论文部分内容阅读
摘 要：在110kV变电站中，采用三台主变、10kV侧单母线四分段接线形式结合备自投装置的典型设计广泛应用。为了避免变压器过载，10kV备自投中一般配有负荷均分功能，但是在两台主变同时故障的特殊情况下负荷均分功能会导致全站失压。文中首先介绍了配有负荷均分功能备自投的工作原理，然后提出了通过不强制负荷均分以及10kV低压侧双备自投配合的方式来提高负荷均分功能的可靠性。
关键字：110kV变电站；单母四分段；主变失压；备自投；负荷均分
Abstract： The design of three transformer， single busbar in four sections in 10kV side combined with the application of BZT device is widely used in the 110kV substation. In order to avoid transformer overload， BZT for 10kV grade generally equips with load sharing function， but the load sharing function will lead to the total substation loss of voltage with extraordinary circumstances of the two transformer breskdown at the same time. This paper introduces the operating principle of BZT with load sharing function firstly，and then proposes improving the reliability of load sharing function by non-compulsory load sharing and double BZT cooperated with each other in 10kV side .
Key words：110kV substation； single busbar in four sections； transformer loss voltage； BZT； load sharing
0引言
近年来，人们对供电安全可靠性的要求越来越高。10kV供电系統直接面向广大用户，而系统网络结构是辐射型供电，若有一段母线停电，就可能造成大面积的停电，产生巨大的经济损失，严重影响人们的生活。在110kV变电站，10kV侧有多个电源分别给不同的负荷供电，通过备用电源自投装置（备自投）[1]，在主用电源失电时，自动将其他电源作为备用电源投入，当主用电源重新带电时，自动断开备用电源投入主用电源，实现分段备投的功能。10kV分段备自投不仅可以提高多电源供电负荷的供电可靠性，还可以减少人员手动操作降低工作量。
随着社会经济的迅猛发展，工业和生活用电需求在不断增大，以阳江市为例，近几年供电负荷以超过20%的速度在增长。由于用电负荷的上升，我局很多变电站都进行了二期扩建工作，扩建后电站一般都采用典型接线方式—三台变压器带10kV四段母线。当中间一台主变故障失压时，备自投装置动作，此时将出现一台主变带三段母线的情况，可能导致主变过载，严重威胁到一次设备的安全。通过在备自投装置中引入了负荷均分功能，有效解决了因备自投动作引起的主变过载现象。但是该功能也存在着一定的弊端：不停电的两台变压器无法相互支援，供电可靠性差；两台边变压器同时故障时会导致全站失压。针对这种特殊接线方式，本文提出了一种更加有效地的备自投负荷均分功能方式。
1备自投的负荷均分功能
图1 110kV石湾站主接线图
如图1所示，110kV石湾变电站10kV运行方式：1、2、3号主变同时运行，501带10 kV1M，502A带10 kV 2AM，502B带10kV 2BM，503带10kV 3M，10kV四段母线分列运行，分段开关512、523处于热备用状态，10kV512、523备自投装置投入运行，其中2AM、2BM所带负荷分别为1M和 3M所带负荷的一半。
1.1 10kV备自投的工作原理（未投入负荷均分功能）[2]
传统的不带负荷均分备自投有以下几种工作方式：
（1）#1主变失电。10kV1M无压、无流，不管501开关是否断开，若无闭锁信号512备自投装置充电完毕后，经3.0s延时跳开501开关，合上512开关。
（2）#2主变失电。 10 kV 2AM、2BM同时失压，若无闭锁信号512备自投装置充电完毕后经3.0s延时充电完毕后，经3.0s延时跳开502A开关，合上512开关；523备自投装置充电完毕后经3.0s延时跳开502B开关，合上523开关。
（3）#3主变失电。10kV3M无压、无流，若无闭锁信号523备自投装置充电完毕后，经3.0s延时跳开503开关，合上523开关。
1.2 10kV备自投负荷均分原理
