備用電源自投裝置的閉鎖與可靠性問題的探討

摘要：隨著社會經濟的飛速發展及人民生活水平的提高，人們對電力系統可靠性的要求也愈來愈高。備用電源自投裝置是保證供電電源安全、可靠和不間斷供電的重要手段之一，因此在電力系統中的應用越來越廣泛，并在其中發揮著極其重要的作用。本文主要分析了備用電源自投裝置的基本原理、基本要求以及閉鎖設計，并探討了其在變電站中的應用。

關鍵詞：備自投裝置;閉鎖方式;案例分析

1.前言

隨著我國人民生活水平的不斷提高，供電可靠性成為供電考核的重要指標之一。因此各種電源的相互切換，保證電源的不間斷供電和供電的高可靠性成了電力系統的重要部分。為實現電網運行經濟性并提升雙電源和以上供電負荷供電的可靠性、保證連續供電，一般使用備用電源自動投入裝置。備自投裝置結合供電網絡系統的繼電保護裝置和自動裝置，是使供電網絡能夠持續供電的經濟高效的重要設施，是使電網穩定、安全、可靠運行的重要手段。因此對備自投裝置的閉鎖與可靠性問題進行深入研究成為了供電行業的重要課題。

2.備自投的基本原理

備自投裝置是假如工作電源由于故障而斷開后，可以自動并且快速地讓備用電源開展工作或是將用戶切入到備用電源上，進而避免用戶面臨停電狀況的一種自動裝置。如圖1所示，正常工作時，主電源QF 1DL 開關合閘，主電源通過QF 1DL 開關帶用電設備負荷。當出現主電源QF 1DL 開關跳閘時，用電設備停電，備用電源自投裝置動作。QF 2DL 開關合閘，備用電源通過開關帶用電設備負荷。

2.1采用主電源缺相后自動投入備用電源方式

在主電源回路中加裝零序電壓繼電器。正常工作時，因主電源三相均有電壓，零序電壓繼電器上無電壓，不起動備用電源投入回路。當主電源電壓消失或缺相運行時，將產生零序電壓，零序電壓繼電器起動，主電開關跳閘，同時起動備用電源動作回路，使備用電源投入運行。

2.2主電源開關位置變位后自動投入備用電源方式

該方法即采用主電源開關的輔助接點控制備用電源自動回路。當主電源開關正常工作時，其備用電源起動回路中串入常開接點斷開備用電源自起動回路，主電源帶用電負荷。當主電源開關變位后，常閉接點斷開主電源合閘回路，主電源輔助常開接點接通，起動備用電源自投回路，備用電源開關合閘，備用電源帶全部用電負荷。

2.3采用其他備用電源投入方式

當前用電設備普遍采用上述兩種備用電源自動投入裝置。也有部分采取其他方式起動備用電源自動投入裝置。如采用在主電源負荷側加裝電壓繼電器，利用其主電源電壓作為判據，使用電壓繼電器輔助接點控制備用電源起動回路;還有使用主電源負荷電流等。

圖1" 備用電源自動投入裝置示意

3.備自投需滿足的條件

3.1 充電條件

變電站的主供電路以及備供線路上的電壓都不可以為零，前者主供電路的開關位于合位，備供線路電壓的開關位于分位，延長5～8s的操作之后，讓備自投裝置整體都在充電，利用分合位上的母聯開關可以知道其運行方式其正確與否，另外可以把各支路線的功率計算出來。

3.2 啟動條件

一是備用電源上一定要有電壓，并且要完全符合充電條件之后備自投裝置才可以被啟動。二是主供電源的線路上沒有電壓同時當備供電源線路上有電壓的時候，必須確保其運行方式的正確性，才能啟動備自投裝置。三是為了防止電氣元件的故障導致備用電源形成故障，提升其安全性，一定要切斷主供電源之后才能啟動備自投裝置。四是主供電源線路上不存在電壓的時候，為了防止備自投裝置形成錯誤動作，造成設備故障，一定要利用無電流檢測主供電源之后才可以啟動備自投裝置。

3.3 動作原則

第一，一旦裝置運行方式或是外部閉鎖信號的判斷存在異常狀況時應停止備自投動作。第二，當電器元件出現永久性故障的時候，為防止故障元件讓備用電源遭受不利影響，備自投裝置只能夠動作一次。第三，為防止備自投動作的時間太長導致故障元件嚴重破壞電網，備自投動作必須要快速，用時短。第四，為避免事故不斷蔓延，假如母線產生故障，必須要加快其保護動作，并且要閉鎖裝置。

3.4 閉鎖條件

一是進行該裝置線路的檢修時，只需閉鎖檢修中的開關。二是在開關失靈保護動作或是母差保護動作狀況下，必須閉鎖該裝置，在完成人工操作之后，才可以解除閉鎖。三是利用人工操作閉鎖該裝置時，可使總壓板閉鎖進行出口閉鎖。四是手動操作某開關，同時會使另一開關的自投能力閉鎖。此外，備自投裝置存在異常時也應閉鎖。

