三主變四分段變電站備自投聯跳回路的改進措施

劉議華 顧皓亮 徐偉棟 陳建英 朱 欽

隨著電力客戶對電能質量的要求越來越高，優質服務和安全生產對于電網公司更具有同等重要的地位。隨著國網公司“三集五大”[1]模式的深入推進，將監控業務與調度業務融合，實現電網調度與電網監控一體化管理，這種新的管理模式充分利用調度端的遙控手段，有效提高了電網緊急情況下的處理效率，提高了操作人員安全保障。同時也要求變電站內所有設備均應該滿足調控一體化模式的運行，保護自動裝置也不例外。

備自投裝置在工作電源因故障被斷開以后，能夠自動并且迅速地將備用電源投入工作。備自投裝置是保證系統連續可靠供電的重要措施。該裝置在中低壓系統中運用相當廣泛。對于三主變四分段電系接線的 35kV變電站，備自投裝置動作后可能出現一臺變壓器低壓帶一段母線、另一臺變壓器帶兩段母線運行的情況，負荷高峰時帶兩段母線運行的變壓器可能出現過載，故在備自投裝置中裝設聯跳回路，將負荷較重的一臺變壓器某半段母線負荷自動切換到另一臺變壓器，使兩臺變壓器的負荷達到均衡，防止變壓器出現過載情形。對于3臺變壓器的 35kV的變電站，為了提高電源可靠性，一般 3路電源來自于不同的上級電源站，防止上級電源全站停電時下級 35kV也全站停電，受地理位置和上級電源站布局限制，所有 35kV變電站三路電源分別來自不同上級電源站，存在較大困難，目前大部分情況下，3臺變壓器的35kV變電站第一路和第三路電源來自同一個上級電源，第二路電源取自另一個電源站，具體接線如圖 1所示。當上級變電站 1全站失電時，現有的這種備自投聯跳回路，35kV變電站將會半站失電，即10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電。雖目前對備自投自動投退系統[2]和在線壓板投退[3]進行了研究和應用，但在該裝置出現缺陷，備自投裝置未停用時，調度不能進行遙控操作，無法在第一時間恢復失電母線供電，顯然這種聯跳回路存在缺陷。

圖1 電系接線圖

1 現狀

本文以采用某地區電網 35kV變電站為例。該站的電系接線如圖1所示，在QF5、QF6斷路器處均配置了雙向備自投裝置[4]，兩處的備自投裝置均有聯跳功能，調度端不具備遙控投退備自投的手段。現假設Ⅰ段母線無壓，Ⅱ（1）段母線有壓，相關備自投裝置聯跳回路接線圖，如圖2所示。

備自投裝置及聯跳回路動作經過如下[5]：若Ⅰ段母線無壓，則其低電壓繼電器 1YJ、2YJ常閉接點閉合，在Ⅱ（1）段母線有壓時，其低電壓繼電器6YJ常開接點閉合，QF2在合閘狀態，其常開輔助接點閉合，低電壓起動回路接通，經時間繼電器1SJ短時延時后，1號變壓器（T1）QF1分閘。QF1在分閘以后，其常閉輔助接點則閉合，經2BSJ常閉接點（此接點在備自投裝置后加速保護動作以后斷開，從而閉鎖QF5合閘）、4XJ信號繼電器和4LP連接壓板，接通QF5合閘回路，使QF5合閘。QF5合閘后，其常開輔助接點閉合，同時QF2的常開接點也處于閉合狀態，經時間繼電器3SJ短時延時后，則T2的 QF3跳閘回路接通，聯跳 T2的QF3。T2的QF3跳閘后，QF6處備自投裝置動作，使QF6合閘，最后T1將供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負荷，T2供10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線負荷。對于無人值班變電站，運行值班人員趕到變電站需要一定的時間，若沒有相應的備自投裝置聯跳功能，則T2供10kVⅠ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段母線負荷，在負荷高峰時期，將會造成T2嚴重過載，給設備造成重大損害。可見，備自投裝置聯跳功能十分必要。

圖2 備用電源自動投切裝置簡圖

另外，當上級變電站1全站失電時，T1和T3將同時失電，此時備自投動作過程如下：QF5和QF6處備自投幾乎同時動作，備自投低電壓回路首先起動，分別使 QF1和 QF4分閘，然后再分別使 QF5和 QF6合閘，經短時延遲后，QF5處備自投聯跳QF3分閘回路首先接通（QF6處備自投聯跳QF2的分閘回路時間整定要長），使QF3分閘，在QF3分閘后，其QF6處備自投聯跳QF2的分閘回路斷開，不會再出現聯跳QF2的情形，最后T2供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負荷，10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電。