从传统的备自投工作方式可以看出，当#1主变或#3主变失电备自投成功动作后#2主变所带负荷为正常运行时的2倍，主变过载会引起变压器过热短路，严重时会导致变压器爆炸[3]。因此，我们在原有的备自投中增加负荷均分功能，该功能只针对边变压器即#1主变或#3主变失电的情况，改变原有的备自投动作过程，主要有两种工作方式：
（1）当#1主变失电时，10kV 1M无压、无流，10kV 2AM和3M有压，若512备自投充电完毕，经3.0s延时后跳501开关，确认501开关已于分位后，合512开关，跳501开关的同时联跳502B开关，造成10kV 2BM无压、无流，10 kV 3M有压，523备自投装置充电完毕，再经3.0s延时确认502B开关已于分位后，合523开关。备自投负荷均分过程完成，#2主变和#3主变分别带2段母线。 （2） 當#3主变失电时，10kV 3M无压、无流，10kV 1M 和2BM有压，若523备自投装置充电完毕经3.0s延时跳开503开关，确认503开关已于分位后，合502B开关，跳503开关时联跳502A开关，造成10kV 2AM无压、无流，10 kV 1M有压，512备自投装置充电完毕，再经3.0s延时确认502A已于分位后，合512开关。备自投负荷均分过程完成，#2主变和#3主变分别带2段母线。
2负荷均分功能的优化
虽然负荷均分功能能够消除主变过载的问题，但是该功能也有它的弊端：在备自投负荷均分功能完成后，不停电的两台变压器无法相互支援；边变压器同时失电时会导致全站失压。为了提高备自投的可靠性，可以通过双备自投之间的配合或者判是否过负荷的方式来进行优化[4]。
（1）不强制进行负荷均分。当#2主变变低开关过负荷时，方启动负荷均分功能。以#1主变失电为例，10kV 1M无压、无流，10kV 2AM有压，512备自投装置充电完毕；经3.0s延时后跳501开关不联切502B开关， 确认501开关已于分位后，合512开关，再经10s延时后若502A开关电流值大于1.05倍额定电流值，启动512备自投负荷均分功能，联切502B，若10s后502A的电流值小于1.05倍额定电流值，则不启动512负荷均分功能，直接由#2主变带 10 kV1M、2AM、2BM运行。当#3主变失压时，原理和#1主变失压类似，这样就不会出现过载的现象。
（2） 将512、523自投装置的时间整定值错开一个级差。当110kV石湾站#1、#3主变同时失压时，512、523自投同时动作，跳开501、503开关，负荷均分配合动作，跳开502A、502B开关导致该110kV变电站全站失压。母线上可能接有很多重要负荷，全站失压时就使这些负荷供电难以得到保障。根据该站各段母线上负荷的重要等级，将512、523自投装置时间定值错开一个级差，使较为重要的负荷自投时间动作短，若10kV1、2M上负荷比较重要，设置512备自投时限为3.0s，523备自投时限为3.5s。在#1、# 3主变同时失压时，512、523备自投同时启动，512开关自投装置延时3.0s后先行动作，连跳501，502B开关，合512开关，10kV2BM、3M同时失压，523备自投装置放电不动作。虽然牺牲10kV2BM、3M上的负荷，却保障了该站重要负荷的正常供电。
3结论
备自投引入负荷均分功能，能够改善某一侧主变失电时可能导致的过载现象，但是该功能也会带来一些不利因素。通过延时判别联切，取消了强制负荷均分功能，根据负荷情况自动投入负荷均分，使某一侧在主变失电时，有一个分段开关让相邻主变能够进行互相支援；通过整定不同备投时间的方式，能够避免全站失压的情况，保障重要负荷的电力供应。进行负荷均分功能的优化后，不仅能提高供电可靠性，也使一次设备得到充分利用，取得良好的经济效益。
参考文献
[1]郑曲直，程颖.备用电源自动装置投入设计、应用的若干问题[J] .继电器，2003，3（18）：18-21.
Zheng Quzhi，Cheng Ying.A summarization on design and application of backup power switchover unit[J] .Relay，2003，3（18）：18-21.
[2]韦林.负荷均分变电站的备自投问题探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2011，11（19）：1-6.
Weilin.Beijing.BZT discussion for Load sharing substation [J].Electric Power College， 2011，11（19）：1-6.
[3] 许琦，曹建权.防止因备自投动作引起变压器过载跳闸的分析及策略[J].江苏电机工程，2012，31（4）：31-33. Xu Qi，Cheng yin.Analysis and Countermeasures of Preventing Transformer's Over-load Trip Caused by Action of BATS[J]. Jiangsu Electrical Engineering，2012，31（4）：31-33.
