站用電雙路電源自動切換方案分析

馮 旭,趙軍玉,宋文亞,左辰庚

(國網河北省電力公司滄縣供電分公司,河北 滄州 061000)

站用電雙路電源自動切換方案分析

馮 旭,趙軍玉,宋文亞,左辰庚

(國網河北省電力公司滄縣供電分公司,河北 滄州 061000)

通過介紹變電站站用電系統在實際運行中發生的幾個故障案例,分析幾種常用的站用電雙路電源自動切換方案,研究雙路電源自動切換方案適用的供電環境及其在應用中存在的缺陷,提出站用電雙電源互為備用的自動切換方案,旨在提高站用電系統運行的可靠性。

站用電系統;雙路電源自動切換;供電可靠性

1 站用電雙路電源自動切換控制器

鑒于站用電源系統對變電站安全運行的重要性,必須保證站用電能夠長期不間斷的供電。因此,多數變電站的站用電源系統都配備2臺或2臺以上站用變壓器(以下簡稱“站變”),并配備相應的雙電源自動切換控制器(Automatic Transfer Switch,ATS),與切換方案。在其中一臺站變故障或其他原因退出運行情況下,ATS自動將負載切換到另一臺站變電源上,保障站用電源系統不間斷供電,接線見圖1。

圖1 站用電源系統ATS接線

雙路電源自動切換控制器ATS是一種具有可編程功能、自動化測量、數字通信為一體的智能化雙電源切換開關系統,實現測量及控制過程的自動化,減少人為操作失誤,可精確地監測兩路三相電源電壓,對出現電壓異常(過壓、欠壓、缺相、過頻、欠頻等)情況作出準確判斷,并通過無源控制開關量,控制站用電電源進行自動切換。

2 故障案例及分析

目前,多數變電站站用電雙路電源系統自動切換方案默認設置為“自投自復”模式,即站用電I路進線(一般為35 k V站變電源)為主供電電源, II路進線(一般為10 k V站變)為備用電源。當I路進線電壓異常、II路進線電壓正常,ATS自動切換至II路電源;I路進線電壓恢復正常后,ATS自動切換至I路。從優先級的角度看,I路進線電源運行優先級高于II路。但在實際應用當中,這種雙電源的“自投自復”方案多次造成變電站站用電系統故障加重,甚至危害變電站正常運行。

2.1 故障經過

2015年8月25日,河北滄縣供電公司35 k V干河站直流系統告警:站用電I路進線(35 k V站變電源)電壓異常。檢修人員現場查看交流監測裝置記錄發現:直流系統I路進線電源V相缺相。ATS運行記錄顯示:故障期間站用電電源多次、短時間內在I路與II路電源間自動切換。經故障排查,檢修人員判斷35 k V站變(I路進線電源)調壓裝置發生故障,高壓V相調壓接頭處虛接,在帶負荷運行狀態下,由于載流能力減弱,V相電源發生缺相,ATS將I路電源切換至II路電源;而切換到II路電源后,I路電源處于空載狀態,因此電壓恢復正常。

由于I路進線電源設置為主路優先切換路, ATS檢測到其電壓恢復正常后,將站用電電源由II路備用切換至I路主路電源。

短時間內反復切換站用電電源,造成直流系統充電機保護動作,停止工作,站用電電源此時由電池供電。長時間電池供電導致電池電壓降低,站內風冷系統發生故障,主變壓器有載調壓失去電源不能正常工作。

2016年8月19日,滄縣35 k V捷地站直流系統告警:交流I路進線(35 k V站變電源)電源異常;直流系統電壓異常。檢修人員現場發現:交流監測裝置故障記錄顯示I路進線電源V相缺相; ATS控制器在電源故障期間多次切換站用電I、II路電源;直流系統4臺充電機“032”裝置保護動作,充電機停止工作,電池充電電壓顯示為5 V;站用電電源為I路進線電源且電壓正常。檢修人員判斷35 k V站變發生故障,將站用交流電源切換到II路10 k V站變電源,并將ATS雙電源切換設置為手動模式。隨后檢修中發現,35 k V站變調壓接頭處電弧灼燒痕跡較重,可判斷缺相原因由此引起。此次故障中,由于電源缺相造成直流系統4臺充電機損壞,主變壓器有載調壓失去電源不能正常工作,站內直流系統電源一度低至160 V,48 V通信電源低壓停止工作。

2016年12月9日,35 k V李天木站35 k V母線出現低壓,線電壓低至33.4 k V,站用電I路電源(35 k V站變電源)電壓帶負荷運行時電壓低至190 V以下,ATS控制器檢測到190 V以下為I路進線電源“低電壓”狀態,自動切換至II路電源; I路電源空載時達到200 V左右,因此,ATS根據主、備用路優先級設置自動切回I路電源。

