110KV 變電站備自投裝置應用分析

劉 云

（重慶市電力公司長壽供電局，重慶401220）

概述

在電力系統中，因為故障或其他原因，工作電源斷開以后，將備用電源、備用設備或其他電源自動地迅速地投入工作，令用戶能盡快恢復供電的自動控制裝置，簡稱備自投裝置。采用備自投裝置可以提高供電可靠性、簡化繼電保護配置、限制短路電流并提高母線殘壓；隨著用戶對供電可靠性要求的提高，備自投裝置得到了廣泛應用，是電力部門為保證用戶連續可靠供電的重要手段。

備用電源自動投入裝置是電力系統提高供電可靠性、保證供電連續性的一種有效手段，主要用于110 kV 及以下電壓等級的系統中，其主接線方式主要為橋型接線方式。內橋接線有兩種運行方式，一種是進線運行方式，另一種是分段運行方式，對應這兩種運行方式有兩種各自投方式，一種為迸線各自投，也稱明備用，另一種為分段各自投，也稱暗備用。對內橋接線，進線斷路器和母聯斷路器實際就是主變的斷路器，因此主變差動保護的保護范圍包括母線。對110 kV 的橋備自投，主變保護(包括差動保護、重瓦斯保護、高后備保護)動作閉鎖橋備自投；對110kV 進線備自投，主變保護動作不閉鎖備自投。

1 備用電源自動投入裝置基本要求

備用電源自動投入裝置基本要求如下：（1）應保證在工作電源或設備斷開后才投入備用電源或設備。（2）工作電源或設備上的電壓不論何種原因，除有閉鎖信號外，自動投入裝置均應動作。（3）自動投入裝置應保證只動作一次。（4）當自動投入裝置動作時，如備用電源或設備投于故障，應有保護加速跳閘。（5）手動斷開工作電源斷路器時備用電源自動投入裝置應可靠被閉鎖。（6）應具有閉鎖備自投裝置的功能，以防止備用電源投到故障的元件上，造成事故擴大的嚴重后果。（7）備用電源不滿足有壓條件，備用電源自投裝置不應動作。

圖1 單母分段接線圖

2 備自投裝置在110kV 單母分段接線中的應用存在的問題及解決措施

2. 1 單母分段接線運行方式與備自投動作邏輯

圖1 所示為單母分段接線方式，它可以有以下三種運行方式：①兩路進線各帶一臺主變運行，110kV 母聯16M 斷路器在熱備用：②進線163 線路帶兩臺主變運行，進線164 斷路器在熱備用；③進線164 線路帶兩臺主變運行，進線163 斷路器在熱備用。上述三種運行方式與內橋接線的三種運行方式極為相似，因此，單母接線備自投也有與內橋接線相同的四種動作邏輯。

2.1.1 對方式①，有兩種備自投邏輯：i)I 母無壓II 母有壓，進線Ll 無流，確認進線163 斷路器跳閘后合上母聯16M 斷路器；ii)II 母無壓，I母有壓，進線L2 無流，確認進線164 斷路器跳閘后合上母聯16M 斷路器。

2.1.2 對方式②，配置的備自投通常稱為進線各自投，其邏輯為I、II 母均無壓，進線L2 線路有壓，進線Ll 無流，確認進線163 斷路器跳閘后合上進線164 斷路器。

2.1.3 對方式③，也是進線備自投，其邏輯為I、II 母均無壓，進線Ll 線路有壓，進線L2 無流，確認進線164 斷路器跳閘后合上進線163斷路器。

2. 2 單母分段接線繼電保護配置和保護范圍

對于110kV 單母分段這種簡單接線方式，一般作為終端變電站，其線路和母線不配置保護，主變差動保護范圍為從主變斷路器的電流互感器(Circuit Transformer，CT)到主變本體，如圖1 中，群1 主變差動保護的保護范圍為161斷路器CT 到主變本體和66A 斷路器CT 到主變本體。所以，對單母分段接線，主變保護的保護范圍是不包括母線的。若110kV 母線故障，則依靠對側線路保護動作來隔離故障。