2 現狀的缺陷分析

從上文講述中可以看出，備自投聯跳QF3避免了T2高峰負荷時過載的情形，且起到了均衡T1和T2負荷的作用。同時也可以看出，只要QF2和QF5同時在合閘位置，其相應的常開輔助接點就將同時閉合，經時間繼電器3SJ延時后聯跳QF3斷路器，這顯然存在缺陷。

例如，在用電負荷高峰時期，上級變電站1負荷緊張，需緊急遙控轉移T1負荷時，值班調控員在遙控合上QF5以后，若QF2和QF5同時處于合閘狀態，則會聯跳QF3，造成10kV Ⅱ（2）段母線負荷短時失電，給用戶造成不必要的經濟損失。這表明對于具有聯跳功能的斷路器開關，在沒有運行值班人員到站停用相應備自投裝置前，不可遙控，表明該備自投裝置的聯跳回路需進行改進完善。

另外，在用電負荷低谷時期，當上級變電站 1全站停電時，現有的備自投聯跳使得 35kV變電站內T2僅供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負荷，10kVⅡ（2）段和Ⅲ段母線失電，為了保障用戶的供電連續性和可靠性，在T2不會嚴重過載情況下，可以考慮T2短時間先供10kV Ⅰ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段及Ⅲ段母線負荷，等待操作人員通過緊急轉移負荷路徑來減輕T2負荷。

3 解決方案

由前文分析可知，需改進備自投裝置中聯跳回路的判斷邏輯，不能僅憑QF2和QF5同時處于合閘狀態條件來聯跳 QF3，可以增加聯跳起動條件。為了防止上級變電站1全站停電時，造成35kV變電站10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線失電，可以考慮增加聯跳閉鎖條件，當QF1和QF4同時處于分閘狀態時，只有當 2號變壓器負荷達到某一定值時才允許聯跳，從而達到提高用戶供電可靠性的目地。

3.1 增加中間繼電器和輔助接點

通過上面備自投裝置工作過程的分析和綜合研究，可考慮在QF5合閘回路增加中間繼電器1ZJ和QF5的常閉輔助接點，QF3分閘回路中增加QF1與QF4的常開輔助接點并聯，再與中間繼電器1ZJ的常開接點串聯，解決備自投裝置聯跳回路存在的缺陷。為了增加聯跳回路的可靠性，1ZJ的常開接點必須瞬時閉合延時打開，具體接線如圖3所示。虛線框中為增加的中間繼電器和輔助接點。

圖3 中間繼電器和輔助接點方案簡圖

同樣假設Ⅰ段母線無壓，Ⅱ（1）段母線有壓情況下分析備自投裝置的工作過程。首先低電壓回路起動，QF1跳閘，其常閉輔助接點閉合，QF5的常閉輔助接點閉合，中間繼電器1ZJ接通，然后其常開接點瞬時閉合，QF5合閘回路也接通，QF5合閘，QF5的常閉輔助接點打開，中間繼電器1ZJ在短時接通后被斷開。雖1ZJ繼電器已斷開，但其常開接點將會延時打開，QF4的常開接點閉合（因QF4在合閘位置），同時QF5和QF2的常開接點也在閉合狀態，則接通QF3跳閘回路，經繼電器3SJ短時延時后，聯跳QF3斷路器。接下來工作過程與上面相同。

35kV變電站在正常運行時，因QF2和QF1處于合閘位置，故它們的常閉接點均斷開，使得中間繼電器1ZJ斷電，其常開接點也斷開。當調度端緊急遙控轉移 T1負荷時，在遙控合上 QF5后，QF5的常閉輔助接點斷開，雖然此時QF2和QF5同時在合閘位置，但1ZJ的常開接點斷開，沒有接通QF3跳閘回路，不會聯跳T2的QF3，在調度端接著遙控拉開QF1后，QF1常閉接點閉合，QF5常閉輔助接點已斷開，聯跳回路已經斷開，達到QF5調度端可以遙控的目的。

當上級變電站1全站停電時，若T1和T3同時失電，則QF5和QF6處備自投同時動作，首先兩處備自投低電壓回路起動，分別使QF1和QF4分閘，然后再分別使QF5和QF6合閘，因QF1和QF4都處于分閘位置，則它們常開輔助接點均斷開，則QF3斷路器分閘回路斷開，實現不聯跳QF3的目的。最后T2供全站負荷，若此時變壓器過載嚴重，則值班調控員可以遙控拉開 10kV母線上不重要用戶的出線開關，降低 T2變壓器負荷直至允許短時過載范圍，有效保證10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線上重要用戶的供電可靠性。不足之處是需調控員及時處理變壓器過載情形。

