備用電源自動投入裝置在電力系統(tǒng)中的應用分析

程　　方，田中強，宋　　坤，孫　　鵬

備用電源自動投入裝置在電力系統(tǒng)中的應用分析

程方1，田中強2，宋坤2，孫鵬2

（1.山東省電力企業(yè)協(xié)會，濟南250101；2.國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司，山東濟寧272100）

對電力系統(tǒng)中備用電源自動投入裝置的概念、備用方式進行說明，對備用電源自動投入裝置的基本要求、定值整定原則進行分析，并舉例說明備用電源自動投入方式的動作邏輯。

備自投裝置；備用方式；定值整定

0　　引言

在電力系統(tǒng)中，很多變電站（或用戶）是由單電源的輻射形網(wǎng)絡供電的。當供電電源由于某種原因而斷開時，由它供電的變電站（或用戶）將失去電源，給用電企業(yè)經(jīng)濟造成不同程度的損失。為了消除或減少損失，保證不間斷供電，在某些變電站（或用戶）中采用了備用電源自動投入裝置。

1　　備用電源自動投入裝置

備用電源自動投入裝置就是當工作電源因故障或其他原因被斷開以后，能自動迅速地將備用電源投入工作或將用戶供電切換到其他正常工作的電源上去，使用戶不停電的一種裝置，簡稱BZT裝置。變電站的一次設備系統(tǒng)結構及BZT作用的開關如圖1、圖2所示。

在圖1中，正常情況下電源1工作，電源2處于備用狀態(tài)。當電源1線路發(fā)生故障時，對側繼電保護動作，斷開對側斷路器，線路失電，本側BZT裝置動作，斷開斷路器1DL，將斷路器2DL自動投入，保證繼續(xù)供電。

圖1　BZT作用于1DL、2DL開關

圖2　BZT作用于2DL、4DL開關

在圖2中，正常情況下變壓器B1運行，變壓器B2處于備用狀態(tài)。當變壓器B1發(fā)生故障時，繼電保護裝置動作，斷開斷路器1DL和3DL，然后BZT裝置動作，將2DL和4DL自動投入，備用變壓器B2投入工作，保證繼續(xù)供電。

2　　備自投的備用方式

專職備用方式。一個元件運行，另一個元件僅為運行元件作備用（備用電源正常不工作），這樣的結線叫專職備用，圖1、圖2方式就是專職備用。

互為備用方式。一個元件不僅運行，而且還為另一個元件作備用（備用電源正常工作），這樣的結線叫互為備用，圖3、圖4就是互為備用。

圖3　BZT作用于1DL、2DL、5DL開關

圖4　BZT作用于3DL、4DL、5DL開關

從圖3、圖4工作情況可見，如果不采用BZT裝置，要想達到同樣的供電可靠性，同一母線必須由兩路電源供電或兩臺變壓器并聯(lián)運行，這樣勢必造成繼電保護配置復雜，短路電流增大，設備投資增加等冗余和浪費，因此，采用不同運行方式的BZT裝置，對電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行是一種有效的手段，且提高了供電的可靠性。

3　BZT裝置基本要求

能反映工作母線失去電壓的狀態(tài)。當工作母線因變壓器、線路發(fā)生故障或運行的斷路器因某種原因自動跳閘時，工作母線將失去電壓，這時備用電源應自動投入，以保證不間斷的供電。

斷開工作電源后投入。把備用電源投入到故障元件上，易導致擴大事故，加重設備損壞程度，且達不到備用電源自動投入裝置的預定效果。所以備用電源應在工作電源斷開后才能投入。

BZT裝置只應動作一次。當工作母線或其引出線上發(fā)生永久性故障時，備用電源自動投入裝置動作后，切除工作電源、投入備用電源。由于故障仍然存在，備用電源上的繼電保護裝置動作，又將備用電源斷開。這時候不允許再次投入備用電源，以免擴大事故，對系統(tǒng)造成再次沖擊。

BZT裝置延時時間的整定原則。從工作母線失去電壓到備用電源自動投入為止，中間有一段停電時間。在這段時間內(nèi)，從母線上取得電源的異步電動機轉速降低，甚至降到零。如果停電時間較長，異步電動機啟動時間將過長，啟動時間過長將引起繞組發(fā)熱，有些情況下甚至不能啟動；另外，啟動電流過大，將使電網(wǎng)電壓降低。運行經(jīng)驗指出，停電時間不應超過0.5～1.5 s。但必須指出，在某些情況下BZT裝置的動作時間要躲過線路的重合閘時間 （如主供電源線路上發(fā)生瞬時性故障，電源重合成功后需要繼續(xù)供電者），不得不采用停電時間較長的備用電源自動投入裝置。在某些情況下BZT裝置的動作時間雖然不需要躲過線路的重合閘時間 （如當工作母線或其引出線上發(fā)生瞬時性故障，可立即斷開主供電源而投入備用電源者），也必須考慮到故障點的去游離時間，以保證備用電源自動投入成功。特殊情況下（如變壓器內(nèi)部故障或差動保護范圍內(nèi)故障）BZT則不需要動作時間（僅裝置的固有時間），可立即斷開主供電源而投入備用電源。

一次系統(tǒng)正常，BZT裝置不應動作。運行中較易出現(xiàn)電壓互感器二次失去電壓的情況，但此時一次回路仍正常，工作母線仍照常供電，所以此時不應使備用電源自動投入裝置動作，電壓互感器二次斷線時應閉鎖BZT裝置。

