10kV備自投裝置及可靠性提升

文/林佳

1 備自投裝置概述

1.1 基本原理

當前，備自投裝置在電力系統中有著非常廣泛的應用，其能夠起到提升電力系統供電可靠性的作用。當電力系統出現故障或者出現其它因素，造成供電電源消失的情況下，備自投裝置就會進行動作，切斷工作電源，并將備用電源接入到系統中，使電網繼續運行，保障供電的穩定性。當前備自投裝置在電力系統中的應用是比較廣泛的，其在電網中的應用方案包括變壓器備自投、橋斷路器備自投、進線備自投等，能夠在不同場合滿足不同的要求，進而提高電力系統供電的可靠性。

1.2 備自投裝置應用的基本邏輯

圖1是某變電站的10kV系統的實際接線圖。

以圖1中某變電站10kV系統中的Ⅰ、Ⅱ段母線為例，分析900備自投的動作情況：

（1）當Ⅰ母線沒有壓力，91A進線沒有電流，且Ⅱ母線有壓力的情況下，備自投裝置在經延時后會跳開91A開關，并在確定91A開關完成跳開動作后閉合900開關。

（2）當Ⅱ母線沒有壓力，91B無電流，且Ⅰ母線有壓力的情況下，備自投裝置在經延時后會跳開91B開關，并在確定91B開關完成跳開動作后閉合900開關。

1.3 備自投裝置的使用原則

（1）備自投裝置只能夠動作一次。當出現故障之后，備自投裝置會第一次啟動，將備用電源接入到電力系統之中，將故障位置切除出去，從而保證備用電源的安全。而如果再次投入備用電源或者設施，不僅不能夠解決電力系統的問題，還可能會造成備用電源、以及系統受到破壞。

圖1：10kV系統實際接線圖

圖2：一種電壓自適應式備自投的啟動方法邏輯圖

（2）備用電源要在工作電源被斷開之后再啟動。當系統電源出現故障之后，備用電源在接入之前會先確定工作電源的進線電路器是否斷開，在其斷開之后備用電源才會開始工作。

2 10kV備自投裝置當前存在的問題

根據長時間的工作經驗和調查發現，當前很多備自投設備使用了電壓從有壓到無壓衰減輔以上升沿延時作為備自投啟動和開放的條件，這一問題帶來的明顯的弊端就是，如果10kV電壓從有壓到無壓衰減的過程中需要比較長的時間的話，會給備自投裝置的啟動帶來比較大的影響，衰減時間的增加可能會導致備自投裝置出現拒動的問題。另外，10kV母線從有壓到無壓衰減時間具有一定的不確定性，會根據運行方式的不同而發生變化，這就導致了備自投裝置存在拒動的可能性。

另外，在進行傳統的備自投裝置的運行邏輯制定過程中，必須要依據母線的運行模式來編制針對性的運行邏輯，同時要求當備自投裝置開始啟動時，母線斷路器應處在分閘位，這樣才能夠判定備自投裝置就緒，這種邏輯方式雖然能夠一定程度上提升備自投裝置的可靠性，但是其方法編輯是非常繁瑣的，影響備自投裝置的效率，同時不利于其動作行為的分析工作。

為了有效提升電力系統供電的穩定性，提高供電的可靠性，往往在工作電源和備用電源之外設置一個應急電源，將其作為備自投裝置的第三電源，用來保證備自投裝置的供電，值得注意的是，設置的備用電源在參數上和常用電源之間的差異通常都比較大，因此在設計過程中，為了保證備自投裝置能夠發揮出功能，需要避免非同期合閘就顯得尤為重要。

3 提高備自投裝置可靠性的方法探討

3.1 一種電壓自適應啟動方法

本文通過研究設計了一種電壓自適應的啟動方法，該方法的其中邏輯如圖2中所示。

在這一判別方法中，備自投裝置是否啟動要根據10kV母線是否有壓以及10 kV母線電壓是否低于電壓低定值這兩個信號條件，以及自保持回路的情況進行判斷。根據這一判別條件，如果母線電壓正常，或者是母線電壓尚未下降到不正常之前，備自投都不會相應；而如果當母線電壓已經低于所設定的值，那么其會立即啟動，在對開關位置進行判斷之后，立即動作。