2. 3 存在的問題

從2.2 中分析可知，單母分段接線中母線不在主變保護范圍內，母線故障依靠對側線路保護來隔離故障，此時備自投不會閉鎖仍然會動作，這不符合各自投裝置的基本要求。如圖1中，110kVI 段母線故障，此時故障不在主變保護范圍內，兩臺主變保護均不會動作，而母線沒有配置保護，故障必須依靠線路對側保護動作隔離故障。當運行方式為方式①時，線路對側隔離故障后滿足自投邏輯i)的條件跳開163 斷路器后合上16M 斷路器從而合于故障元件。當運行方式為方式②時，線路對側隔離故障后滿足備自投動作條件跳開163 斷路器后合上164 斷路器從而合于故障元件。當運行方式為方式③時，線路對側隔離故障后滿足備自投動作條件跳開164 斷路器后合上163 斷路器從而合于故障元件。因此，必須增加母線故障閉鎖備自投的條件。

2. 4 解決措施

對接線簡單的終端變電站，母線不配置任何保護，為了解決母線故障閉鎖各自投的問題，在兩個線路上分別增加一套線路保護，配置I段反方向保護，其方向為線路指向母線，當母線故障時線路保護動作閉鎖各自投保護，而當線路故障時由于方向為母線指向線路，與保護設置的方向相反，線路保護不會動作閉鎖備自投。修改后的分段備自投邏輯見圖2。

圖2 單母接線分段備自投邏輯

增加線路保護的措施能解決母線故障閉鎖備自投的問題，但并不是最終的解決方案，仍然存在問題需要解決。如圖l，在進線備自投方式中，進線L1 帶兩臺主變運行，164 斷路器在熱備用，此時，若110kV I 段母線發生故障，163 線路保護動作閉鎖備自投，導致全站的負荷丟失。也就是說在進線備自投的方式中線路保護對母線失去選擇性，無法區分是I 段母線故障還是Ⅱ段母線故障，一旦母線有故障則閉鎖備自投，這樣的做法不能滿足對供電可靠性的要求。為了解決這個問題，必須在進線各自投的動作邏輯中增加母線故障選擇性判據，即增加判斷是哪

段母線故障的邏輯條件，動作邏輯見圖3。

圖3 單母分段進線備自投邏輯

2. 5 母線故障選擇性判據及定值整定的考慮

如圖1，若110kV I 段母線故障，則母聯斷路器中不會流過故障電流，若110kV II 段母線故障，則母聯斷路器中將流過故障電流，因此，可以利用母聯斷路器中是否流過故障電流來判斷是哪段母線故障。母聯斷路器流過故障電流的判斷可以采用過流判據，此時過流定值的整定應考慮躲過主變最大負荷電流，即任一相電流大于主變的額定電流；或者采用故障相電流突變量判據，如圖1，若110kVI 段母線故障，此時母聯相電流的突變量為負荷電流的變化量，若110kV II 段母線故障，此時母聯相電流的突變量為故障相電流的變化量。故障相電流突變量判據比過流判據更靈敏，但過流判據可以利用備自投保護原有的母聯過流保護來實現。

上述的解決措施能夠解決備自投裝置在單母分段接線方式中應用存在的問題，但仍然有一個問題需要注意。線路保護的方向為線路指向母線，若主變保護范圍內發生故障，線路保護也會動作，若讓保護出口跳閘斷路器，必然會造成越級跳閘，因此線路保護只能利用其功能閉鎖備自投，但絕對不能讓其出口跳閘斷路器，避免故障越級跳閘的發生。

結論

隨著供電可靠性要求的不斷提高，一些非內橋接線的110kV 終端變電站也要求裝設備自投裝置。本文通過對單母分段接線運行方式、繼電保護配置、保護范圍的分析，指出備自投裝置在單母分段接線中應用存在的問題：由于母線沒有配置保護，當母線故障時無法閉鎖各自投裝置。本文提出加裝帶反方向的線路保護保證母線故障時可靠閉鎖備自投保護，同時在進線各自投邏輯中增加母線故障選擇性判斷是哪段母線故障來保證母線故障有選擇性的閉鎖備白投保護，滿足提高供電可靠性的要求。對母線故障選擇性判斷，本文提出可以采用母聯CT 過流判據，也可以采用更為靈敏的故障相電流突變量判據。

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