影響BZT裝置正確動作的原因分析及自適應改進措施

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(新疆電力調度控制中心，新疆 烏魯木齊 830002)

0 引 言

備用電源自動投入裝置(簡稱備自投或BZT)是電力系統中為了提高供電可靠性而裝設的自動裝置[1]。目前，中國110 kV及以下電壓等級電網多為開環運行[2-4]。對處于電網終端的變電站，為了提高供電可靠性和經濟性，其進線多為兩路——互為備用或一備一用。近年來，隨著能源需求和新能源技術的發展，以風電、光電為代表的分布式電源(distributed generation，簡稱DG)接入電網以及系統接線和運行方式等因素的影響，BZT常常不能正確動作[5-10]。

首先介紹了BZT裝置基本工作原理及其分類；其次分析了影響BZT裝置正確動作的主要因素——分布式電源的接入與安自裝置功能沖突以及備投后主變壓器過負荷等。最后，針對DG接入問題提出了主供電源跳開時聯切DG的方案、針對安自裝置與BZT功能沖突問題提出了電壓不平衡啟動判據、針對主變壓器過負荷問題提出了基于功率負荷的自適應BZT方案，得出一些有益結論。

1 備自投裝置的原理及分類

備自投裝置是一種當工作電源因故障斷開后，能自動且迅速地將備用電源投入到工作，保證對用戶不間斷供電的一種自動裝置。BZT采用交流不間斷采樣方式采集信號并實時進行傅里葉法變換，進而準確判斷電源狀態，并經一定延時來切換電源進線。

目前，中國電網中BZT常用方式主要有進線BZT方式和母聯分段BZT方式以及主變壓器BZT方式，且均以微機型BZT為主，以圖1為例來說明。

圖1 典型備自投接線方式

1)進線BZT方式

進線BZT方式中，圖1中DL2、DL8斷開，其他斷路器合上。正常運行方式下，進線1處于工作狀態，進線2備用。當BZT檢測到變電站110 kVⅠ母失壓且主供開關DL1無電流，在整定時間內，主供電源進線對側重合閘重合不成功。此時，若進線2有壓，則備自投裝置啟動，迅速跳開DL1，合上DL2。

2)母聯分段BZT方式

母聯分段BZT方式下一般無備用進線2。圖1中，DL8斷開，其他斷路器合上。即正常工作時2臺變壓器各母線均投入，分段斷路器斷開，10 kV的兩段母線互為備用。當10 kV母線的某一進線電源因故障斷開后且重合不成功，則BZT啟動，跳開故障線路且DL8自動投入。

3)主變壓器BZT方式

主變壓器備自投方式下T1工作，T2備用。DL1、DL3、DL4、DL6、DL8合上，其他斷路器斷開。當變壓器T1發生故障，10 kVⅠ母失壓，則BZT啟動，跳開DL4、DL6，合上DL5、DL7。

2 影響備自投正確動作的主要因素

2.1 DG接入對BZT的影響

如圖2所示，以110 kV終端變電站為例，進線L1運行，L2備用，即DL1、DL3、DL4、DL6、DL8、DL9在合位，DL2在分位。DG從110 kV母線側接入變電站，以下分兩種情況討論，當變電站主供電源線路故障時DG對BZT的影響。

(1)DL1對側開關無重合閘功能

當電源進線L1發生故障，DL1對端保護動作跳閘且不重合，在沒有DG情況下，此時110 kVⅠ母失壓，備自投滿足啟動條件，迅速啟動跳開DL1，合上DL2，恢復對負荷供電。但當DG接入時，在電源進線消失后，DG繼續與電網連在一起對負荷送電，將形成一個單獨供電的短時孤島。導致110 kVⅠ母、Ⅱ母上仍有電壓且高于備自投檢無壓定值(一般為0.3Ue)，備自投不啟動。

圖2 含DG的變電站接線圖

(2)DL1對側開關有重合閘功能

當DG未接入時，進線L1發生瞬時性故障時，DL1對側跳開后，經一段時間延時重合閘檢無壓重合，恢復供電，備自投不投運。若進線發生永久性故障，DL1跳開后重合不成功，此時備自投檢無壓啟動，跳開DL1，合上DL2。在這個過程中，備自投時間整定必須躲過重合閘動作時間。當DG接入時，瞬時性和永久性故障下，備自投檢無壓均失效，從而不啟動，即備用電源無法可靠供電。

2.2 BZT與安自裝置的功能沖突的影響

電網中安自裝置主要有低頻、低壓解列裝置、振蕩(失步)解列裝置、切負荷裝置、自動低頻、低壓減負荷裝置、大小電流聯切裝置等。當系統中頻率或電壓低于電網下限時，即系統有功或無功不足時，其將可靠切除部分負荷，使系統頻率或電壓恢復穩定。為了保證電網的穩定，中國220 kV變電站內開始大量安裝安自裝置，其對110 kV線路BZT的投退將產生影響。

如圖3，220 kV站Ⅰ安裝有低周減載裝置，同時A站內安裝有進線BZT裝置。當系統有功不足時，要求220 kV站Ⅰ處低周減載裝置動作以切除負荷線路1，此時A站處BZT裝置檢測到母線無壓且主供開關無電流，滿足啟動條件，BZT裝置將會誤動，即BZT與低周減載裝置之間發生了功能沖突。在實際運行中，BZT裝置應能區分線路是因故障時保護動作跳開，還是因安自裝置動作跳開。