[4]苏宜强.基于负荷分类的备自投配合及投退控制策略[J].电气技术，2013，32（17）：51-55.
Su Yiqiang. BZT Matching and Control Strategy of Switching Based On Load Classification [J]. Electric Technology， 2013，32（17）：51-55.
关键字：110kV变电站；单母四分段；主变失压；备自投；负荷均分
Abstract： The design of three transformer， single busbar in four sections in 10kV side combined with the application of BZT device is widely used in the 110kV substation. In order to avoid transformer overload， BZT for 10kV grade generally equips with load sharing function， but the load sharing function will lead to the total substation loss of voltage with extraordinary circumstances of the two transformer breskdown at the same time. This paper introduces the operating principle of BZT with load sharing function firstly，and then proposes improving the reliability of load sharing function by non-compulsory load sharing and double BZT cooperated with each other in 10kV side .
Key words：110kV substation； single busbar in four sections； transformer loss voltage； BZT； load sharing
0引言
近年来，人们对供电安全可靠性的要求越来越高。10kV供电系統直接面向广大用户，而系统网络结构是辐射型供电，若有一段母线停电，就可能造成大面积的停电，产生巨大的经济损失，严重影响人们的生活。在110kV变电站，10kV侧有多个电源分别给不同的负荷供电，通过备用电源自投装置（备自投）[1]，在主用电源失电时，自动将其他电源作为备用电源投入，当主用电源重新带电时，自动断开备用电源投入主用电源，实现分段备投的功能。10kV分段备自投不仅可以提高多电源供电负荷的供电可靠性，还可以减少人员手动操作降低工作量。
随着社会经济的迅猛发展，工业和生活用电需求在不断增大，以阳江市为例，近几年供电负荷以超过20%的速度在增长。由于用电负荷的上升，我局很多变电站都进行了二期扩建工作，扩建后电站一般都采用典型接线方式—三台变压器带10kV四段母线。当中间一台主变故障失压时，备自投装置动作，此时将出现一台主变带三段母线的情况，可能导致主变过载，严重威胁到一次设备的安全。通过在备自投装置中引入了负荷均分功能，有效解决了因备自投动作引起的主变过载现象。但是该功能也存在着一定的弊端：不停电的两台变压器无法相互支援，供电可靠性差；两台边变压器同时故障时会导致全站失压。针对这种特殊接线方式，本文提出了一种更加有效地的备自投负荷均分功能方式。
1备自投的负荷均分功能
图1 110kV石湾站主接线图
如图1所示，110kV石湾变电站10kV运行方式：1、2、3号主变同时运行，501带10 kV1M，502A带10 kV 2AM，502B带10kV 2BM，503带10kV 3M，10kV四段母线分列运行，分段开关512、523处于热备用状态，10kV512、523备自投装置投入运行，其中2AM、2BM所带负荷分别为1M和 3M所带负荷的一半。
1.1 10kV备自投的工作原理（未投入负荷均分功能）[2]
传统的不带负荷均分备自投有以下几种工作方式：
（1）#1主变失电。10kV1M无压、无流，不管501开关是否断开，若无闭锁信号512备自投装置充电完毕后，经3.0s延时跳开501开关，合上512开关。
（2）#2主变失电。 10 kV 2AM、2BM同时失压，若无闭锁信号512备自投装置充电完毕后经3.0s延时充电完毕后，经3.0s延时跳开502A开关，合上512开关；523备自投装置充电完毕后经3.0s延时跳开502B开关，合上523开关。
（3）#3主变失电。10kV3M无压、无流，若无闭锁信号523备自投装置充电完毕后，经3.0s延时跳开503开关，合上523开关。
1.2 10kV备自投负荷均分原理
从传统的备自投工作方式可以看出，当#1主变或#3主变失电备自投成功动作后#2主变所带负荷为正常运行时的2倍，主变过载会引起变压器过热短路，严重时会导致变压器爆炸[3]。因此，我们在原有的备自投中增加负荷均分功能，该功能只针对边变压器即#1主变或#3主变失电的情况，改变原有的备自投动作过程，主要有两种工作方式：