4.備用電源自投裝置的閉鎖設計

4.1電壓閉鎖

備用電源自投起動的條件是主電源母線無電壓和備用電源線路有電壓。當主電源開關跳閘時，母線電壓會變成備用電源的電壓，如果母線無壓的定值偏小，就會導致備用電源自投裝置無法啟動，此時應適當提高檢母線無壓定值，保證備用電源自投裝置能夠正常工作。

4.2電流閉鎖

當主電源母線處于無電壓狀態時，如果遇上回路空氣開關誤分或短路跳開的情況，就容易造成備用電源自投裝置誤動。本裝置最好選擇三相電流，這樣能保證備用電源自投裝置的安全性，負荷電流不應過大，防止在輕負荷情況下電流閉鎖無法實現。

4.3保護閉鎖

當低壓側母線出現故障時，應使備用電源自投裝置自動閉鎖，防止再往發生故障的位置送電，進一步加劇設備損壞，這樣不僅會給電力企業帶來損失，還會影響人們正常的生產和生活。當在高壓側采用內橋方式進行接線時，其內部故障時應閉鎖內橋備用電源自投裝置。對于進線備用電源自投裝置，均要設置電流保護裝置，一旦發生供電事故，備自投裝置便能及時對供電裝置進行保護，避免造成嚴重的經濟損失。

4.4開關量閉鎖

備用電源自投裝置可以根據不同的開關量設置不同的閉鎖程序。線路備投時，主電源開關在合位，各電源開關在分位;橋、母聯自投時，主、備電源開關在合位，橋、母聯開關在分位;主變備投時，主電源主、變各側開關在合位、備電源主、變各側開關在分位。在這種情況下，當所有條件滿足時就能啟動閉鎖程序，保護供電裝置。

5.備用電源自動投入裝置相關問題處理

第一，備自投裝置的閉鎖問題：一般來說主變后備保護是相應母線及出線的后備，此時如果是出線開關拒動或母線發生故障，備自投不應動作;內橋接線注意主變保護動作要閉鎖對側的備自投，防止備投到故障主變上。第二，對中、低壓側有小電源接入變電站的備自投裝置，可以不聯切小電源，靠定值配合的方法來避免裝置動作對小電源的沖擊，比如用低周、低壓解列。但對有大電源接入的變電站，可以采用主變保護聯切電源或備投聯切電源進線開關的方法，防止非同期并網及對小電廠的沖擊。第三，當變電站最大負荷大于單臺主變的額定容量時，若主變發生 N-1故障，備投投入時，可能使另一臺主變嚴重過載甚至跳閘。建議為了降低備自投的復雜程度，確保備自投裝置正確動作，不用備自投裝置的過負荷聯切功能。

而采取變電站最大負荷超過單臺主變（小主變）額定容量的 1.6倍左右時停用相關備投裝置，避免備投后主變過載跳閘。

6.案例分析：高壓側母線故障

6.1 通過母差保護動作接點使備自投閉鎖

以某地區 220 kV 變電站的自投裝置作為例子，假如在 220kV I母線或Ⅱ母線上產生故障，因其有兩套 220kV 微機母線保護裝置，因此可以用母差保護動作來閉鎖備自投裝置。當高壓側母線存在故障時，母差進行保護動作，使母差保護的動作接點閉合之后使備自投裝置的放電回路得以接通，進而閉鎖裝置。

6.2采取過流閉鎖備自投的方式

以高壓側 I 母線發生故障為例，此時備自投應可靠閉鎖，利用裝置的過流閉鎖功能，即通過檢測失壓前線路電流超過定值，接通備自投裝置的放電回路，備自投就被閉鎖。過流定值的整定必須依照高壓側母線故障含有充足的靈敏度進行計算，進而使高壓側母線產生故障的時候，可以安全閉鎖備自投裝置。

6.3利用分段開關的過流保護保護動作跳閘，避免備用電源因誤投于故障而造成全站失電。

因為該站沒有母線保護功能，假如在35 kV母線上存在故障時，可以通過分段開關 345 的過流保護功能進行保護。一旦35V 母線上產生故障，備自投閉合分段開關之后，利用檢測分段開關 345 電流電壓值達到整定值而使分段開關跳開，這樣就防止了備自投由于誤投于故障而導致的全站失電。

7.結語

備自投裝置在電網的實際應用中已經取得了很多成功的經驗，但是隨著電力系統的不斷完善和復雜，日益提高的電網自動化和堅強程度要求，使得原來不太明顯的問題逐步顯現出來。備自投裝置是系統自動裝置與繼電保護相結合，接線簡單、可靠性高，是一種對用戶提供不間斷供電的經濟而又有效的技術措施。我們要繼續加強對備用電源自投裝置的閉鎖與可靠性的研究，以提高電網運行的穩定性、安全性以及可靠性。

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