備用電源自動投入裝置的隱患分析及防控研究

邵昱 王超 李豐克 李陸軍

摘 要：本文針對備用電源自動投入裝置（以下簡稱“備自投裝置”）在運行期間的主要隱患進行分析。首先分析備自投保護的工作邏輯，指出由于邏輯問題及電網(wǎng)特殊運行方式導致的備自投行為異常隱患，然后提出在運行和維護中需要采取的防范措施。

關鍵詞：備用電源自動投入裝置;運行方式;動作邏輯;防控措施

中圖分類號：TM762文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0055-03

Hidden Trouble Analysis and Prevention and Control Research

of Automatic Input Device for Backup Power Supply

SHAO Yu WANG Chao LI Fengke LI Lujun

（State Grid Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper analyzed the main hidden dangers of the automatic input device for backup power supply （hereinafter referred to as the backup automatic device） during operation. This paper first analyzed the working logic of the backup automatic switching protection， pointed out the abnormal hidden dangers caused by the logic problems and the special operation mode of the power grid， and then put forward the preventive measures to be taken in the operation and maintenance.

Keywords： automatic input device for backup power supply;operation mode;action logic;prevention and control measures

備自投裝置采用交流不間斷采樣方式采集到信號后實時進行傅立葉法計算，能精確判斷電源狀態(tài)，并實施延時切換電源。備自投具有在線運行狀態(tài)監(jiān)視功能，可觀察各輸入電氣量、開關量、定值等信息，其有可靠的軟硬件看門狗功能和事件記錄功能[1-2]。隨著電網(wǎng)運行方式日益復雜及供電可靠性的要求不斷提高，備自投裝置放電條件在應對復雜運行方式時出現(xiàn)了薄弱環(huán)節(jié)。本文對備用電源自動投入裝置在運行期間的主要隱患進行分析，分析備自投保護的工作邏輯，指出由于邏輯問題及電網(wǎng)特殊運行方式導致的備自投行為異常隱患，提出在運行和維護中需要采取的防范措施，對于備自投的設計、運行及保障系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行具有重要意義。

1 備自投裝置與電網(wǎng)運行方式的配合原則

電網(wǎng)運行方式主要根據(jù)電源及負荷的變化進行調(diào)整，局部根據(jù)檢修停電計劃及特殊情況進行相應變化。備自投裝置的整定及動作邏輯要與電網(wǎng)運行方式配合，保障供電可靠性。兩者具體的配合原則如下[3]。

第一，當工作電源出現(xiàn)電壓消失現(xiàn)象（電壓低于檢無壓定值）且時間達到時間定值，無外部閉鎖條件開入，備自投裝置應啟動。

第二，當工作電源處斷路器斷開后，備用電源方可投入。

第三，備自投裝置作用于備用電源斷路器的合閘脈沖應為瞬時的短脈沖，不可采用長期作用的長延時或保持型脈沖，且當滿足動作條件時，只允許備自投裝置動作一次。

第四，在進行運行方式安排及保護設計時，應避免出現(xiàn)備自投裝置將備用電源合閘于永久性故障，造成對電網(wǎng)的二次沖擊。若無法避免合閘于永久性故障，應保障加速動作的可靠性。

第五，應保證電網(wǎng)電壓運行在正常范圍及備自投電壓定值整定合理，避免正常運行時因電壓問題導致的備自投裝置異常放電行為。

第六，當負荷中的電動機成分較大時，應將備自投裝置動作時間整定至最小，滿足電動機自啟動要求。

第七，在試驗調(diào)試期間，應確保備自投裝置的充放電條件具備可靠性。

2 隱患分析及防控措施

2.1 一次設備運行方式對備自投裝置的影響

當變電站兩條進線電源取自上級變電站的同一母線，或不同母線（母線互聯(lián)運行）時，當一條電源進線故障時，可引起兩條線路的電壓降低;當滿足備自投放電定值時，備自投立即放電，無法正確動作[4]。

如圖1所示，220 kV變電站中110 kV雙母線并列運行，由于QF1斷路器氣室發(fā)生三相短路，造成110 kV上、下母電壓故障持續(xù)期間同時降低至0 V左右，持續(xù)時間約為45 ms，進而引起110 kV變110 kV、10 kV母線三相電壓同時降低至0 V左右。

下級110 kV變電站所用備自投裝置放電條件之一為：兩條母線的三個線電壓（[Uab]、[Ubc]、[Uca]）同時低于無壓定值（整定為低于30V）后，瞬時放電，備自投不再動作。

故障持續(xù)期間，該變電站110 kV、10 kV母線電壓變化情況為：220 kV變電站中110 kV上、下母線A、B、C三相電壓降低至0 V;110 kV變電站110 kV兩條母線電壓降低至0 V;110 kV變電站10 kV兩條母線電壓降低至0 V;110、I II0備自投滿足放電條件而放電。

改進措施：在備自投放電程序中增加延時放電功能，并對延時進行整定，可靠避免同電源單線路故障造成電壓降低，進而導致的備自投放電現(xiàn)象。

2.2 系統(tǒng)潮流對備自投裝置的影響

當備自投裝置所在系統(tǒng)為小電源系統(tǒng)，而上級變電站處于大電源系統(tǒng)時（見圖2），由于線路故障，導致兩個系統(tǒng)解列，小電源系統(tǒng)中由于負荷不平衡，易導致電壓波動，此時，若備自投裝置判PT斷線而放電，則將導致故障期間的拒動現(xiàn)象[5]。