增加中間繼電器和輔助接點的方法接線簡單，且增加元件較少，具有較好的技術經濟效果。

3.2 增加電流繼電器

可以在QF3聯跳回路中增加電流繼電器2LJ的常開接點，具體接線如圖4所示。在T2的電流達到某一值后其常開接點閉合，該值可以根據設備工作情況預先設定。為了增加聯跳回路的可靠性，2LJ的常開接點必須延時閉合瞬時打開。為了使T2能夠躲過正常操作情況下等的各種電流，時間繼電器3SJ時間可考慮適當延長。

圖4 電流繼電器方案簡圖

備自投裝置的低電壓起動回路與QF5合閘回路與上文一樣，這里不再講述。在調度端遙控合閘QF5時，雖然QF2與QF5同時在合閘位置，但T2電流在未達到預定值時，2LJ接點斷開，從而QF5處備自投不會聯跳T2變壓器的QF3，最后T2供10kV Ⅰ段、Ⅱ（1）段和Ⅱ（2）段母線負荷，T3供Ⅲ段母線負荷，不會造成10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線短時失電，實現QF5調度端可以遙控的目的。要求調度端遙控時判斷T2負荷是否會超過2LJ預定值。

在上級變電站1全站停電時，若T1和T3同時失電，則 QF5和 QF6處備自投同時動作，分別使QF1和QF4分閘，然后再分別使QF5和QF6合閘，在電流繼電器在未達到預定值時，2LJ接點斷開，從而QF5處備自投不會聯跳T2變壓器的QF3，QF6處備自投不會聯跳T2變壓器的QF2，最后T2供全站負荷，保證10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線上用戶的供電可靠性。

該方案僅增加了一個電流繼電器，接線比較簡單，也較好解決了備自投聯跳回路中存在的不足。

3.3 增加遙控閉鎖回路

在加裝遙控閉鎖回路后，當調度端遙控操作QF5或QF6時，閉鎖相應備自投的聯跳回路，具體接線如圖5所示。

圖5 遙控閉鎖方案簡圖

變電站正常接線方式運行時，中間繼電器1YBJ處于斷電狀態，其常閉接點閉合。當Ⅰ段母線無壓、Ⅱ（1）段母線有壓時，備自投裝置的工作過程與前面相同，此處不再講述。最后T1供10kV Ⅰ段和Ⅱ（1）段母線負荷，T2供10kV Ⅱ（2）段和Ⅲ段母線負荷。當調度端對QF5進行遙控合閘時，遙控執行繼電器 YKF[6]的一個開接點閉合，接通中間繼電器1YBJ，該中間繼電器的一個常開接點閉合，實現自保持，另一個常閉接點斷開，使QF3跳閘回路斷開，從而達到閉鎖聯跳的目的。該方案的原理與遙控閉鎖重合閘類同，比較簡單，具有較強的可行性和操作性。

4 結論

在電力客戶對電能質量要求越來越高的背景下，本文針對三主變四分段母線接線方式的 35kV變電站，分析了備自投裝置中聯跳回路存在的不足，提出了實際可行的3種解決方案，很好地解決了該類型變電站分段斷路器在備自投裝置未停用情況下不可遙控操作的問題，同時還解決了部分變電站因上級變電站全站停電可能半站失電的問題，具有一定的實際意義。

[1] 程嘉許, 李云峰. “三集五大”體系的理論內涵與戰略意義[J]. 國家電網, 2012(2)： 78-79.

[2] 李俊格, 潘凱巖, 戴慧芳. 備自投自動投退系統在廣州電網中的應用[J]. 電氣技術, 2016, 17(10)： 121-124.

[3] 潘凱巖, 譚大帥. 基于 EMS的智能備自投在線壓板最優投退策略[J]. 電氣技術, 2015, 16(7)： 103-107.

[4] 王揚. 三主變四分段接線變電站微機型備自投裝置原理研討[J]. 電源技術應用, 2013(7)： 31, 33.

[5] 高亮. 電力系統微機繼電保護[M]. 北京： 中國電力出版社, 2007： 76.

[6] 楊承衛, 曹立峰. 常規變電站無人值班改造遙控操作事故音響及重合閘的閉鎖[J]. 繼電器, 2003, 31(12)：70-72.