備用電源無電壓時，BZT裝置不應動作。因為在這種情況下即使動作也是沒有實際意義的，備用電源自動投入裝置不應動作。

正常操作斷開工作電源時，BZT裝置不應動作。因為正常操作斷開工作電源，本身就是需要將用電設備停電，所以備用電源自動投入裝置不應動作。

BZT裝置的邏輯構成。為滿足BZT裝置的基本要求，BZT裝置應由兩個基本部分組成：低電壓啟動部分，當工作母線因各種原因失去電壓時，經(jīng)一定延時斷開工作電源；自動合閘部分，在工作電源的斷路器斷開后，將備用電源的斷路器自動投入。

4　　備用電源自動投入裝置的定值整定原則

4.1低電壓元件的啟動電壓

低電壓元件的啟動值按兩個原則確定。

1）躲開工作母線上的電抗器或變壓器后發(fā)生的短路故障。此故障母線上的殘余電壓相當大，不應將工作電源斷開，即低電壓元件不應動作。故有

即

式中：UZX為電動機自啟動時的最低電壓；f為返回系數(shù)，f＞1。

4.2時間元件的動作時間

時間元件的動作時間應與線路過流保護時間相配合。當線路發(fā)生故障，母線殘壓降低到低電壓啟動值時，應由線路保護切除故障而不應使備用電源自動投入裝置動作。即

式中：tDZ為時間元件的動作時間；td.Zd為線路保護切除故障的最大動作時間；Δt為時間余度，取0.5 s。

4.3過電壓元件的啟動電壓

備用電源最低運行電壓時，過電壓元件應可靠動作。此時滿足

式中：UDZ為低電壓元件動作電壓；UCY為母線上的殘余電壓；n為電壓互感器變比；k為可靠系數(shù)，取1.1～1.3。

2）躲過線路故障切除后電動機自啟動時的最低電壓。若出線上發(fā)生故障離工作母線很近，此時母線殘余電壓很低接近于零，低電壓元件必然動作。當故障由出線斷路器切除后，母線電壓恢復，但由于電動機自啟動，電壓不能立即恢復到正常運行電壓，在此電壓下，低壓啟動應可靠返回。此時

式中：UB.ZX為備用電源最低運行電壓。

5　BZT裝置應用

5.1進線備投（專職備用）

正常運行方式如圖5所示，110 kV市中I線為變電站進線主供電源，110 kV市中Ⅱ線為變電站進線備用電源，兩線路變壓器組高低壓側并列運行，當任一線路故障時 （以市中Ⅰ線線路故障為例），110 kV市中Ⅱ線開關（4713）備自投動作邏輯見圖6。

圖5　　進線備投方式下BZT作用的開關

圖6　4713備自投動作邏輯

5.2分段備投（互為備用）

正常運行方式如圖7所示，110 kV市中I線、110 kV市中Ⅱ線均為變電站進線主供電源，兩線路變壓器組高低壓側分裂運行，當任一線路故障時（以市中Ⅰ線線路故障為例），110 kV分段開關（4712）備自投動作邏輯如圖8所示。

圖7　　分段備投方式下BZT作用的開關

圖8　4712備自投動作邏輯

5.3分段加速備投（互為備用）

正常運行方式如圖9所示，110 kV市中I線、110 kV市中Ⅱ線均為變電站進線主供電源，兩線路變壓器組高低壓側分裂運行，當任一變壓器故障時（以1號主變故障為例），10 kV分段開關 （47010）加速備自投動作邏輯：當BZT裝置上電正常后，無閉鎖分段備自投條件發(fā)生，分段備自投的軟、硬壓板均處于投入位置，開關47001、47002處于合位，開關47010處于分位，1號主變本體或差動保護動作，1號主變后備保護未動作，且1號主變47001開關無電流，10 kVⅠ母線電壓異常 （＜40%），10 kVⅡ母線電壓正常（＞80%）時，備自投裝置起動，無時限（裝置固有時間）跳開1號主變47001開關后，立即合上10 kV分段47010開關，分段加速備投結束。

6　　結語

圖9　　分段加速備投方式下BZT作用的開關

采用備用電源自動投入裝置可以提高供電可靠性。對BZT裝置的概念、備自投方式進行說明，確定BZT裝置在電力系統(tǒng)中的作用，對BZT裝置的備投方式、工作的基本要求、定值的整定原則進行分析以及應用舉例，掌握BZT裝置在電力系統(tǒng)中的應用。

Application Analysis of Standby Power Automatic Input Device in Power System

CHENG Fang1，TIAN Zhongqiang2，SONG Kun2，SUN Peng2
（1.Shandong Electric Power Enterprise Association，Jinan 250101，China；2.State Grid Jining Power Supply Company，Jining 272100，China）

The concept and the standby mode of the standby power automatic input device in the power system are explained. The basic requirements of the automatic input device of standby power supply and the setting principle of the fixed value setting are analyzed，and an example is given to explain the action logic of the automatic input mode of the standby power supply.

automatic throw-in equipment of emergency power supply；standby mode；fixed value setting

TM762.1

B

1007-9904（2016）06-0048-03

2016-04-14

程方（1988），女，從事山東省電力行業(yè)安全咨詢、技術指導工作；田中強（1963），男，高級技師，從事變電運維技術管理工作；宋坤（1990），男，從事變電運維安全管理工作；孫鵬（1985），男，從事變電運維管理工作。