在該種備自投啟動方法中，所需要應用的延時（包括上升沿延時t1和下降沿延時t2）都是通過定時器實現的，具體的判斷流程如下：

（1）上升沿延時。當如數從0到1時，輸出延時t1s再判輸入為1后，輸出才從0到1。

（2）下降沿延時。輸入從1到0，輸出保持1狀態t2 s后才從1到0。

圖3

圖4：開放備自投時間整定方法邏輯圖

在這一備自投裝置啟動方法中，備自投裝置在母線電壓失壓時只會出現一次，在出現母線失壓的情況之后，其會在設定的時間內瞬間開放啟動條件，如果電壓恢復正常則不需要進一步動作，而如果在設定的時間內，母線的電壓還既繼續下降，處于Ulow以下時，那么備自投裝置也會立即關閉，不會再次啟動，從而保障電力系統和用電負載設備的安全。通過應用這種備自投裝置的啟動方法，不僅能夠有效的解決由于母線電源衰減緩慢導致的備自投拒動的問題，而且還能夠進一步提高備自投動作的可靠性，從而更好的保證電力系統的穩定性和安全性。

3.2 備自投就緒條件判別方法

備自投就緒條件的判定需要具有可靠性，但是如果其方法編輯太過繁瑣的話，會對備自投裝置動作的分析和研究造成不利的影響。在在進行傳統的備自投裝置的運行邏輯制定過程中，必須要依據母線的運行模式來編制針對性的運行邏輯，同時要求當備自投裝置開始啟動時，母線斷路器應處在分閘位，這樣才能夠判定備自投裝置就緒，這一判斷邏輯的方法編輯十分繁瑣，因此本文對備自投就緒判別條件進行了優化。在設計過程中，考慮到上述判別方法中，備自投動作的前提條件是：母線上的所有開關需要處于分閘位，基于此進行研究，認為可以將備自投的啟動條件設置為：母線開關分位以及工作位情況。通過應用這一判斷條件，備自投就緒時間的判斷就不需要在考慮各種運行方式下斷路器的位置了，能夠極大的簡化備自投邏輯程序，不僅能夠有效的備自投裝置的運行效率，而且還能夠更好的對備自投動作行為進行后續的研究和分析，有助于進一步對備自投進行優化。本文所建立的備自投就緒條件的判別方法邏輯圖如圖3所示。

3.3 開放備自投時間整定方法

如上文所提到的設置的備用電源在參數上和常用電源之間的差異通常都比較大，為了應對這一因素所帶來的影響，就需要避免非同期合閘的情況出現，因此需要針對此進行合理的設計。

本文提出的開放備自投時間整定方法的邏輯圖如圖4中所示。

在該邏輯中，當母線出現失壓，滿足備自投啟動條件之后，輸入狀態為1。下降沿延時1.2s定時器，其到的作用是在輸入狀態1到0的條件下，輸出狀態要保持在1的狀態下1.2s的時間之后才會從1到0，下降2s的定時器作用原理和其一樣，在上述情況下保持2s之后才會從1到0。同時，此時間就是開放備自投的總時間，這一時間可以按照現場實際要求進行整定。上升時間0.2s定時器的作用是，在輸入狀態從0到1的情況下，輸出延時0.2s之后在判輸入為1后，輸出才從0到1，上升沿延時1.3s定時器的應用原理和其相同，輸出延時1.3s之后才會在判輸入為1后才會使輸出從0到1。通過應用這一上升沿定時器模塊，能夠保證在開啟第三備電源時，也就是在輸出延時1.3s之后，由于其時間已經超過了第一、二備電源備自投的最長時間，所以可以肯定的是此時第一、二備自投的動作已經結束，能夠確定其不存在已動作的可能性，因此通過這樣的方式能夠有效的避免非同期合閘的風險，從而有效的保證備自投的可靠性，保證電力系統的穩定運行。

4 結語

在電力系統中，通過應用10kV備自投裝置，能夠提高電力系統的穩定性，為企業生產活動提供可靠穩定的電能。通過研究發現，當前10kV備自投裝置在實際運行中還存在一些問題，如母線電源衰減緩慢導致的備自投拒動的問題、就緒條件判別方法編輯繁瑣以及存在非同期合閘的風險等，基于此本文提出了一種電壓自適應的備自投啟動方法，并且對備自投就緒條件判別方法就行了優化，簡化了邏輯程序，同時通過開放備自投時間整定方法，通過有效的進行時間配合方案，實現了非同期合閘風險的有效規避，提升了10kV備自投可靠性的提升。