220 kV備自投動作失敗原因分析及改進措施探討

阮海燕

摘 要：備用電源自投簡稱備自投，其裝置是指由于電力系統中的工作電源出現故障或者由于其他原因發生失電事故之后被斷開，由備用電源取而代之的裝置。本文講述了220 kV在線路故障發生時備自投動作的情況，并對其動作失敗原因進行分析，進而提出相應改進措施。

關鍵詞：220 kV備自投 工作電源 防范措施 探討

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0114-02

現在電網規模已經日漸擴大，在10～35 kV的較低電壓等級電網中或者在110 kV較高電壓等級電網中，為節省電力設備投資以及簡化電力網接線進行繼電保護，均對其非系統主聯絡線采取放射性供電。同時采用備用電源的自動投入裝置提高可靠性要求，結合繼電保護與其系統自動裝置，成為經濟有效的不間斷供電重要技術。

1 備自投概述

1.1 220 kV備自投現狀

國內供電需求日益擴大，同時可靠性要求也越來越高。而為了滿足其電力系統的可靠性要求和保證供電行業的經濟運行，如今供電領域采取了備自投裝置技術。備自投裝置技術可以避免人為進行某種操作時有可能會發生的錯誤或者不準確動作，也可以在變電所中進行安全可靠的正常運轉。

1.2 備自投原理

只有在工作電源失電繼而備自投起動并延時的情況下，工作電源斷路器先進行跳位，確認之后，即可將之視為備自投滿足了邏輯條件。因此可以避免備用電源發生倒送電或者備自投動作在故障發生時合上的情況。只是故障的切除不是由備自投來進行，因此備自投動作進行工作電源跳位的時限理應超過重合閘和有關所有保護最長動作時限。就地或者遠控操作工作電源斷路器跳位時，不對備自投進行閉鎖，而應該退出其跳閘壓板或者功能壓板。備用電源不應該在不滿足有壓條件的時候進行動作。

1.3 備自投動作時限

因為備自投延時的目的是避開母線電壓的短暫下降，所以其時限應該超過外部切除故障的最長時間。當母線失壓是由于母線進線斷路器的跳開，而且其進線沒有重合閘的功能時，為了使備用電源加速合上，可以在不延時的情況下直接跳開進線斷路器。

1.4 備自投應用邏輯

母線有兩個線電壓為Uab和Ubc，而母線有壓定值和無壓定值分別為70V和25V。當兩個線電壓中起碼有一個超過70 V時，即為母線有壓。而當兩個線電壓都小于25 V時，即為母線無壓。還有另外一種情況就是進線無流，其定值為0.15.它是指在工作電源進線中，存在一個相電流值小于0.15的情況。進線無流定值比最小負荷電流還要小，目的是防止備自投在工作電源PT三相斷線時誤動。

1.5 備自投充電條件

備自投要動作，就要先經過充電。第一個條件就是在1號母線以及2號母線都有壓的情況下，其工作斷路器處在合位，而備用斷路器處在跳位。第二個條件就是切換把手置在投入位置，或者其定值控制字為1而且處于投入狀態時。第三個條件就是備自投硬壓板處在投入的位置上，沒有閉鎖和放電條件。滿足以上三種情況時，會充電15秒。

1.6 備自投放電條件

備自投放電時，就不會再有動作；備自投退出時；備用電源持續超過0.2 s不滿足有壓條件時；工作斷路器就地或者遠控操作跳開；工作斷路器以及備用斷路器所處位置形成閉鎖狀態時；當備自投被無條件強行閉鎖時。

1.7 備自投動作過程

在備自投充電之后，母線會出現失壓，大概下降到25 V，并且工作電源無流。備自投延時維持4 s之后會跳開其工作斷路器，確認已斷開之后，再延時0.2 s合上其備用電源斷路器。當這一過程全部完成時，即可視為備自投動作已成功。

2 實例分析

2.1 備自投動作失敗案例概述

2013年1月，某220 kV變電站備自投裝置出現運行不正常的情況。

一開始，該站的220 kV4個進線開關a、b、c、d與各母聯以及分段開關都運行正常，而且其備自投裝置所處位置為無備用電源，正常放電。在操作期間，進線開關c和d本站側開關先后被斷開，將相應間隔轉為了熱備用狀態。同時進線開關a和b都維持其運行狀態不變。某站對備自投裝置進行了相關行為預期。當進線開關c和d轉熱備用之后，即為備用電源，滿足備自投充電的邏輯條件，該裝置可以進行正常充電。但是實際上，即使斷開了開關c，備自投裝置卻沒有能夠進行充電。再斷開開關d，備自投裝置仍舊沒能實現充電。這樣的異常狀態導致備自投裝置無法動作。當該站出現故障時，如220 kV母線失電，備自投不能動作，會導致該站與其110 kV輻射電網供應的幾座110 kV變電站出現全部失壓的嚴重影響。可以構成電力行業內安全一級事件，其預計負荷損失將超過某站所在城市負荷的5%。

2.2 某站備自投動作失敗原因分析

某站該裝置成功動作與裝置升級改造的時間間隔為5個月。而升級改造時只是在原屏上部分更改接線或者更換插件，而且屏外二次接線時沒有按照設計圖紙進行相應變更。所以，可以把檢查裝置異常的重點放在裝置升級改造前后其充電邏輯變化上面，查明裝置異常原因。