2.3 過負荷對BZT裝置的影響

如圖4所示為典型的兩線路主變壓器組運行方式，配置主變壓器BZT或分段BZT。若系統中兩臺主變壓器容量大小不同或單臺主變壓器容量小于全站負荷，此時，其中1臺主變壓器發生故障時，BZT的動作將全部負荷切換到另1臺主變壓器上，易造成單臺主變壓器過負荷。同時，此時若閉鎖BZT會產生甩掉一半負荷的問題。

圖3 典型電網結構圖

圖4 兩線路主變壓器組接線圖

1)分段BZT過負荷問題

如圖4(a)所示，當主變壓器1(或2)斷電時，BZT投入跳開1DL(或2DL)，主變壓器2(或1)將承擔2臺主變壓器的負荷，將出現過負荷問題，過負荷保護裝置可能會動作，造成全站失電。若此時，BZT閉鎖則將甩掉一半負荷。

2)進線BZT過負荷問題

如圖4(b)所示，若故障前由進線1帶全站負荷，且進線1出自1臺大容量變壓器。當進線1失電時，BZT將跳開1DL投入2DL，若線路2出自1臺小容量變壓器，則將出現小容量主變壓器過負荷。此時，若閉鎖BZT則會產生全站失電問題。

3 備自投自適應運行方式邏輯策略

3.1 適應DG接入的備自投邏輯改進

當電源進線故障時，為快速可靠地切除DG，選取以下兩種解決方案。

1)主供電源進線安裝光纖縱差保護。當主供電源進線發生故障時，線路兩側保護跳閘的同時，聯跳DG，BZT檢無壓啟動，這樣可以縮短BZT的投入時間。

2)在進線斷路器(即圖2中DL1)處加裝具有檢電壓、電流以及功率方向等功能的裝置。系統正常運行時，DL1的功率流向為線路到母線。當主供電源故障時，DG將向故障點提供一定短路電流，DL1上功率流向將發生變化。當主供電源線路因斷線等其他原因使DL1對側開關跳開，DL1上有電壓但無電流。所以，若DL1處功率流向發生變化或110 kV母線有壓但DL1上無電流，則迅速跳開DL1，同時聯切DG。

上述兩種方法的思路都是故障時聯跳DG，具體實現方法如下。

為確定DG在DL2閉合前已經切除。這里是基于南瑞繼保RCS-9653BZT中的動作邏輯來改進。

圖5 基于RCS-9653的部分邏輯改進

邏輯框圖如圖5所示，在BZT出口動作與門處加一輸入條件——DG出口斷路器DL9跳位。在此條件下，經延時繼電器一定時間延時后為DL2。若故障清除，母線電壓恢復，DL9經檢同期合閘。

3.2 適應安自裝置的備自投邏輯改進

當進線兩端變電站同時裝有安自裝置和BZT時，若線路因低周減載跳開，則BZT應該閉鎖，保證負荷可靠切除。

通過比較變電站母線電壓數值大小的對稱性，來區分線路切除是因為本身故障還是因為安自裝置動作。

具體實現方法如下。

令則uφmax=max(|Ua|,|Ub|,|Uc|)則

uφmin=min(|Ua|,|Ub|,|Uc|)

(1)

uφφmax=max(|Uab|,|Ubc|,|Uca|)

(2)

uφφmin=min(|Uab|,|Ubc|,|Uca|)

(3)

k1=uφmin/uφmax,k2=uφφmin/uφφmax

(4)

BZT是否投入的判據如下：若k1

圖6 BZT電壓不平衡啟動判據邏輯

3.3 適應負荷情況的備自投邏輯改進

當主供電源進線因故障而跳開時，BZT將工作母線接于備用電源上，此時可能出現負荷超出備用電源容量的情況，備用電源或設備可能會因過負荷而使繼電保護裝置動作，進而擴大停電范圍。這與使用BZT的初衷相違背。針對上述問題，提出一種基于功率負荷自適應的BZT方案。

圖7所示為基于功率負荷自適應的BZT方案流程。

圖7 基于功率負荷的自適應BZT方案

2臺主變壓器的負荷功率及遙測信息通過變電站二次側采樣接口來采集并轉換成一次側有功功率(P1、P2)及無功功率(Q1、Q2)。

故總視載功率為

(5)

為使BZT動作后，主變壓器在規定負荷容量內運行。需要根據BZT投入前的負荷分布情況，選擇性地切除部分負荷，直到主變壓器容量不過載。

若減載次數為n次，則各出線的負荷功率按n輪減載順序逐次減負荷，直到滿足要求。

第一輪減載后，系統所剩總負荷為

Pt1=P1+P2-Pj1

(6)

Qt1=Q1+Q2-Qj1

(7)

(8)

第n輪減載后，系統所剩總負荷為

Ptn=P1+P2-(Pj1+Pj2+…Pjn)

(9)

Qtn=Q1+Q2-(Qj1+Qj2+…Qjn)

(10)

其中,第n輪需要減去的有功、無功如下。

(11)

其中，lx和m分別為被減載線路間隔、每次減載所選低壓出線間隔數。

已知備用主變壓器容量為S1，分別將每一輪負荷減載后的總視載功率與主變壓器容量分別作比較。

BZT投入運行的邏輯條件如下。

1)若總負荷S

2)若總負荷且S>S1且St(n-1)>S1,Stn

4 結論與展望

分析研究了DG接入、安自裝置與BZT功能沖突、過負荷等多種情況下BZT裝置的不足之處。針對DG接入問題提出了主供電源跳開時聯切DG的方案，針對安自裝置與BZT功能沖突問題提出了電壓不平衡啟動判據，針對主變壓器過負荷問題提出了基于功率負荷的自適應BZT方案。上述方案提高了BZT裝置的可靠性，具有較強的實用性。

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