬间，#1变中压侧的电厂电源116线在2212分开后给110kV#4母线充电，带110kV#4母线其他负荷，同时给#1主变充电，并通过#1主变给220kV#4母线和10kV#4母线充电，并对其上所有负荷送电。此时，220kV#4母线上仍为正常电压，而备自投装置启动逻辑只判断220kV#4母线4-9CVT采集的二次电压和2212开关CT采集的二次电流，所以尽管2212开关已经断开，备自投逻辑也不能触发。中压侧的电厂的发电机出力有限，只能在大电源系统中送出功率，无法独自负担#1变三侧所有负荷，有功不足会导致频率下降，无功不足会导致电压下降，因为负荷中有功缺额较大，所以从2212开关断开时刻起，电厂发电机频率迅速下滑，电压缓慢下降，当2212断开后8秒时，220kV#4母线二次电压降至30V，达到备自投保护低压启动定值，此时2212CT无电流，满足自投启动逻辑，于是装置启动，再经2秒延时跳2212开关，合2245开关，用2213进线电源带全站负荷。电厂开关116配置了低频低压解列装置，低频解列定值48.75HZ，滑差闭锁定值5HZ/S，低压解列定值0.7Un，低压滑查闭锁定值1HZ/S，因频率下降速度达到了滑查闭锁定值，所以解列装置并未动作。
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 开关偷跳联切
当2212开关因机构原因偷跳并无法重合时，2212线路保护不会动作，对此我们提出第二个解决方案：将三相分位常开触点并联接入一个重动延时继电器，经重动后的常开触点并联到永跳联切的常开触点上，如图三所示。图中ZJ为延时重动继电器，延时按躲开关重合成功时间整定，防止瞬间故障误切电厂开关，TWJA、TWJB、TWJC为三相断路器分位继电器敞开触点，断路器分位时闭合，之所以采用并联接线，是考虑当一相偷跳且拒合的时候，断路器非全相保护会动作，经过2秒延时跳开三相开关，即是说如果采用串联接线，联切回路将延迟两秒才动作。本功能同样通过联切压板控制，防止2212开关停电检修时误切116开关。
3.3 升级保护版本
图四 备自投启动逻辑升级补丁
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动逻辑如图四所示。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。
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。