檢查后發現，某站現場在開關位置的信號保持接點處接入了STJ信號端子。在某站原有裝置程序中，僅有主供線路STJ信號會起到強制放電的作用。當主供線路中STJ信號出現上升沿，備自投裝置放電，并且對充電條件進行重新檢測。而當備用電源線路中STJ信號為無效開入時，對充電和放電的邏輯不會產生影響。當采用新版本程序時，接入裝置中無論哪一個開關都會有STJ信號上升沿出現，備自投裝置放電，并且對充電條件進行重新檢測。

升級前后的兩種程序中，如果STJ信號由0變位為1，并且一直保持這種狀態，則備自投裝置會持續放電直到其信號變回0為止，然后再重新檢測裝置充電條件。而為了保證備自投裝置的動作可靠性，某站在備自投裝置的引入開關處設置了強制放電邏輯。所以，當手分開關時，某站STJ信號會出現由0變位為1的上升沿，備自投裝置強制被放電，并且對充電條件進行重新檢測。endprint

程序升級前后的STJ信號作用存在差異，所以在二次接線或者操作過程條件完全相同的情況下，備自投裝置邏輯行為也不同。進線開關a、b、c、d的初始狀態均為運行中，所以被判為工作電源，而備自投裝置相應被判為無備用電源，為放電狀態。

在操作的過程中，進線開關c和d都會被先后斷開。在程序升級前，將進線開關c和d分開，則該開關的STJ信號會由0變位為1，而合閘位置信號即HWJ信號卻由1變位為0。因為該線路處于分閘位置，所以被判為備用電源。因此STJ信號對充電邏輯沒有影響，則備自投裝置成功充電。在程序升級之后，同樣將進線開關c和d分開，該開關的STJ信號會由0變位為1，HWJ信號由1變位為0。但即使該線路被判為備用電源，備自投裝置仍舊被強制放電。此時STJ信號維持的1位置會使得備自投裝置同樣維持著放電狀態。

所以在升級前，不需要在開關位置瞬動接點處讓STJ信號接入。只有在升級后才需要接入。而因為實際條件制約，二次回路改線沒能盡快完成，導致裝置充電異常。

3 220 kV備自投失敗動作改進措施

就以上案例，為了解決問題，某站采取驗證性試驗。只有出現STJ信號上升沿時，才能夠符合強制放電邏輯，并啟動STJ位置。如果上升沿沒有出現，即使STJ信號位置維持在1上面，備自投裝置也不會進行放電工作。如果在裝置程序處于檢測狀態時或者該信號被判為‘有效開入前，STJ信號已經變位為1，卻并沒有被檢測到上升沿，則該信號對充放電過程不產生任何影響。當程序處于檢測狀態或者該信號被判為‘有效開入后，STJ信號發生變位，程序檢測到的該信號上升沿將強制備自投裝置放電。直到STJ信號變位為0時，重新檢測裝置充電條件。

某站可利用驗證結果進行應急處理。首先要投入220 kV備自投裝置總功能壓板以及進行c、d的檢修壓板，當分開開關c、d之后，退出進線c、d檢修壓板。操作完成之后，備自投裝置即可正常充電，同時進線備自投的邏輯原理可以運用。

現在的變電站一般無人值班，顯得備自投巡視工作越發重要。在備自投投運時，電站人員應該對其LCD液晶顯示以及LED指示燈進行檢查，確保其運作正常。要使用備自投硬壓板時，確認備自投充電標志符號顯示充電狀態方可投入。如果在備自投運行中發生裝置告警，主要是因為母線電壓的互感器發生斷線。所以電站人員要馬上查找其原因，若有必要，就退出備自投。

當CPU檢測出備自投本身的硬件故障，如EPROM、RAM、定值出現錯誤或者電源故障，會導致備自投裝置在運行中閉鎖。此時應該馬上匯報調度，并且退出備自投，讓技術人員進行處理，做好供電事故預案。不管電站采取就地操作還是遙控操作，電站操作人員都應該檢查備自投是否存在告警信號，然后確認備自投狀態。

巡視要定期進行，相關人員要認真檢查現場備自投裝置運行狀況，同時還要對充電情況和指示燈序列號進行檢查，確認其與運行方式是否相符。巡視人員要認真巡視檢查設備指導卡并做好相關記錄。當無人值班時，變電站對備自投設備、功能以及狀態等巡視每周至少一遍。

變電站還應該對備自投開關位置的檢測功能進行完善。當工作電源的斷路器存在電流，而且有對應的TWJ信號開入裝置，可以經過10秒延時響起相應告警信號。同時對備自投放電，當所有條件消失之后0.5秒返回，有利于巡視人員及時發現變電站內備自投放電狀況。

4 結語

隨著電網規模不斷擴大，網絡結構也越來越復雜，日新月異的電力電網技術使得備自投裝置在變電站中使用廣泛，從而保證電力系統安全、供電可靠性以及穩定運行。但同時使得電力系統中不明顯的問題顯現出來，這就需要促進變電站供電過程中每一個環節更全面和更精細的發展。要充分考慮電網運行實際要求，并且加強分析研究備自投裝置，認真應對各種可能出現的狀況，并且妥善處理與解決，保證備自投可靠動作以及電網安全穩定運行。

參考文獻

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