一起備自投拒動事故的分析及解決方案

張雄偉，蔣 琪，陳靜如

(常州供電公司，江蘇 常州 213003)

近年來，隨著國民經濟不斷發展，全社會用電量不斷攀升，用電客戶對供電可靠性要求日益提高。不合格的電能會造成重要客戶的設備損壞、產品不合格等嚴重問題，容易引起供電公司同用電客戶之間的經濟糾紛。重要的用電客戶變電站也越來越多地配備備用電源自動投入裝置[1]（以下簡稱備自投）。

1 事故說明

2009年，在某變電站發生一起備自投裝置拒動的事故，導致長達1 h的時間里主變缺相運行，后經人工干預，進行手動電源切換后系統恢復正常供電。用戶投訴供電電能質量差，對設備造成了損傷，要求供電公司賠償經濟損失。經過事后查勘發現，當時該變電站屬于內橋接線，當時為一條35kV進線帶2臺主變的供電方式，如圖1所示。

35kV進線線路采用架空線架設，C相線路發生斷線接地事故。備自投裝置沒有動作，線路兩側斷路器仍合位運行。1 h后監控中心發現該站母線電壓異常，手動將斷路器1DL拉開，將斷路器2DL投入，變電站供電恢復正常。該變電站采用的備自投裝置在同種接線方式下110kV系統中已經運行多年，且運行良好，并沒有發生此類事故。

2 事故分析

2.1 動作邏輯

本地區變電站配置的備自投屬于特殊邏輯，其動作邏輯如圖2所示。

圖2 本地區進線備自投特殊的動作邏輯

備自投動作，需要在相關控制字允許的情況下，四側電壓元件均判為失壓。

（1）高壓側Ⅰ段母線的失壓：UAB1＜無壓定值，UBC1＜無壓定值，UCA1＜無壓定值；

（2）高壓側Ⅱ段母線的電壓：UAB2＜無壓定值，UBC2＜無壓定值，UCA2＜無壓定值；

（3）低壓側Ⅰ段母線的失壓：UL1＜無壓定值；（4）低壓側Ⅱ段母線的電壓：UL2＜無壓定值。

并且1號主變沒有發生故障的情況下，備自投裝置才會出口動作。

2.2 35kV系統

35kV系統屬于小電流接地系統，在發生單相斷線接地運行時，供電側線電壓仍保持對稱。根據相關規程，允許繼續供電2～3 h。該變電站處于受電側，變壓器的聯接組別為D/YN11，三相所帶負荷基本對稱。當高壓側C相線路發生斷線接地時，C相失電時的等效圖如圖3所示。

圖3 C相失電時的等效圖

其矢量圖如圖4所示。

圖4 C相失電時的向量圖

由圖4可知，折算到二次側電壓有：

對于低壓側二次電壓有：

根據自投裝置定值，高壓側母線失壓的電壓定值為30 V。故高壓側母線失壓元件不會動作，自投裝置也就不會動作出口。經過查閱幾個主要自投裝置生產廠家的裝置說明書，發現在典型邏輯中其動作邏輯中均涉及到高壓側母線失壓判別元件，各變電站自投裝置高壓側母線失壓元件的定值在30 V，故失壓判別元件均不會動作。同時，在有些廠家的備自投裝置典型動作邏輯中不對低壓側的電壓進行判別，而是判別高壓側主供進線電源無流。其自動裝置動作的邏輯如圖5所示。

圖5 進線無流及母線失壓判據備自投的動作邏輯

在缺相運行下，故障相進線電流近乎為0，而其余兩相進線電流僅有少量降低。如果仍然只引入單相電流，在其他相發生單相斷線接地時，也會閉鎖備自投的動作。所以對于現有的備自投裝置，在小電流接地系統中發生單相斷線接地時，備自投裝置不會動作，主變會繼續缺相運行，對電網可靠、高質量供電造成影響。

2.3 110kV系統

110kV系統屬于直接接地系統，在發生線路斷線接地時，線路供電側零序保護動作，線路供電側斷路器跳開。這樣受電側變電站母線電壓三相降為0，自投裝置動作，將該線路受電側斷路器跳開，將備用電源投入。從發生單相斷線接地到自投動作，備用電源投入，將在幾秒內自動完成，不會造成主變長時間缺相運行，供電電能質量基本不受影響[2]。

通過以上的分析，在發生進線電源單線斷線接地時，在原有的動作邏輯下，110kV系統能正確動作，在短時間內切換至備用電源恢復正常供電。

3 解決方案

針對出現的不正常情況，結合以上分析，在小接地電流系統中運行的自投裝置需要在原基礎上進行改進。

3.1 采用四側電壓作為判據

在本轄區內備自投邏輯采用的是高壓側和低壓側Ⅰ、Ⅱ段母線的電壓，即四側的電壓判別元件。當四側電壓均判為失壓時自投裝置即會動作。在發生此故障狀態時，由于高壓側母線失壓元件的定值較低而發生了備自投的拒動。修正其動作邏輯圖如圖6所示。

圖6 四側電壓判據時修正邏輯圖

其中高壓側母線失壓元件的定值應該大于50 V，小于100 V，取1.3的可靠系數，設為65 V。對于低壓側母線的二次電壓無壓定值設置應大于115 V而小于230 V，取1.3倍的可靠系數，設為150 V，則自投裝置在缺相運行工況時也能正確動作。這樣，四側的失壓元件在此故障狀態下均能可靠正確動作，自投裝置能自動正確地進行電源的切換。同時，也不會對其他的故障狀態下自投裝置的正確動作構成影響，在電網正常供電時能可靠不動作。

3.2 采用進線電流與高壓側電壓作為判據

在典型備自投邏輯中，作為進線備自投保護，選用高壓側Ⅰ、Ⅱ段電壓和進線一相電流作為特征量。在失壓元件和無流元件同時動作的情況下，自投裝置才會動作[3]。邏輯圖修正如圖7所示。

圖7 采用進線電流與高壓側電壓作為判據時修正邏輯圖

在修正后的邏輯圖中，進線A，B，C三相電流都需要引入到自投裝置，三相電流判別采取或的關系構成無流判別。這樣，缺相運行故障相電流很小時，無流判別就會動作。其中高壓側母線失壓元件的定值應該大于50 V，小于100 V，取1.3的可靠系數，設為65 V。這樣經過邏輯修正與定值配合，保證了在典型邏輯情況下，自投裝置在單相進線電源斷線時（缺相運行時）能正確動作，也不會造成其他工況下自投裝置的不正確動作[4]。

4 結束語

由于110kV電網系統屬于大電流接地系統，而35kV電網屬于小電流接地系統。在大電流接地系統中適用的備自投邏輯，且在小電流接地系統中并不能在所有工況下正確動作，需要進行相關的改造。這也說明，在進行不同電壓等級的電網系統中進行保護自動裝置的移植應用時，應該充分考慮不同系統的異同，確保運行中的自動設備能滿足實際電網系統的需要。經過邏輯的修正與定值的配合，實現了小電流系統按要求正確動作。為了保證備自投系統的正確動作，需要注意與保護裝置、系統運行方式、定值整定的正確配合。

[1]國家電力調度通信中心.繼電保護培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]董立天.微機型備用電源自投裝置運行分析[J].供用電，2007，24(2)：37-38，58.

[3]張自偉.特殊運行方式下幾起備自投動作行為分析與改進[J].浙江電力，2012，31(1)：18-21.

[4]楊忠禮，趙慧光，張光衡.影響備自投正確動作原因分析[J].電力系統保護與控制，2008，36(21)：97-98，101.