影響遠方備自投正確動作的原因分析及改進措施

孫瑞 王悅

摘要：以單母分段接線運行方式下的110 kV智能變電站為例，深入分析了影響遠方備自投正確動作的原因，包括分布式電源接入、TWJ接點變位不及時、光纖通道異常等，并結合備自投現場實際運行情況，提出了相應的改進措施。

關鍵詞：遠方備自投;TWJ接點;光纖通道

0 引言

隨著我國能源需求的日益增長和新能源技術的不斷發展，以光伏、風電為代表的分布式能源的大規模接入，對電網系統的運行穩定性提出了挑戰，一些特定的系統接線方式和運行方式，還影響了備自投裝置的正確動作。本文結合遠方備自投裝置的現場應用情況，從分布式電源接入、遠方備自投功能配置和動作邏輯等方面，深入分析了影響備自投裝置正確動作的原因，并針對具體問題提出了相應的改進措施。

1 遠方備自投裝置的功能配置和動作邏輯

1.1 ? ?遠方備自投裝置的功能配置

備自投裝置的典型動作邏輯包括分段備自投、變壓器備自投、遠方備自投和進線備自投。其中，遠方備自投是針對手拉手結構的電網運行特點而設計的特殊備自投裝置。備自投裝置在確認工作電源斷開后，備用電源方可投入，其動作延時應大于外部故障的最長切除時間，以防止母線電壓的短暫下降。備自投備用電源出現故障、人工切除工作電源時，備自投應可靠閉鎖。遠方備自投主接線示意圖如圖1所示，圖中每個變電站分別裝設了一個備自投裝置和實現站間遠方備自投功能的遠傳通信裝置。

1.2 ? ?遠方備自投裝置的動作邏輯

現以圖1中變電站乙遠方備自投為例，模擬其實現的動作邏輯，圖1中2座110 kV智能變電站高壓側均采用單母分段接線方式，變電站乙有光伏電站接入。變電站甲正常開環運行時，將允許合閘命令經光纖通信裝置傳送至變電站乙。遠方備自投充/放電條件、動作邏輯如下：

遠方備自投充電條件：遠方備自投把手和軟壓板均投入;對側聯絡線允許合閘開入置1;I、II段母線均符合有壓條件;1DL、2DL和3DL開關均處于合位;無放電條件。

遠方備自投放電條件：遠方備自投把手或遠方備自投軟壓板退出;1DL、2DL或3DL開關合位消失;有閉鎖開入;變電站乙的1DL開關拒跳或變電站甲的2DL開關拒合。

動作邏輯：（1）以變電站乙內I、II段母線失壓、進線2有壓、進線1電流小于電流定值Idz1作為啟動條件，1DL跳位為閉鎖條件，經延時跳開1DL開關;（2）以變電站甲通過遠傳裝置接收到“合聯絡線開關”信號、II段母線有壓、UL2無壓作為啟動條件，2DL開關在合位作為閉鎖條件，經延時合2DL開關。

2 影響遠方備自投正確動作的原因分析和改進措施

2.1 ? ?分布式電源接入的影響

在無分布式電源接入時，變電站乙在I段母線失壓情況下滿足備自投啟動條件，啟動備自投邏輯，經延時跳開1DL開關，并經遠傳裝置合上變電站甲的2DL開關，恢復全站供電。但當變電站乙的I段母線上接入光伏電站時，在電源進線UL1失壓后，光伏電站會與變電站乙形成一個短時孤島向負荷供電。此時，I、II段母線上仍有電壓且高于備自投檢無壓定值（通常整定為0.3Ue），遠方備自投無法啟動。如果變電站35 kV或者10 kV側線路存在分布式電源或小火電，在進線電源發生故障后被切除時，低壓側電源會通過主變向110 kV母線反送電，從而導致備自投同樣無法啟動。

改進措施：（1）對于由分布式電源或小火電形成的短時孤島供電網絡，其電壓頻率會降低，建議此類變電站安裝低頻、低壓解列裝置，通過與遠方備自投保護裝置的時限配合，完成分布式電源點的切除和備自投裝置的正常啟動。（2）對于未安裝低頻、低壓解列等裝置的變電站，在遠方備自投邏輯中配置聯切功能，跳開主供電源的同時聯切DG，在確定DG跳開后啟動動作邏輯2。

2.2 ? ?TWJ變位不及時的影響

斷路器的完整控制回路由保護裝置、測控裝置、操作箱、斷路器機構4個部分組成，主要包括：電源監視回路，防跳回路，跳、合閘保持回路，壓力閉鎖回路。其中，跳閘位置監視通過合閘保持繼電器負端與跳閘位置繼電器（TWJ）負端短接后接入斷路器合閘回路實現。斷路器合閘回路中串有遠方/就地把手常開接點、彈簧未儲能接點、斷路器輔助接點和合閘線圈。斷路器跳位監視及合閘回路如圖2所示。

斷路器跳位監視回路中串有彈簧未儲能接點BM，該常開接點需要一個較長延時（斷路器儲能時間一般為8～16 s）方能閉合，所以TWJ繼電器的接點變位受彈簧未儲能接點BM制約。假設變電站乙電源線路2發生永久性故障，則線路保護將按照跳閘—重合閘—加速跳閘的動作邏輯執行。在重合閘動作后，斷路器在儲能結束后才會接通跳位監視回路。考慮到備自投動作時限（躲過重合閘動作時間）整定值遠小于斷路器儲能時間，當備自投裝置接入的開關位置取自TWJ輔助觸點時，無法與斷路器實際位置相對應，造成備自投保護裝置不能正確動作。此外，TWJ繼電器發生故障或損壞、儲能回路發生故障均會造成TWJ繼電器無法向備自投裝置提供正確的位置信號。

改進措施：備自投所接入斷路器的位置均采用斷路器機構輔助開關的常閉接點。為提高可靠性，可采用雙接點并聯接入方式，從而避免斷路器變位情況受彈簧儲能過程的制約，有效降低了備自投裝置的拒動風險。

2.3 ? ?光纖通道異常的影響

遠方備自投在變電站甲、乙兩側均配有遠傳通信裝置，借助光纖通道實現兩側變電站合閘命令和斷路器信號的傳遞。因此，光纖通道的特性和傳輸速率對于備自投功能的實現至關重要，一旦通道發生異常，兩側備自投均無法正確動作。光纖通道在傳輸信號過程中會因為噪聲、交流電干擾等因素造成傳輸信號產生誤碼，因此，遠傳裝置應具有實時檢測光纖通道的功能。

改進措施：遠方備自投保護定期檢驗時，除了完成保護裝置功能檢查和遠傳裝置收發電平校驗，還應用光功率計測試光纖通道的衰耗，及時發現光纖通道中存在的隱患。遠傳裝置統一設置內部時鐘，數據發送均采用裝置的內部時鐘，接收時鐘從已接收數據碼流中提取。

3 結語

遠方備自投接線原理簡單、通用性強，有效解決了“手拉手”電網結構在開環運行方式下無法保證持續供電的問題。本文針對遠方備自投在應用過程中存在的問題，分析了分布式電源接入、TWJ變位不及時、遠傳裝置光纖通道異常等對遠方備自投正確動作造成的影響，結合備自投現場實際運行情況，提出了相應的技術改進措施，從而進一步保障了含備自投保護裝置區域電網的安全穩定運行和供電可靠性。

收稿日期：2020-09-01

作者簡介：孫瑞（1989—），男，寧夏銀川人，碩士研究生，工程師，研究方向：繼電保護控制、風力發電并網控制。