（1）当#1主变失电时，10kV 1M无压、无流，10kV 2AM和3M有压，若512备自投充电完毕，经3.0s延时后跳501开关，确认501开关已于分位后，合512开关，跳501开关的同时联跳502B开关，造成10kV 2BM无压、无流，10 kV 3M有压，523备自投装置充电完毕，再经3.0s延时确认502B开关已于分位后，合523开关。备自投负荷均分过程完成，#2主变和#3主变分别带2段母线。 （2） 當#3主变失电时，10kV 3M无压、无流，10kV 1M 和2BM有压，若523备自投装置充电完毕经3.0s延时跳开503开关，确认503开关已于分位后，合502B开关，跳503开关时联跳502A开关，造成10kV 2AM无压、无流，10 kV 1M有压，512备自投装置充电完毕，再经3.0s延时确认502A已于分位后，合512开关。备自投负荷均分过程完成，#2主变和#3主变分别带2段母线。
2负荷均分功能的优化
虽然负荷均分功能能够消除主变过载的问题，但是该功能也有它的弊端：在备自投负荷均分功能完成后，不停电的两台变压器无法相互支援；边变压器同时失电时会导致全站失压。为了提高备自投的可靠性，可以通过双备自投之间的配合或者判是否过负荷的方式来进行优化[4]。
（1）不强制进行负荷均分。当#2主变变低开关过负荷时，方启动负荷均分功能。以#1主变失电为例，10kV 1M无压、无流，10kV 2AM有压，512备自投装置充电完毕；经3.0s延时后跳501开关不联切502B开关， 确认501开关已于分位后，合512开关，再经10s延时后若502A开关电流值大于1.05倍额定电流值，启动512备自投负荷均分功能，联切502B，若10s后502A的电流值小于1.05倍额定电流值，则不启动512负荷均分功能，直接由#2主变带 10 kV1M、2AM、2BM运行。当#3主变失压时，原理和#1主变失压类似，这样就不会出现过载的现象。
（2） 将512、523自投装置的时间整定值错开一个级差。当110kV石湾站#1、#3主变同时失压时，512、523自投同时动作，跳开501、503开关，负荷均分配合动作，跳开502A、502B开关导致该110kV变电站全站失压。母线上可能接有很多重要负荷，全站失压时就使这些负荷供电难以得到保障。根据该站各段母线上负荷的重要等级，将512、523自投装置时间定值错开一个级差，使较为重要的负荷自投时间动作短，若10kV1、2M上负荷比较重要，设置512备自投时限为3.0s，523备自投时限为3.5s。在#1、# 3主变同时失压时，512、523备自投同时启动，512开关自投装置延时3.0s后先行动作，连跳501，502B开关，合512开关，10kV2BM、3M同时失压，523备自投装置放电不动作。虽然牺牲10kV2BM、3M上的负荷，却保障了该站重要负荷的正常供电。
3结论
备自投引入负荷均分功能，能够改善某一侧主变失电时可能导致的过载现象，但是该功能也会带来一些不利因素。通过延时判别联切，取消了强制负荷均分功能，根据负荷情况自动投入负荷均分，使某一侧在主变失电时，有一个分段开关让相邻主变能够进行互相支援；通过整定不同备投时间的方式，能够避免全站失压的情况，保障重要负荷的电力供应。进行负荷均分功能的优化后，不仅能提高供电可靠性，也使一次设备得到充分利用，取得良好的经济效益。
参考文献
[1]郑曲直，程颖.备用电源自动装置投入设计、应用的若干问题[J] .继电器，2003，3（18）：18-21.
Zheng Quzhi，Cheng Ying.A summarization on design and application of backup power switchover unit[J] .Relay，2003，3（18）：18-21.
[2]韦林.负荷均分变电站的备自投问题探讨[J].北京电力高等专科学校学报，2011，11（19）：1-6.
Weilin.Beijing.BZT discussion for Load sharing substation [J].Electric Power College， 2011，11（19）：1-6.
[3] 许琦，曹建权.防止因备自投动作引起变压器过载跳闸的分析及策略[J].江苏电机工程，2012，31（4）：31-33. Xu Qi，Cheng yin.Analysis and Countermeasures of Preventing Transformer's Over-load Trip Caused by Action of BATS[J]. Jiangsu Electrical Engineering，2012，31（4）：31-33.
[4]苏宜强.基于负荷分类的备自投配合及投退控制策略[J].电气技术，2013，32（17）：51-55.
Su Yiqiang. BZT Matching and Control Strategy of Switching Based On Load Classification [J]. Electric Technology， 2013，32（17）：51-55.