防控措施：增加備自投裝置PT斷線判別的時間延時，逐個核算小電源系統(tǒng)的延時時間及低電壓定值，并在部分負荷處增加解列裝置。

2.3 備自投裝置與線路保護時限配合問題

備自投裝置與線路保護裝置相互獨立，備自投裝置的動作時間若未與線路保護的重合閘時間進行配合整定，將導致主供電源與備用電源同時加運的情況，造成非計劃的系統(tǒng)合環(huán)。如圖3所示，線路1發(fā)生瞬時性單相接地故障，QF3側(cè)線路保護作用于QF3開關單跳單重，若備自投裝置動作時間整定為瞬時動作，將導致電源1與電源2在110開關處合環(huán)。

防控措施：對110備自投裝置動作時間進行整定，躲開QF3側(cè)線路保護的重合閘時間，當QF3重合成功，QF3的輔助接點將使110備自投放電，從而避免異常合環(huán)現(xiàn)象的發(fā)生。

2.4 備自投裝置與線路保護操作箱配合問題

當系統(tǒng)采用進線備自投方式，二次回路設計時，通常有兩種不合理的做法：一是將備自投跳故障線路開關接于操作箱的TJQ跳閘啟動重合閘繼電器，導致備自投跳開關后，線路保護啟動重合閘再次將其合閘于故障;二是將備自投跳開關接于操作箱STJ手跳繼電器，這種接法將導致手跳閉鎖備自投現(xiàn)象發(fā)生。

防控措施：備自投裝置接線及驗收調(diào)試過程中，應確保備自投跳開關接于線路操作箱的TJR繼電器。

2.5 備自投裝置對失壓原因的判別問題

對于110 kV變電站，110 kV母線通常未安裝母線保護裝置。其110 kV備自投裝置無法判斷失壓原因是線路故障或母線故障。當母線故障導致電壓降低時，備自投動作將備用電源再次合閘于故障母線，對系統(tǒng)再次造成沖擊。如圖4所示，QF3所在母線發(fā)生故障，110備自投失壓元件動作，此時備自投將I時限跳QF3，II時限合110開關，導致備用電源合閘于故障母線。

防控措施：在110開關處安裝專門的充電保護，并采用短時限瞬動模式，當備自投將110開關合閘于故障母線時，充電保護可以瞬時動作再次切除故障[6]。

2.6 備自投采用進線自投模式隱患問題

2.6.1 進線備自投的跳閘問題。常規(guī)設計中，通常只提供一副備自投TJ接點去啟動線路操作箱的STJ（手跳繼電器）或TBJ（跳閘保持繼電器）。當接于STJ時，由于STJ可啟動HHJ（合閘后保持繼電器），因而本身具有閉鎖重合閘功能，因此不再考慮;當啟動TBJ時，裝置判為保護跳閘，因此還須繼續(xù)執(zhí)行重合閘邏輯。為避免此種情況發(fā)生，當備自投跳閘接于TBJ時，需要另外提供一組TJ接點去閉鎖重合閘。

2.6.2 進線備自投的合閘問題。常規(guī)設計中，備自投合閘可接于手合或者重合閘回路。當經(jīng)HHJ實現(xiàn)手跳閉鎖備自投功能時，備自投的HJ（合閘繼電器）必須接于操作箱SHJ（手合繼電器）回路，因為保護裝置的HHJ是串在SHJ回路中，通過SHJ接點來啟動HHJ的。備自投在接到HHJ接點開入后，方可動作。

2.7 備自投裝置取開關位置接點問題

備自投裝置通常需要取開關位置接點作為開入充電條件。常規(guī)設計中，備自投裝置將相應操作箱中的TWJ常開或常閉接點作為開入使用。TWJ繼電器啟動回路接于合閘回路，該回路中串有儲能接點，當開關儲能回路異常時，將導致控制回路斷線，并引起TWJ接點位置不正確，影響備自投正常充電。即使儲能回路正常，當開關正常儲能仍需一定時間，這將導致備自投在此期間無法正常動作。

防控措施：在設計時，應考慮備自投裝置取開關機構的位置輔助接點QF，這樣可保證備自投裝置的開入準確及時。

3 結論

①備自投裝置設計應結合一次系統(tǒng)實際情況，合理規(guī)劃二次接線及應用定值，并保證備自投加入運行前進行整組傳動試驗。

②對現(xiàn)有備自投裝置進行版本升級，增加區(qū)別線路故障與母線故障功能，保證線路故障時備自投正常動作，母線故障時閉鎖備自投。

③對于系統(tǒng)中的小電源系統(tǒng)，增加可檢測系統(tǒng)頻差或壓差裝置，將易導致系統(tǒng)低頻、低壓的負荷切除后，方可允許備自投正常動作。

④加強備自投裝置的管理工作，根據(jù)系統(tǒng)容量及運行方式的逐年變化進行定值校驗及穩(wěn)定校驗，并及時對備自投裝置的運行規(guī)程進行修訂。

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的日益復雜及供電可靠性要求不斷提高，確保備自投裝置的可靠運行十分必要。針對由于備自投裝置引發(fā)的各類電網(wǎng)異常，采用多種措施進行提前防控具有重要意義。

參考文獻：

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[6]孫廣通.一起備自投裝置拒動引起的電網(wǎng)大面積停電事件分析[J].湖北電力，2015（3）：27-31.