2.2 故障分析

以上3個案例中,導致故障原因各不相同,但站用電雙電源自動切換方案均采用的是“自投自復”方案。由此可以得出:當主路電源出現不穩定故障,例如低電壓、站用變電源發生虛接或載流能力減弱等故障時,“自投自復”方案不能及時有效地切斷故障點或者錯誤的將站用電源切換至故障線路。因此,可以判斷出雙電源自動切換的“自投自復”方案在站用電系統應用中存在缺陷,是導致上述事故擴大的直接原因。為防止類似事故發生,應選擇其他更加合適的雙路電源自動切換方案,做到準確切斷故障線路及故障點,避免事故范圍擴大。

3 雙路電源自動切換方案分析

以下分析幾種常用的雙路電源自動切換方案及其適用的供電環境。

3.1 自投自復

該方案模式下,I路進線或II路進線中,設置其中一路為主供電,另一路為備用電源。I路進線正常,則ATS切至I路;I路進線異常、II路進線正常,則ATS切至II路。自投過程:I路進線異常、II路進線正常,經切換延時后,ATS切至II路;自復過程:I路進線電壓恢復正常并經切換延時后,ATS切至I路。此種方案適用于兩路供電電源有明顯不同的供電優先級,例如一路電源為市電供電,另一路電源由發電機供電作為備用電源,當市電異常時,啟動發電機為負載供電;當市電恢復正常,自動切換至市電電源。

3.2 自投不自復

該方案模式下,當I路進線電源發生異常,經切換延時,ATS自動切換至II路進線;當I路電源恢復正常,ATS保持在II路;此時II路電源即使發生故障,ATS也不會切換回I路。

此種模式可有效斷開故障點,但需檢修或操作人員及時到現場將ATS控制器信號進行復歸。

3.3 互為備用

該方案模式下,I路進線、II路進線沒有主備用之分,自投不自復。即:I路進線正常、II路進線異常,則ATS切至I路;I路進線異常、II路正常,則ATS切換至II路;如果I路進線、II路進線都正常,ATS保持原來的狀態,不會動作;異常線路恢復正常,ATS也不會返回原供電方式。

互為備用的模式,適用于兩路電源都是市電供電,且不存在供電優先級不同的情況,因此無主備用之分。相比較“自投不自復”方案,不需檢修或操作人員進行信號的手動復歸。

根據以上的分析,從變電站站用電源系統來電測的角度來看,35 k V站變與10 k V站變電源同為穩定的市電電源,應具有相同的優先級,因此適用于“互為備用”的自動投切方案。

在以上的故障案例中,如果使用“互為備用”投切方案,當某一路站變電源出現故障時,ATS自動將負載切換到另一路電源上,此時故障路電源電壓即使恢復正常,由于兩路電源自動切換的優先級相同,ATS不會切換回故障電源側。這樣避免了“自投自復”方案中,將站用變電源切換到故障電源側或不能切斷故障點的情況發生,事故范圍不會擴大。

4 結束語

隨著站用電源系統逐步數字化、程序化、智能化建設的推進,站用電源系統的可靠運行越加重要。目前,多數變電站站用電源系統沒有統一的雙電源自動切換方案,使用一體化電源出廠默認設置的切換方案。本文通過站用電系統故障案例的分析,可以得出,采用“互為備用”的自動切換方案,能夠及時斷開站用電系統故障點,達到提高站用電系統運行可靠性的目的。

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[2] 王舜堯,姚建軍,王汝文.一種多功能雙電源轉換智能控制器[J].低壓電器,2002(4):29-31.

[3] 李 雨,丁鴻杰,齊從謙.雙電源供電系統實時監控和自動切換裝置的研制[J].工業儀表與自動化裝置,2003(5):58-62.

[4] 李 雨,李中西,齊從謙.智能雙電源供電系統自動切換裝置的研究[J].電網技術,2003(11):68-71.

本文責任編輯：丁 力

Analysis of Automatic Switching Scheme for Dual Power Supply in Substation

Feng Xu,Zhao Junyu,Song Wenya,Zuo Chengeng
(State Grid Hebei Electric Power Company Cangxian Power Supply Branch,Cangzhou 061000,China)

In this paper,several automatic switching schemes of dual power supply are analyzed,which is based on several fault cases of substation power system in actual operation.It studied the application environment and defects of the scheme,A automatic switching scheme is achieved by mutual standby of double powers,which is proposed to improve the reliability of substation power system.

station power system;automatic switching of dual power supply;reliability of power supply基于“DL/T 860(IECE 1850)”的數字化站用一體化電源系統應運而生,站用電源系統逐步向統一的數字化、程序化、智能化的方向發展。變電站站用電源系統是確保變電站安全可靠輸送電能的一個不可缺少的重要環節。作為站用電交直流一體化系統、變壓器有載調壓、風冷系統、直流系統等重要設備的電源,站用電一旦失去,直接影響變電站正常工作,造成變電站失去保護、設備損壞,嚴重時造成停電事故。因此,站用電源系統的可靠運行對提高電網供電可靠性有重要作用。

TM782

B

10019898(2017)02006003

20170224

馮 旭(1987-),男,工程師,主要從事變電檢修技術工作。